【測(cè)試案例分享】SpectrumView跨域分析加速EMI診斷

背景

在電源管理芯片、隔離芯片等模擬集成電路中，很多電路元件之間（如變壓器、功率管等）以及導(dǎo)線上都會(huì)不斷地產(chǎn)生各種電流電壓的變化（即dv/dt節(jié)點(diǎn)和高dI/dt環(huán)路），以及受高頻寄生參數(shù)的影響，這些元件通過電磁感應(yīng)效應(yīng)不斷地產(chǎn)生各種電磁波，經(jīng)電源線傳導(dǎo)或形成天線效應(yīng)對(duì)外輻射，影響到正常的電路功能，導(dǎo)致設(shè)備性能下降、通訊中斷或故障，甚至對(duì)周圍其它敏感電子設(shè)備正常工作造成嚴(yán)重干擾，重則會(huì)引發(fā)事故。如電源管理芯片等模擬IC器件，因其高靈敏度、系統(tǒng)集成度及布線布局設(shè)計(jì)等因素，極易受到EMI（電磁干擾）的影響。

開關(guān)速度更快、上升沿陡峭，加劇了EMI的問題。

測(cè)試需求

基于安全性的考慮，如汽車、醫(yī)療電子等行業(yè)對(duì)電磁干擾有著嚴(yán)格的要求。電磁兼容性（EMC）標(biāo)準(zhǔn)的合規(guī)性，對(duì)于各制造商而言都是一項(xiàng)非常重要的任務(wù)，這與產(chǎn)品開發(fā)成本和上市時(shí)間息息相關(guān)。以新能源汽車行業(yè)為例，隨著碳化硅等新半導(dǎo)體技術(shù)的引入，功率比以往更高，高頻開關(guān)器件更多，主機(jī)廠對(duì)各供應(yīng)商所供零部件的EMC性能要求也變得越來越苛刻。為了最終確保電動(dòng)車輛整車電磁兼容性，并使整車輻射發(fā)射滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)CISPR 25和中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18655—2018對(duì)電動(dòng)車輛高低壓零部件在150kHz～108MHz頻段的傳導(dǎo)發(fā)射和150kHz～2.5GHz頻段的輻射發(fā)射規(guī)定了限值要求和測(cè)量方法。

但是，電磁兼容認(rèn)證測(cè)試成本高且測(cè)試過程繁瑣，往往要求設(shè)計(jì)人員進(jìn)行多次設(shè)計(jì)、整改和測(cè)試，造成產(chǎn)品上市延誤。因此，工程師在設(shè)計(jì)階段非常有必要進(jìn)行預(yù)一致性測(cè)試，改善產(chǎn)品設(shè)計(jì)，確保后期產(chǎn)品通過電磁兼容認(rèn)證通過率。

測(cè)試方法

標(biāo)配的SpectrumView頻譜視圖功能：

泰克4/5/6系MSO示波器標(biāo)配的SpectrumView既為時(shí)域提供了一個(gè)抽取濾波器，又在每個(gè)FlexChannel后面為頻域提供了一個(gè)數(shù)字下變頻器。如圖所示的信號(hào)采集和處理架構(gòu)，模擬信號(hào)經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，時(shí)域和頻域是并行處理的，使得時(shí)域和頻域捕獲時(shí)間可以獨(dú)立設(shè)置。因此兩條不同的采集路徑可以同時(shí)觀察輸入信號(hào)的時(shí)域視圖和頻域視圖，并為每個(gè)域提供獨(dú)立的采集設(shè)置，就像頻譜分析儀一樣發(fā)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)的射頻活動(dòng)。

噪聲頻譜

不同于頻譜分析儀，4/5/6系MSO示波器頻譜視圖可以使用任何類型的探頭，測(cè)量極低頻率的信號(hào)，并且支持多通道測(cè)量。上圖所示為噪聲頻譜，支持將橫軸設(shè)置為對(duì)數(shù)坐標(biāo)。下圖為同時(shí)觀察傳導(dǎo)和輻射噪聲的時(shí)域和頻域。

高級(jí)觸發(fā)類型

泰克4/5/6系MSO混合信號(hào)示波器具有的RFVT（射頻與時(shí)間相關(guān)）硬件觸發(fā)選項(xiàng)。如圖所示為開啟RF幅度與時(shí)間波形視圖后觀察到的跳頻信號(hào)，可以直觀地看到該信號(hào)每隔約5毫秒跳頻一次，跳過三個(gè)頻率。RFVT選件支持在該波形的邊沿、脈寬和超時(shí)事件的上進(jìn)行硬件觸發(fā)，更快地捕獲異常。除此以外另還有RF頻率、RF相位與時(shí)間相關(guān)觸發(fā)功能。

干擾源定位

使用4/5/6系MSO混合信號(hào)示波器配合磁場(chǎng)探頭、電場(chǎng)探頭就可以定位噪聲源并分析干擾源類型。頻譜視圖中還支持峰值標(biāo)記、最大/小值保持、平均等功能，方便進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。

8kHz，電路板上ADC采樣率16kHz200Hz=1/(5ms)

下圖為使用高壓差分探頭、電流探頭和近場(chǎng)探頭測(cè)量MOSFET的導(dǎo)通瞬間。在頻譜視圖下可同步觀察導(dǎo)通瞬間的頻譜變化情況。

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關(guān)于泰克科技

泰克公司總部位于美國(guó)俄勒岡州畢佛頓市，致力提供創(chuàng)新、精確、操作簡(jiǎn)便的測(cè)試、測(cè)量和監(jiān)測(cè)解決方案，解決各種問題，釋放洞察力，推動(dòng)創(chuàng)新能力。70多年來，泰克一直走在數(shù)字時(shí)代前沿。歡迎加入我們的創(chuàng)新之旅，敬請(qǐng)登錄：tek.com.cn。