淺談EMI自動測量

國標CISPR16標準化了自動EMI測量，所有操作人員及系統(tǒng)集成工程師務(wù)必遵守這些系列標準。這樣，相同EUT在不同地方的測試結(jié)果將具有一致性。

概述

本文描述了如何搭建一個自動的電磁干擾(EMI)測試系統(tǒng)，重點介紹了測試過程中出現(xiàn)的問題及其相應(yīng)解決方法，并介紹了如何正確的配置系統(tǒng)及其參數(shù)。為規(guī)避錯誤及不同測試環(huán)境和測試員之間的差異，自動化EMI測量的標準化是很有必要的。

1.關(guān)于自動化電磁兼容(EMC)測量

1.1 效率

具有合適的測試及控制方法的自動EMC測量可提高實驗室效率、避免浪費時間。通過自動測量可遠離那些大量煩瑣冗余的重復(fù)性EMI測量。

1.2 一致性

完整的測試系統(tǒng)消除了因人工讀寫和記錄引起的誤差，而且軟件可以保持與儀器設(shè)置的一致性。因此，自動EMC測試系統(tǒng)能夠給出高度可重現(xiàn)的測試結(jié)果。從根本上來說，不管是人工測量還是軟件控制下的測量，幅射電平的精確度是沒有區(qū)別的。在兩種情形下，測量的不確定性來自測試裝置所使用的設(shè)備的精度標準。

另一方面，軟件控制下的儀器的不同設(shè)置可產(chǎn)生不同的測試結(jié)果。所以，與自動EMI測量相關(guān)的標準正在興起。在測量過程中，我們必須根據(jù)CISPR16-2標準來配置軟件和儀器。

為確保測試結(jié)果的有效性，測試系統(tǒng)具有校正因子及自動監(jiān)視功能。

1.3 測試結(jié)果和數(shù)據(jù)的管理

對軟件來說能夠非常方便和高效地創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)庫，以便保存和檢查測試結(jié)果。

1.4 自動測量期間的問題

盡管使用自動測量有許多優(yōu)點，但我們?nèi)孕鑿娬{(diào)可能導(dǎo)致錯誤結(jié)果的一些要點，諸如頻率掃描過程中的問題、測量時間設(shè)置、關(guān)鍵數(shù)據(jù)簡化與篩選、天線高度、校準及修正。

2. 用于EMI測量的掃描規(guī)則—參數(shù)配置

表1：CISPR范圍時的最小化掃描次數(shù)。

2.1 EMI測試的頻率掃描步驟

在EMI測量過程中，測試員時常關(guān)注是否忽視了一些頻點。在接收機模式中，測試頻率按步進方式(逐點)掃描，因此為了避免忽略頻點，如何設(shè)置步距是非常重要的。在頻譜分析儀模式中，測試頻率是連續(xù)掃描的，但顯示在頻譜儀上的頻點數(shù)卻是有限的，因此如何定位峰值的真實頻率至關(guān)重要。

在接收機模式中，該如何設(shè)置步距呢?步距必須小于中頻(IF)帶寬的一半，通常我們使用IF帶寬的一半。依據(jù)EMC標準，接收機的IF帶寬定義為-6dB帶寬。如果我們使用不合適的步距，則會有一些峰值丟失或出現(xiàn)錯誤結(jié)果。例如，若步距等于IF帶寬，一些頻點(兩相鄰測試點的中間)的測試結(jié)果將比正確的測量值少6dB(圖1);若步距少于1/2 IF帶寬，則錯誤將會小于1dB(圖2)。

依據(jù)EMC標準，我們可以使用帶有-6dB IF帶寬和預(yù)選擇器的頻譜分析儀。在分析儀模式中，顯示頻點的數(shù)目將影響測試結(jié)果。如果我們想在結(jié)果曲線上知道準確的頻率值，則需要做局部掃描(放大頻率軸)。在局部掃描過程中，須設(shè)置為SPAN/(頻點數(shù))<1/2 RBW。

