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          一種實時頻譜分析在EMI診斷中的實現(xiàn)

          作者: 時間:2017-01-12 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
            頻譜分析儀是電磁干擾(EMI)的測試、診斷和故障檢修中用途最廣的一種工具。本篇文章將重點突出頻譜分析儀在EMI應(yīng)用的廣闊范圍內(nèi)作為診斷測試儀器的多用性。頻譜分析儀對于一個電磁兼容(EMC)工程師來說就象一位數(shù)字電路設(shè)計工程師手中的邏輯分析儀一樣重要。頻譜分析儀的寬頻率范圍、帶寬可選性和寬范圍掃描CRT顯示使得它在幾乎每一個EMC測試應(yīng)用中都可大顯身手。隨著數(shù)字調(diào)制數(shù)據(jù)傳輸和超寬帶(UWB)傳輸方法出現(xiàn),加上高速數(shù)字時鐘形式的非預(yù)計輻射裝置的頻率日益提高,當(dāng)前EMI規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能全面解決目前存在的所有干擾類型及其對通信系統(tǒng)的影響。

            突發(fā)在消費電子和通信中偶發(fā)的短高頻干擾正變得越來越常見,例如,計算機中使用的與模式相關(guān)的擴頻時鐘,以及嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中運行有噪聲的定期硬盤訪問周期的硬盤驅(qū)動器。這些復(fù)雜的數(shù)字設(shè)備正日益接近以頻率捷變、基于分組模式運行的無線通信系統(tǒng)。

          本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/201701/337704.htm

            隨著通信系統(tǒng)的干擾特點發(fā)生變化,測試設(shè)備也在變化。模擬電路以前實現(xiàn)的功能,現(xiàn)在可以以數(shù)字方式實現(xiàn),測量速度不斷提高,我們可以更快地獲得測量結(jié)果。泰克公司推出的實時頻譜分析儀可以即時查看非常寬的頻譜跨度,而不會丟失頻段中的信息,從而可以發(fā)現(xiàn)、捕獲并測量對傳統(tǒng)技術(shù)極具挑戰(zhàn)性的瞬態(tài)峰值。

            診斷、預(yù)一致性和一致性測試

            在電磁兼容性(EMC)領(lǐng)域中,設(shè)計和檢驗的不同階段會使用不同的設(shè)備和技術(shù)。在開發(fā)的早期階段,EMC設(shè)計技術(shù)與診斷相結(jié)合導(dǎo)致較低的EMI特征,對外部干擾和內(nèi)部干擾的靈敏度低。通常使用帶有相應(yīng)濾波器和檢波器的通用頻譜分析儀,確定設(shè)計優(yōu)化對EMC的影響。通常直接在電路板上完成探測,或使用E場和H場探頭,確定設(shè)計優(yōu)化的影響和屏蔽效果。當(dāng)然,診斷在保證優(yōu)秀的EMC性能方面沒有限制;通常要求對系統(tǒng)集成進行全面診斷和調(diào)試,為保證所有RF子系統(tǒng)達到要求的性能水平,并且不會被集成系統(tǒng)的其他部分劣化。在系統(tǒng)集成后進行預(yù)一致性測試,以確定設(shè)計中的問題區(qū)域。滿足國際標(biāo)準(zhǔn)并不要求進行預(yù)一致性測試,預(yù)一致性測試的目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)潛在問題,降低一致性測試階段發(fā)生故障的風(fēng)險。使用的設(shè)備可以是非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備,如果在測試結(jié)果中增加充足的余量,其精度和動態(tài)范圍可以低于標(biāo)準(zhǔn)接收機。預(yù)一致性測試可以在認證實驗室中使用快速測量技術(shù)完成,這些測量技術(shù)旨在"迅速查看"問題區(qū)域;預(yù)一致性測試也可以在臨時地點由工程設(shè)計人員完成。預(yù)認證通常采用包含相應(yīng)濾波器和檢波器的通用頻譜分析儀,因為它們提供了快速測量工具,這些工具通常已經(jīng)用于設(shè)計流程中,不要求額外的資本開支。如果在這個階段發(fā)現(xiàn)問題,那么要求進行進一步診斷和設(shè)計改動。RSA6100A上提供的功能除診斷外,還可以進行某些預(yù)一致性測量。圖5是預(yù)一致性掃描實例,它把CISPR QP檢波的軌跡與天線因子表格和雜散信號搜索功能結(jié)合在一起。在本例中,軌跡是"環(huán)境掃描",考察的是在沒有被測設(shè)備時存在的背景信號。

