知用電子（CYBERTEK）

高速時(shí)域掃描電磁兼容接收機(jī)

完美解決掃描速度和測(cè)量時(shí)間的矛盾

簡(jiǎn)介

電磁兼容性 (EMC) 測(cè)試需要詳細(xì)且準(zhǔn)確的方法，以保證所有的傳導(dǎo)和輻射都能被準(zhǔn)確測(cè)量。過(guò)長(zhǎng)的測(cè)試時(shí)間影響了工程師的工作效率，延遲了產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間，無(wú)形中大大增加了研發(fā)成本。更重要的是傳統(tǒng)的接收機(jī)的測(cè)試速度太慢，無(wú)法對(duì)很多短時(shí)工作的設(shè)備就是準(zhǔn)確的EMI測(cè)試。

本文為您介紹CYBERTEK領(lǐng)先的頻譜重疊 FFT時(shí)域掃描的概念，完美解決掃描速度和測(cè)量時(shí)間的矛盾

時(shí)域掃描減少總體測(cè)試時(shí)間

商業(yè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和軍方測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)都要求對(duì)于每個(gè)信號(hào)達(dá)到一定的測(cè)量時(shí)間，即駐留時(shí)間(dwell time)，以確保脈沖信號(hào)被正確的表征。時(shí)域掃描技術(shù)能減少接收機(jī)的掃描時(shí)間，同時(shí)保持所需的駐留時(shí)間?；?CISPR 標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)測(cè)試要求預(yù)掃描駐留時(shí)間大到1秒鐘，對(duì)于幅度隨時(shí)間變化的輻射信號(hào)，最終測(cè)量時(shí)要達(dá)到 15 秒鐘以上。而軍方標(biāo)準(zhǔn) MIL- STD-461 指定的駐留時(shí)間根據(jù)頻率范圍不同為15ms或150ms。當(dāng)所用的接收機(jī)采用基于步進(jìn)式或掃描式本振的頻域掃描，在每個(gè)獨(dú)立分辨帶寬上收集數(shù)據(jù)時(shí)，所有駐留時(shí)間都要累加起來(lái)。

   CISPR 16-1-1:2010 版本接受時(shí)域掃描技術(shù)用于預(yù)掃描，如果你用到的CISPR16-1-1標(biāo)準(zhǔn)特別聲明使用該版本，則其最終測(cè)量也可以采用時(shí)域掃描。 MIL-STD-461標(biāo)準(zhǔn)允許任何方式的測(cè)量，只要能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求。

時(shí)域掃描的工作原理

時(shí)域掃描通過(guò)使用FFT頻譜高度重疊技術(shù)來(lái)減少接收機(jī)的掃描時(shí)間，它可以在包含多個(gè)分辨帶寬的頻率掃寬內(nèi)同時(shí)收集輻射數(shù)據(jù)(圖1)。相反，頻域掃描是在每個(gè)分辨帶寬分別收集收據(jù)。用于時(shí)域掃描的FFT采集帶寬的范圍，從1MHz到10MHz甚至更大，比CISPR和MIL標(biāo)準(zhǔn)要求的分辨帶寬明顯加寬。接收機(jī)在更寬的采集帶寬中收集數(shù)據(jù)，按規(guī)范的帶寬進(jìn)行處理，保證測(cè)量滿足規(guī)范要求。因?yàn)樵诮o定的FFT采集帶寬內(nèi)，采集一次數(shù)據(jù)僅需要按規(guī)范要求的時(shí)間駐留一次，和頻域掃描的每個(gè)分辨帶寬都要求駐留一次的時(shí)間相比，時(shí)域掃描節(jié)省了測(cè)量時(shí)間。

另一方面的時(shí)間節(jié)省，是通過(guò)掃描同樣的頻段范圍使用更寬的采集帶寬，減少頻率步進(jìn)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。每個(gè)頻率步進(jìn)都需要本振調(diào)整頻率—更少的步進(jìn)數(shù)，總體的本振重新鎖定時(shí)間就更少。

