一種實(shí)時頻譜分析在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越常見，例如，計(jì)算機(jī)中使用的與模式相關(guān)的擴(kuò)頻時鐘，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(yùn)行的無線通信系統(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(shí)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(jì)和檢驗(yàn)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(jì)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(jì)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(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性能方面沒有限制；通常要求對系統(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)一致性測試，以確定設(shè)計(jì)中的問題區(qū)域。滿足國際標(biāo)準(zhǔn)并不要求進(jìn)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(jī)。預(yù)一致性測試可以在認(rèn)證實(shí)驗(yàn)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(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支。如果在這個階段發(fā)現(xiàn)問題，那么要求進(jìn)行進(jìn)一步診斷和設(shè)計(jì)改動。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(diǎn)。一致性測試通常作為設(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(jì)，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(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(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。如紫外檢測器是將通過待測物質(zhì)后的光強(qiáng)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(jī)構(gòu)--國際電氣技術(shù)委員會（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,也對測量方法和認(rèn)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(jī)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(jì)算在某個時點(diǎn)上代表信號的單個點(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測量中，計(jì)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(jìn)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(diǎn)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(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(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。