2.2 測量時間和掃描速率

測量與掃描接收機的測量次數(shù)與掃描速率應(yīng)設(shè)置為可測量最大幅射電平。

在預(yù)掃描期間，通常使用最小掃描與保持時間。

針對峰值點的最終測量，每一頻率的保持時間需足夠長以便測量信號峰值。

3.EMI自動化測量的標準配置

3.1 一般過程

與人工操作相同的是，自動測試系統(tǒng)的第一步也是“預(yù)掃描”：在目標頻率范圍內(nèi)掃描并搜索來自被測設(shè)備(EUT)的幅射信號。依據(jù)EMC標準，關(guān)鍵限值由準峰值檢波器給出;但是在測試員感興趣的全范圍測試過程中，使用準峰值檢波器將會導(dǎo)致過多的測試次數(shù)。感興趣的頻點須限制在被測幅射峰值幅度大于或接近幅射極限的頻率，只有位于這些頻點的幅射信號才被放大和測量(見圖3)。

圖3：EMI自動測量的一般過程。

3.2 EMI測量過程中的預(yù)掃描方法

傳導(dǎo)幅射：預(yù)掃描可在一個典型的導(dǎo)線上進行，例如使用峰值和均值檢波以最快掃描時間掃描電源線的“L”線。針對準峰值和均值檢波器的兩個限值將呼之欲出。

干擾功率：預(yù)掃描也可利用靠近EUT的吸收鉗進行。應(yīng)使用帶極限的峰值與均值檢波。

圖4：軟件配置示例(羅德-施瓦茨 EMC32)。

空間幅射：在9kHz到30MHz的頻率范圍內(nèi)，當(dāng)接收機在掃描幅射頻譜時，需要旋轉(zhuǎn)環(huán)形天線和EUT以找到最大場強。在30到1000 MHz的頻率范圍內(nèi)，天線的高度需根據(jù)表2給定的值預(yù)先進行調(diào)整。

表2

3.3 數(shù)據(jù)簡化方法

數(shù)據(jù)簡化是用來減少預(yù)掃描過程中采集到的信號數(shù)目，并由此進一步縮短整個測量時間。數(shù)據(jù)簡化由可接受性分析和子范圍最大化搜索功能組成。關(guān)于可接受性分析，你可以(可選)為每個檢波器選擇一個限制線，該限制線還要用于最終測量中的電平評估。此外，還需定義可接受偏移量。

關(guān)于子范圍最大化搜索，你可以在整個范圍內(nèi)定義一些頻率子范圍，并在每個子范圍搜索峰值。

3.4 幅射最大化和最終測量

在通過數(shù)據(jù)簡化搜索到的峰值點上，我們必須調(diào)整附件(如天線、轉(zhuǎn)盤、LISN和吸收鉗)的設(shè)置以便捕獲最大幅射信號，并使用標準中定義的檢波器進行測試。每個頻率點的測量時間需足夠長方可測量信號峰值。

3.5 校準和修正因子

自動測量的優(yōu)點之一是其測試值可自動修正。為每個信號路徑和附件進行校準是必要的。測試結(jié)果必須同校準數(shù)據(jù)一同提供。

3.6 測試報告

通常，測量的目的是為了獲取測試報告。根據(jù)測試報告中的表格數(shù)值與圖形可以獲得測試結(jié)果。而且，產(chǎn)品標準要求的與測試系統(tǒng)自身相關(guān)的信息(如變頻器和修正儀的使用、儀器配置、EUT裝置的文檔)也應(yīng)成為測試報告內(nèi)容的一部分。

本文小結(jié)

目前，大多數(shù)EMC實驗室已采用自動測試系統(tǒng)進行EMC測量，不過正確地配置系統(tǒng)和軟件非常重要。國標CISPR16標準化了自動EMI測量，所有操作人員及系統(tǒng)集成工程師務(wù)必遵守這些系列標準。這樣，相同EUT在不同地方的測試結(jié)果具有一致性。