時(shí)域掃描測(cè)量必須符合CISPR 16-1-1:2010和MIL-STD-461標(biāo)準(zhǔn)的幅度精度的要求。為滿足所需的幅度精度，設(shè)計(jì)者采用FFT頻譜高度重疊(90%)進(jìn)行計(jì)算。此外，EMI接收機(jī)必須在更寬的中頻采集帶寬上仍能保證幅度失真性能。

時(shí)域上的FFT頻譜高度重疊，保證了脈沖信號(hào)被精準(zhǔn)捕獲和測(cè)量。圖2a顯示了時(shí)域中一個(gè)脈沖信號(hào),使用連續(xù)的或者低頻譜重疊 FFT。如果輸入信號(hào)出現(xiàn) 在FFT采集區(qū)間外，檢測(cè)的信號(hào)幅度可能降低甚至完全丟失。圖2b顯示了時(shí)域中的脈沖信號(hào),使用高度頻譜重疊 FFT。這種情況下，捕獲信號(hào)的可能性大大提高，并且得到正確的峰值幅度。

圖2a.使用連續(xù)窗的傳統(tǒng)嚴(yán)格采樣FFT可能丟失輸入脈沖信號(hào)

圖2b.在時(shí)域使用FFT頻譜高度重疊技術(shù)的測(cè)量增加了信號(hào)截獲概率，使幅度測(cè)量的扇形誤差最小化

減少預(yù)掃描的時(shí)間 : 從數(shù)小時(shí)到數(shù)分鐘

兼容性測(cè)試中需要占用測(cè)試實(shí)驗(yàn)室時(shí)間(測(cè)試能力受限因素)的主要因素是:

2 被測(cè)設(shè)備(EUT)的搭建和拆除

2 確定可疑頻率的預(yù)掃描測(cè)量，包括天線的移動(dòng)和轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)和接收機(jī)預(yù)掃描次數(shù)

2 最終測(cè)量,包括天線的移動(dòng)和轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)和對(duì)每個(gè)頻率接機(jī)測(cè)量的次數(shù)報(bào)告生成時(shí)間沒(méi)有包括進(jìn)來(lái)，因?yàn)檫@一工作不需要在實(shí)驗(yàn)室完成，可以在其他地方完成。

被測(cè)設(shè)備(EUT)搭建和拆除的時(shí)間根據(jù)EUT種類有很大不同，范圍可能從不到一小時(shí)直到將近一天，甚至更長(zhǎng)。天線移動(dòng)時(shí)間與設(shè)備廠商相關(guān)，通常每個(gè)天線位置是5秒鐘。轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)間也與設(shè)備廠商相關(guān)，通常范圍是1-2 RPM。本文中假設(shè)為5秒鐘每15度(degree)旋轉(zhuǎn)。最終測(cè)量時(shí)間變化更大，取決于可疑信號(hào)列表中的頻率數(shù)目，以及每個(gè)頻率需要的駐留時(shí)間量。

時(shí)域掃描在預(yù)掃描中顯著節(jié)省了時(shí)間(在最終測(cè)量前收集可疑信號(hào))，因?yàn)檫@一過(guò)程中，接收機(jī)在整個(gè)測(cè)量頻段上調(diào)諧。例如,依據(jù) CISPR 16-2-3: 2010,ed.3.1, section 7.6.6 規(guī)定的方法收集可疑信號(hào)頻率，臺(tái)每旋轉(zhuǎn) 15 度，對(duì)于接收機(jī)天線的兩個(gè)極化方向，都需要做一次掃描，總共是48次接收機(jī)掃描。此外，對(duì)于不同的天線高度也需要進(jìn)行掃描。本例假設(shè)有3個(gè)高度需要測(cè)量，這樣就總共有48*3=144次接收機(jī)掃描。

要測(cè)量30MHz到1GHz范圍的輻射，生成一個(gè)可疑信號(hào)列表，預(yù)掃描時(shí)采用峰值檢波器，每個(gè)分辨帶寬4個(gè)測(cè)量點(diǎn)(本例中對(duì)于120 kHz CISPR分辨帶寬，即每30kHz一次測(cè)量 )，每個(gè)點(diǎn)要求10ms駐留時(shí)間。對(duì)于頻域掃描，一般商用接收機(jī)每次掃描時(shí)間大約323秒，這導(dǎo)致總體預(yù)掃描的掃描時(shí)間大約是12個(gè)小時(shí)!

