示波器可用于電磁干擾(EMI)排查？真的嗎？

這是一系列討論示波器EMI測(cè)試用例文章中的第一篇，在這里高性能示波器展現(xiàn)出其強(qiáng)大FFT功能，突破了傳統(tǒng)示波器產(chǎn)品的局限性。

新的數(shù)字示波器，如在這個(gè)用例分析中所使用的羅德與施瓦茨公司的RTO，將EMI排查能力直接帶到設(shè)計(jì)工程師的工作臺(tái)。這款示波器提供堪比頻譜分析儀模擬前端的靈敏度，并且允許同時(shí)訪問時(shí)域和頻域。

數(shù)字示波器不能取代EMI接收機(jī)，因?yàn)閿?shù)字示波器缺少頻率預(yù)選器、前置放大器、EMI加權(quán)檢波器、EMI測(cè)試要求的帶寬定義和動(dòng)態(tài)范圍。然而，當(dāng)您需要識(shí)別有害EMI輻射和分析輻射根源時(shí)，該數(shù)字示波器被證明是高效的。

圖1：這個(gè)例子顯示使用近場(chǎng)探頭捕獲的頻譜輻射。采用100kHz分辨率帶寬，在605MHz中心頻率，RTO示波器進(jìn)行測(cè)量時(shí)的本底噪聲大約-105dBm。這表明該設(shè)備具備微弱信號(hào)的分析能力。

EMI排查的關(guān)鍵要素是示波器的頻譜分析功能。傳統(tǒng)示波器FFT實(shí)現(xiàn)相當(dāng)不靈活，因?yàn)轭l譜參數(shù)通常由時(shí)域設(shè)置控制；這使得在頻域設(shè)置分析很困難，因此難以在EMI排查中加以應(yīng)用。此外，缺乏將頻譜分析功能與時(shí)域結(jié)合的智能手段，示波器用于EMI排查的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)(在時(shí)頻域中分析有害輻射從而更快識(shí)別出問題根源的可能性)喪失。

對(duì)此RTO可以提供更直觀的方法。范例是頻譜分析儀應(yīng)用模式，該模式使用戶能夠直接控制頻譜儀典型參數(shù)，諸如起始和截止頻率、分辨率帶寬或檢波器類型。通過如超長(zhǎng)的存儲(chǔ)深度、強(qiáng)大的信號(hào)處理和重疊FFT等先進(jìn)算法等功能，示波器能夠智能地控制時(shí)域設(shè)置。這使得當(dāng)既要分析被捕獲信號(hào)的時(shí)域波形又要分析頻譜時(shí)，可相對(duì)獨(dú)立地設(shè)置部分時(shí)域和頻譜參數(shù)，極其靈活。

這一理念在EMI排查領(lǐng)域的主要優(yōu)點(diǎn)是示波器用一次采集捕獲整個(gè)帶寬信號(hào)。這為高效分析整個(gè)感興趣頻譜創(chuàng)造了條件。此外，可靈活配置的示波器FFT選項(xiàng)使得同時(shí)查看時(shí)域波形不同部分對(duì)應(yīng)的頻譜成為可能。重疊FFT和灰度等級(jí)能夠可視化頻譜的瞬時(shí)特征，洞察信號(hào)本質(zhì)。

重疊FFT

重疊FFT算法的主要優(yōu)點(diǎn)是對(duì)雜散信號(hào)有高靈敏度。在進(jìn)行FFT分析處理前，捕獲到的信號(hào)會(huì)被分割成許多重疊部分，在這基礎(chǔ)上，對(duì)于時(shí)間信號(hào)的每個(gè)重疊部分，進(jìn)行新的頻譜計(jì)算。這確保讓攜帶少量能量的突發(fā)信號(hào)能夠被分析并在相應(yīng)譜線上顯示出來；接著，灰度等級(jí)通過顏色的深淺或不同的色溫將信號(hào)的瞬時(shí)特性和概率特性顯露出來。