            一致性測試要求符合國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法、設(shè)備和測量地點。一致性測試通常作為設(shè)備生產(chǎn)前設(shè)計檢驗的一部分完成。一致性測試是窮盡型測試,耗時長,產(chǎn)品開發(fā)這一階段的EMC故障可能會導(dǎo)致昂貴的重新設(shè)計,耽誤產(chǎn)品推出。

            濾波器、檢測器和平均

            濾波器(filter),是一種用來消除干擾雜訊的器件,將輸入或輸出經(jīng)過過濾而得到純凈的直流電。對特定頻率的頻點或該頻點以外的頻率進行有效濾除的電路,就是濾波器,其功能就是得到一個特定頻率或消除一個特定頻率。濾波器是由電感器和電容器構(gòu)成的網(wǎng)路,可使混合的交直流電流分開。電源整流器中,即借助此網(wǎng)路濾凈脈動直流中的漣波,而獲得比較純凈的直流輸出。

            能檢測色譜柱流出組分及其量的變化的器件。指機械的、電子的或化學(xué)器件,用于區(qū)分、記錄或指示環(huán)境中某一變量的變化,如溫度、壓力、電荷、電磁輻射、核輻射、粒子或分子等。如紫外檢測器是將通過待測物質(zhì)后的光強變化轉(zhuǎn)化為電信號的器件,這類信號轉(zhuǎn)換器英文中又稱為transducer 又稱鑒定器。是檢測色譜分離組分物理或化學(xué)性質(zhì)或含量變化(多數(shù)情況是將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電壓、電流信號)的一種儀器裝置。它是色譜系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件,色譜分離過程的眼睛。

            在許多商用EMI測量中,這些測量單元由Comite International Special des PerturbationsRadioelectriques (CISPR)規(guī)定,CISPR是國際標(biāo)準(zhǔn)機構(gòu)--國際電氣技術(shù)委員會(IEC)下屬的一家技術(shù)機構(gòu)。其他標(biāo)準(zhǔn)和認證機構(gòu),例如日本的TELEC,也對測量方法和認證技術(shù)提出了要求。美國國防部已經(jīng)開發(fā)了MIL-STD 461E標(biāo)準(zhǔn),對軍事設(shè)備提出了特殊要求。

            測量帶寬由接收機帶寬形狀或頻譜儀的分辨率帶寬(RBW)濾波器決定。測試帶寬通常是頻譜中可能存在干擾的頻段,而隨著頻率的不同測試帶寬也不盡相同。

            檢波器用來計算在某個時點上代表信號的單個點。檢波方法可以計算正峰值或負峰值、電壓的RMS或均值,或在許多EMI測量中,計算準(zhǔn)峰值(QP)。

            在測量期間,對檢測到的信號使用平均方法。CISPR標(biāo)準(zhǔn)定義的平均算法旨在復(fù)現(xiàn)使用擁有規(guī)定響應(yīng)時間的電壓表讀取信號值所產(chǎn)生的影響。通過對檢測到的輸出應(yīng)用指定帶寬,還可以使用"視頻濾波器"進行平均。對EMI測試,TELEC標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了視頻濾波。

            檢測方法

            盡管許多EMI測量可以使用簡單的峰值檢波器完成,但EMI測量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一種專用測量方法,即準(zhǔn)峰值(QP)檢波器。QP檢波器用來檢測信號包絡(luò)加權(quán)后的峰值(準(zhǔn)峰值)。它根據(jù)信號時長和重復(fù)率加權(quán)多個信號。QP檢波器的特點是響應(yīng)快、衰減慢,包含一個表示臨界阻尼表的時間常數(shù)。發(fā)生頻次較高的信號,其QP測量值要高于偶發(fā)的脈沖。

            準(zhǔn)峰值檢波器在傳統(tǒng)上一直用于模擬設(shè)計中,如圖1所示。

            圖1 模擬實現(xiàn)方案中的準(zhǔn)峰值檢測器。準(zhǔn)峰值檢波器的響應(yīng)快(充電時間)、衰減慢(放電時間)特點源于該電路中的R-C常數(shù)

            在圖1中,只要Sin高于S1,那么信號Sin的包絡(luò)就會對電容器C到電阻器R1充電。如果輸入信號Sin小于S1,那么電阻R2會對電壓S1放電。


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