而采用知用的時(shí)域掃描的接收機(jī),EM5080B EMI 接收機(jī)完成每次掃描時(shí)間大約15秒鐘，總體預(yù)掃描的時(shí)間減少到36分鐘以下，顯著節(jié)省了大量測(cè)試時(shí)間。注意在這兩種情況下，完成144次掃描需要的總的轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)和天線移動(dòng)的時(shí)間，大約都是12分鐘。

時(shí)域預(yù)掃描可以捕捉短時(shí)發(fā)生的EMI干擾

很多電子設(shè)備的工作是短時(shí)間或則間歇的，持續(xù)時(shí)間可能只有幾秒到幾十秒，因此干擾也只有這樣的短時(shí)間。典型的短時(shí)或則間歇工作的設(shè)備如汽車的雨刷電機(jī)，啟動(dòng)馬達(dá)，ABS，無(wú)線遙控器等等

   同時(shí)對(duì)于很多瞬態(tài)、脈沖類干擾，傳統(tǒng)的接收機(jī)很難一次捕獲測(cè)量干擾信號(hào)的信息，比如開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的干擾信號(hào)時(shí)直接和負(fù)載狀態(tài)有關(guān)，通常是在一定電平下上下波動(dòng)的，傳統(tǒng)的EMI接收機(jī)的掃描整個(gè)頻段的時(shí)間太長(zhǎng)高達(dá)幾分鐘到幾小時(shí)，無(wú)法捕捉到大的干擾信號(hào)。

CYBERTEK時(shí)域掃描接收機(jī)可以連續(xù)監(jiān)測(cè)10M帶寬內(nèi)的短時(shí)干擾信號(hào)，完美解決客戶的測(cè)試難點(diǎn)。

為時(shí)域掃描選擇正確的接收機(jī)

時(shí)域掃描速度取決于接收機(jī)的架構(gòu)。使用更大的采集帶寬可以達(dá)到更快的速度，但是預(yù)選器帶寬增大減小了接收機(jī)的脈沖動(dòng)態(tài)范圍，因?yàn)楦嗟拿}沖信號(hào)能量進(jìn)入到下變頻器鏈路。當(dāng)然，過(guò)載電平的降低可以使用額外的輸入衰減值來(lái)補(bǔ)償，而代價(jià)是損失了測(cè)量靈敏度。深圳知用EM5080B EMI接收機(jī)同時(shí)提供出色的過(guò)載保護(hù)和快速時(shí)域掃描，成為任何兼容性測(cè)試實(shí)驗(yàn)室的極佳選擇。通過(guò)使用一系列窄帶射頻預(yù)選濾波器，它提供了相當(dāng)高級(jí)別的脈沖過(guò)載保護(hù)。

總結(jié)

時(shí)域掃描技術(shù)，通過(guò)減少總體測(cè)量測(cè)試時(shí)間，顯著提升了EMC測(cè)試實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試吞吐量。這方面的時(shí)間節(jié)省，有助于提高業(yè)務(wù)收入，縮短由于實(shí)驗(yàn)室測(cè)試容量限制的新產(chǎn)品推出時(shí)間。盡管節(jié)省的時(shí)間隨測(cè)量要求有所變化，但對(duì)于符合商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量，時(shí)域掃描仍然能夠減少若干小時(shí)的測(cè)量時(shí)間。時(shí)域掃描技術(shù)最適用于需要轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)和天線高度調(diào)整的預(yù)掃描過(guò)程，為最終測(cè)量確定一個(gè)可疑頻率信號(hào)列表。