淺談EMC自動(dòng)測量
概述
本文描述了如何搭建一個(gè)自動(dòng)的電磁干擾（EMI）測試系統(tǒng)，重點(diǎn)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(cuò)誤及不同測試環(huán)境和測試員之間的差異，自動(dòng)化EMI測量的標(biāo)準(zhǔn)化是很有必要的。
1．關(guān)于自動(dòng)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(dòng)EMC測量可提高實(shí)驗(yàn)室效率、避免浪費(fèi)時(shí)間。通過自動(dòng)測量可遠(yuǎn)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(dòng)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(biāo)準(zhǔn)。
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(dòng)EMI測量相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)正在興起。在測量過程中，我們必須根據(jù)CISPR16-2標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)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(gè)數(shù)據(jù)庫，以便保存和檢查測試結(jié)果。
1.4 自動(dòng)測量期間的問題
盡管使用自動(dòng)測量有許多優(yōu)點(diǎn)，但我們?nèi)孕鑿?qiáng)調(diào)可能導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)果的一些要點(diǎn)，諸如頻率掃描過程中的問題、測量時(shí)間設(shè)置、關(guān)鍵數(shù)據(jù)簡化與篩選、天線高度、校準(zhǔn)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(shí)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(shí)常關(guān)注是否忽視了一些頻點(diǎn)。在接收機(jī)模式中，測試頻率按步進(jìn)方式（逐點(diǎn)）掃描，因此為了避免忽略頻點(diǎn)，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(diǎn)數(shù)卻是有限的，因此如何定位峰值的真實(shí)頻率至關(guān)重要。
在接收機(jī)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(biāo)準(zhǔn)，接收機(jī)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(cuò)誤結(jié)果。例如，若步距等于IF帶寬，一些頻點(diǎn)（兩相鄰測試點(diǎn)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(cuò)誤將會小于1dB（圖2）。
圖1：步距等于中頻帶寬。
圖2：步距等于1/2 中頻帶寬。
依據(jù)EMC標(biāo)準(zhǔn)，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(diǎn)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(zhǔn)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(diǎn)數(shù)）<1/2 RBW。
2.2 測量時(shí)間和掃描速率
測量與掃描接收機(jī)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(shí)間。
針對峰值點(diǎn)的最終測量，每一頻率的保持時(shí)間需足夠長以便測量信號峰值。
3．EMI自動(dòng)化測量的標(biāo)準(zhǔn)配置
3.1 一般過程
與人工操作相同的是，自動(dòng)測試系統(tǒng)的第一步也是“預(yù)掃描”：在目標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)，關(guān)鍵限值由準(zhǔn)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(zhǔn)峰值檢波器將會導(dǎo)致過多的測試次數(shù)。感興趣的頻點(diǎn)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(diǎn)的幅射信號才被放大和測量（見圖3）。
圖3：EMI自動(dòng)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(gè)典型的導(dǎo)線上進(jìn)行，例如使用峰值和均值檢波以最快掃描時(shí)間掃描電源線的“L”線。針對準(zhǔn)峰值和均值檢波器的兩個(gè)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(jìn)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(jī)在掃描幅射頻譜時(shí)，需要旋轉(zhuǎn)環(huán)形天線和EUT以找到最大場強(qiáng)。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(jìn)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(jìn)一步縮短整個(gè)測量時(shí)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(gè)檢波器選擇一個(gè)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(gè)范圍內(nèi)定義一些頻率子范圍，并在每個(gè)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(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)中定義的檢波器進(jìn)行測試。每個(gè)頻率點(diǎn)的測量時(shí)間需足夠長方可測量信號峰值。
3.5 校準(zhǔn)和修正因子
自動(dòng)測量的優(yōu)點(diǎn)之一是其測試值可自動(dòng)修正。為每個(gè)信號路徑和附件進(jìn)行校準(zhǔn)是必要的。測試結(jié)果必須同校準(zhǔn)數(shù)據(jù)一同提供。
3.6 測試報(bào)告
通常，測量的目的是為了獲取測試報(bào)告。根據(jù)測試報(bào)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(biāo)準(zhǔn)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(bào)告內(nèi)容的一部分。
本文小結(jié)
目前，大多數(shù)EMC實(shí)驗(yàn)室已采用自動(dòng)測試系統(tǒng)進(jìn)行EMC測量，不過正確地配置系統(tǒng)和軟件非常重要。國標(biāo)CISPR16標(biāo)準(zhǔn)化了自動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)。這樣，相同EUT在不同地方的測試結(jié)果具有一致性。
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