一種實(shí)時(shí)頻譜分析在EMI診斷中的實(shí)現(xiàn)

　　突發(fā)在消費(fèi)電子和通信中偶發(fā)的短高頻干擾正變得越來(lái)越常見(jiàn)，例如，計(jì)算機(jī)中使用的與模式相關(guān)的擴(kuò)頻時(shí)鐘，以及嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中運(yùn)行有噪聲的定期硬盤訪問(wèn)周期的硬盤驅(qū)動(dòng)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(yùn)行的無(wú)線通信系統(tǒng)。

　　隨著通信系統(tǒng)的干擾特點(diǎn)發(fā)生變化，測(cè)試設(shè)備也在變化。模擬電路以前實(shí)現(xiàn)的功能，現(xiàn)在可以以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)，測(cè)量速度不斷提高，我們可以更快地獲得測(cè)量結(jié)果。泰克公司推出的實(shí)時(shí)頻譜分析儀可以即時(shí)查看非常寬的頻譜跨度，而不會(huì)丟失頻段中的信息，從而可以發(fā)現(xiàn)、捕獲并測(cè)量對(duì)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(cè)試

　　在電磁兼容性（EMC）領(lǐng)域中，設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)的不同階段會(huì)使用不同的設(shè)備和技術(shù)。在開(kāi)發(fā)的早期階段，EMC設(shè)計(jì)技術(shù)與診斷相結(jié)合導(dǎo)致較低的EMI特征，對(duì)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(jì)優(yōu)化對(duì)EMC的影響。通常直接在電路板上完成探測(cè)，或使用E場(chǎng)和H場(chǎng)探頭，確定設(shè)計(jì)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(méi)有限制；通常要求對(duì)系統(tǒng)集成進(jìn)行全面診斷和調(diào)試，為保證所有RF子系統(tǒng)達(dá)到要求的性能水平，并且不會(huì)被集成系統(tǒng)的其他部分劣化。在系統(tǒng)集成后進(jìn)行預(yù)一致性測(cè)試，以確定設(shè)計(jì)中的問(wèn)題區(qū)域。滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)并不要求進(jìn)行預(yù)一致性測(cè)試，預(yù)一致性測(cè)試的目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，降低一致性測(cè)試階段發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)。使用的設(shè)備可以是非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，如果在測(cè)試結(jié)果中增加充足的余量，其精度和動(dòng)態(tài)范圍可以低于標(biāo)準(zhǔn)接收機(jī)。預(yù)一致性測(cè)試可以在認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室中使用快速測(cè)量技術(shù)完成，這些測(cè)量技術(shù)旨在"迅速查看"問(wèn)題區(qū)域；預(yù)一致性測(cè)試也可以在臨時(shí)地點(diǎn)由工程設(shè)計(jì)人員完成。預(yù)認(rèn)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?yàn)樗鼈兲峁┝丝焖贉y(cè)量工具，這些工具通常已經(jīng)用于設(shè)計(jì)流程中，不要求額外的資本開(kāi)支。如果在這個(gè)階段發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，那么要求進(jìn)行進(jìn)一步診斷和設(shè)計(jì)改動(dòng)。RSA6100A上提供的功能除診斷外，還可以進(jìn)行某些預(yù)一致性測(cè)量。圖5是預(yù)一致性掃描實(shí)例，它把CISPR QP檢波的軌跡與天線因子表格和雜散信號(hào)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(méi)有被測(cè)設(shè)備時(shí)存在的背景信號(hào)。

　　一致性測(cè)試要求符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法、設(shè)備和測(cè)量地點(diǎn)。一致性測(cè)試通常作為設(shè)備生產(chǎn)前設(shè)計(jì)檢驗(yàn)的一部分完成。一致性測(cè)試是窮盡型測(cè)試，耗時(shí)長(zhǎng)，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)這一階段的EMC故障可能會(huì)導(dǎo)致昂貴的重新設(shè)計(jì)，耽誤產(chǎn)品推出。

　　濾波器、檢測(cè)器和平均

　　濾波器（filter），是一種用來(lái)消除干擾雜訊的器件，將輸入或輸出經(jīng)過(guò)過(guò)濾而得到純凈的直流電。對(duì)特定頻率的頻點(diǎn)或該頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾除的電路，就是濾波器，其功能就是得到一個(gè)特定頻率或消除一個(gè)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(kāi)。電源整流器中，即借助此網(wǎng)路濾凈脈動(dòng)直流中的漣波，而獲得比較純凈的直流輸出。

　　能檢測(cè)色譜柱流出組分及其量的變化的器件。指機(jī)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(cè)器是將通過(guò)待測(cè)物質(zhì)后的光強(qiáng)變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的器件，這類信號(hào)轉(zhuǎn)換器英文中又稱為transducer 又稱鑒定器。是檢測(cè)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(hào)）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(guò)程的眼睛。

　　在許多商用EMI測(cè)量中，這些測(cè)量單元由Comite International Special des PerturbationsRadioelectriques （CISPR）規(guī)定，CISPR是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)--國(guó)際電氣技術(shù)委員會(huì)（IEC）下屬的一家技術(shù)機(jī)構(gòu)。其他標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證機(jī)構(gòu)，例如日本的TELEC,也對(duì)測(cè)量方法和認(rèn)證技術(shù)提出了要求。美國(guó)國(guó)防部已經(jīng)開(kāi)發(fā)了MIL-STD 461E標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)軍事設(shè)備提出了特殊要求。

　　測(cè)量帶寬由接收機(jī)帶寬形狀或頻譜儀的分辨率帶寬（RBW）濾波器決定。測(cè)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(cè)試帶寬也不盡相同。

　　檢波器用來(lái)計(jì)算在某個(gè)時(shí)點(diǎn)上代表信號(hào)的單個(gè)點(diǎn)。檢波方法可以計(jì)算正峰值或負(fù)峰值、電壓的RMS或均值，或在許多EMI測(cè)量中，計(jì)算準(zhǔn)峰值（QP）。

　　在測(cè)量期間，對(duì)檢測(cè)到的信號(hào)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(shí)間的電壓表讀取信號(hào)值所產(chǎn)生的影響。通過(guò)對(duì)檢測(cè)到的輸出應(yīng)用指定帶寬，還可以使用"視頻濾波器"進(jìn)行平均。對(duì)EMI測(cè)試，TELEC標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了視頻濾波。

　　檢測(cè)方法

　　盡管許多EMI測(cè)量可以使用簡(jiǎn)單的峰值檢波器完成，但EMI測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一種專用測(cè)量方法，即準(zhǔn)峰值（QP）檢波器。QP檢波器用來(lái)檢測(cè)信號(hào)包絡(luò)加權(quán)后的峰值（準(zhǔn)峰值）。它根據(jù)信號(hào)時(shí)長(zhǎng)和重復(fù)率加權(quán)多個(gè)信號(hào)。QP檢波器的特點(diǎn)是響應(yīng)快、衰減慢，包含一個(gè)表示臨界阻尼表的時(shí)間常數(shù)。發(fā)生頻次較高的信號(hào)，其QP測(cè)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(jì)中，如圖1所示。

　　圖1 模擬實(shí)現(xiàn)方案中的準(zhǔn)峰值檢測(cè)器。準(zhǔn)峰值檢波器的響應(yīng)快（充電時(shí)間）、衰減慢（放電時(shí)間）特點(diǎn)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(hào)Sin的包絡(luò)就會(huì)對(duì)電容器C到電阻器R1充電。如果輸入信號(hào)Sin小于S1,那么電阻R2會(huì)對(duì)電壓S1放電。