一種新的基于時(shí)域方法的EMC測試技術(shù)

自動(dòng)化TDEMI測量算法

在時(shí)域測量中，要捕捉數據，首先需要進(jìn)行ADC采樣。采樣后，利用數字方法FFT計算出信號的頻譜。之后的信號處理過(guò)程就能夠糾正由天線(xiàn)頻率特性、傳輸線(xiàn)特性、放大器和抗混迭失真濾波器造成的誤差。然后分析EMI信號的峰值、RMS值和均值。利用附加的噪聲門(mén)限調整功能還能將該結果與傳統EMI接收機測得的結果進(jìn)行比較。

圖2給出了利用TDEMI系統進(jìn)行自動(dòng)時(shí)域EMI測量的基本算法流程圖。其中，M和N按下式計算：

式中，△TM表示觀(guān)測時(shí)間，△f表示頻率分辨率，fs表示采樣頻率。程序中有一個(gè)M次的循環(huán)，每次運行該循環(huán)，系統就會(huì )讀入一個(gè)長(cháng)為N的時(shí)域數據向量，然后將該向量轉換到頻率域，并送給檢測器模型。在M次循環(huán)結束之后，檢測器模型得到的幅度譜被送入對數處理程序中。最后，系統再糾正由TDEMI系統的頻率特性導致的誤差。文獻[6]中詳細描述了時(shí)域電磁干擾測量(TDEMI)系統中所用到的譜估計算法和檢測器模型。

EMC測試方案

1. 平穩EMI信號的測量

EMI測量時(shí)遇到的信號通常都具有隨機性[7]。這些信號中除了有諧波成分和(偽)噪聲以外，還可能包含瞬態(tài)成分和突發(fā)成分。盡管如此，仍可認為，只要觀(guān)測時(shí)間△TM足夠長(cháng)，一個(gè)隨機EMI信號的樣本x(t)(t0 t t0 +△TM)中可以包含該信號的所有信息。這時(shí)，x(t)的特性就與任意選擇的起始觀(guān)測時(shí)間t0無(wú)關(guān)，可以認為該信號是類(lèi)平穩的[8]。文獻[9]中詳細描述了這類(lèi)信號的測量過(guò)程。我們利用TDEMI系統和傳統EMI接收機測量了商用膝上電腦的EMI輻射，并對二者的測量結果進(jìn)行了比較。圖3所示就是利用這樣的測試裝置測得的一個(gè)典型時(shí)域數據向量。除了噪聲之外，其中還包含很大一部分由被測電路中所使用的各種時(shí)鐘信號輻射出來(lái)的平穩諧波成分。

圖4給出了由TDEMI系統和傳統EMI接收機測得的譜結果，兩種測量方式均采用了均值檢測模式，觀(guān)測時(shí)間均為△TM = 5 ms。接收機頻率步進(jìn)值為50 kHz，采用了一個(gè)帶寬為120 kHz的IF濾波器。從圖4中可以看出，TDEMI系統和傳統EMI接收機所測得的窄帶諧波信號的幅度譜基本匹配，二者的平均偏差還不到0.5 dB。它們只在噪聲門(mén)限上有較小的差別，這是由于TDEMI系統和傳統噪聲接收機的噪聲性能不同造成的。

2. 瞬態(tài)EMI信號的測量

當信號中主要包含尖峰信號、突發(fā)信號和其他瞬態(tài)現象時(shí)，TDEMI系統相對于傳統EMI接收機而言，就具有重大優(yōu)勢。因為在 TDEMI系統中用作ADC的示波器能夠設置為只在捕捉到瞬態(tài)信號發(fā)生時(shí)觸發(fā)。圖5給出了瞬態(tài)信號的觸發(fā)數據捕獲原理。對汽車(chē)發(fā)光裝置的測量就是一個(gè)實(shí)際例子。汽車(chē)發(fā)光裝置包括照明單元、電纜和一塊鉛酸電池。我們在1米左右的距離外，用一種類(lèi)似于前面講過(guò)的方式，通過(guò)一個(gè)寬帶天線(xiàn)來(lái)接收該裝置輻射出的 EMI信號。在裝置斷電過(guò)程中，系統輻射出一系列脈沖，見(jiàn)圖6，之后，很長(cháng)一段時(shí)間沒(méi)有任何輻射。我們將示波器設置為在這一系列脈沖邊沿觸發(fā)。第一次測量時(shí)，TDEMI系統測量了2500個(gè)頻段，每頻段內以5 GS/s的速度采100 000個(gè)點(diǎn)。EMI接收機則將步進(jìn)值設置為50 kHz，IF濾波器帶寬120 kHz，每點(diǎn)的停留時(shí)間為50毫秒。圖7給出了峰值檢測評估得到的幅度譜。在第二次實(shí)驗中，我們將停留時(shí)間增大到1秒。由于受時(shí)間約束，這次測量最高只能做到170 MHz，測量結果見(jiàn)圖8。比較兩次測量得到的結果，我們可以看出，在兩次測量中，TDEMI系統測量得到的幅度譜幾乎均和傳統EMI接收機測量的幅度譜上邊界吻合。在TDEMI系統測得的譜中，隨著(zhù)測量時(shí)間的延長(cháng)，只有測量的變化性稍為減緩，而EMI接收機測得的結果則很明顯嚴重依賴(lài)于停留時(shí)間。這是由目標信號的特性造成的。EMI接收機需要較長(cháng)的停留時(shí)間才能保證在每個(gè)頻點(diǎn)上的每次測量均能夠恰好觀(guān)測到一個(gè)瞬態(tài)信號。而TDEMI系統則會(huì )根據前面談到的觸發(fā)條件自動(dòng)對瞬態(tài)信號作出反應，并且在被測目標沒(méi)有EMI輻射的時(shí)候停止捕捉數據。這樣，TDEMI系統就有可能在很短的觀(guān)測時(shí)間內完成精確的測量。

本文小結

本文介紹了寬帶時(shí)域測量技術(shù)用于解決電磁干擾問(wèn)題的優(yōu)勢。利用TDEMI測量系統能夠仿效傳統的模擬EMI測量系統的各種工作模式，例如峰值模式、平均值模式、RMS模式和類(lèi)峰值監測模式。本文還介紹了信號處理算法以及利用時(shí)域電磁干擾(TDEMI)系統得到的測量結果。與傳統模擬EMI測量設備相比，TDEMI系統的測量時(shí)間降低了一個(gè)數量級。

參考文獻：

[1] CISPR16-1, Speciˉcation for radio disturbance and immunity measuring apparatus and meth-ods Part 1: Radio disturbance and immunity measuring apparatus, International Electrotech-nical Commission, 1999.

[2] CISPR16-2, Speciˉcation for radio disturbance and immunity measuring apparatus and meth-ods Part 2: Methods of measurement of disturbances and immunity, International Electrotech-nical Commission, 1999.

[3] F. Krug and P. Russer, Ultra-fast broadband EMI measurement in time domain using FFT and Periodogram, in 2002 IEEE International Symposium On Electromagnetic Compatibility Digest, August 19{23, Minneapolis, USA, 2002, pp. 577{582.

[4] A. Papoulis, The Fourier Integral and Its Applications, ISBN 0-0704-8447-3. McGraw-Hill,1962.

[5] S.L. Marple Jr., Digital Spectral Analysis with Applications, ISBN 0-8493-7892-3. Prentice-Hall, 1987.

[6] F. Krug and P. Russer, Ultra-fast broadband EMI measurement in time domain using classical spectral estimation, in 2002 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, June2{6, Seattle, USA, 2002, pp. 2237{2240.