一種實(shí)時(shí)頻譜分析在EMI診斷中的實(shí)現

　　圖5 VBW/RBW之比對隨機噪聲信號標準偏差的影響。在VBW不小于3倍的分辨率帶寬時(shí)，其對VBW的信號偏差沒(méi)有實(shí)際影響

　　測量速度和實(shí)時(shí)頻譜分析儀

　　QP和均值的測量速度一直是測量接收機和頻譜分析儀所面臨的一項挑戰。QP檢波器和儀表響應時(shí)間長(cháng)，因此在很寬的頻率中一次掃描一個(gè)頻率并不現實(shí)。為解決這個(gè)問(wèn)題，測量使用峰值檢波器完成，可以迅速確定被測設備中最高的EMI峰值。然后在所有問(wèn)題區域使用單頻率測量，重復執行測量。最近，市場(chǎng)上出現了能夠處理大的信號跨度的接收機和實(shí)時(shí)頻譜分析儀，其應用QP檢波和平均功能的速度要比單頻率測量技術(shù)高出幾個(gè)量級。這種計算頻寬中所有頻率點(diǎn)的方法產(chǎn)生了明顯的速度優(yōu)勢，與掃描技術(shù)相比，還有另一個(gè)優(yōu)勢：可以以高得多的偵聽(tīng)概率查看頻段中的瞬態(tài)信號。這一點(diǎn)在當前的設計環(huán)境中尤為重要，因為信號隨時(shí)間變化和移動(dòng)，單頻率測量不能表示這些動(dòng)態(tài)變化的信號。

　　查找當前的EMI問(wèn)題

　　盡管上面介紹的基于標準的測量方法對法定的一致性測試必不可少，但它們通常不能解決、甚至不能檢測到當前系統中EMI設計所面臨的問(wèn)題。

　　幸運的是，測量技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)可以滿(mǎn)足這些需求。上面介紹了如何使用實(shí)時(shí)頻譜分析儀發(fā)現瞬態(tài)信號和EMI隱患。在下面的實(shí)例中，單個(gè)的瞬態(tài)信號會(huì )產(chǎn)生一串瞬態(tài)信號，這些信號每次只持續很短的時(shí)間。在本例中，該設備是一種嵌入式系統，在把數據緩存到硬盤(pán)時(shí)導致了瞬態(tài)EMI.在使用掃頻分析儀的峰值檢波器簡(jiǎn)單檢查后（黃色軌跡，如圖6所示），似乎只有一個(gè)連續信號；把儀器保持Max-hold幾分鐘，同時(shí)循環(huán)DUT工作模式，會(huì )指明問(wèn)題（藍色軌跡）。但在峰值檢波模式下進(jìn)行快速掃描會(huì )得到黃色軌跡，沒(méi)有檢測到問(wèn)題。

　　圖6 掃頻分析儀峰值掃描（黃色軌跡）中漏掉的瞬態(tài)EMI,在DUT循環(huán)通過(guò)磁盤(pán)高速緩存操作、保持Max-hold模式一分鐘后被發(fā)現

　　圖7使用數字熒光處理（DPX）技術(shù)考察DUT的EMI特性，立即發(fā)現問(wèn)題。泰克公司實(shí)時(shí)頻譜分析儀獨有的DPX頻譜顯示技術(shù)每秒可以處理超過(guò)

　　48000個(gè)頻譜，保證能瞬時(shí)捕獲和顯示持續時(shí)間超過(guò)幾十微秒的信號。在圖6中，發(fā)生頻次較高的信號用紅色表示，發(fā)生頻次較低的信號用藍色和綠色表示。這樣，可以立即看到哪些信號是連續的，哪些信號是瞬態(tài)的。瞬態(tài)信號偶爾出現，但其電平要比連續信號高。

　　圖7 使用DPX在5s后發(fā)現的偶發(fā)瞬態(tài)信號。紅色區域是頻繁發(fā)生的信號，藍色部分和綠色部分是瞬態(tài)信號

　　在使用DPX發(fā)現潛在問(wèn)題后，還要觸發(fā)和捕獲信號，以便進(jìn)一步進(jìn)行分析。通過(guò)根據連續信號曲線(xiàn)定義頻率模板觸發(fā)，然后在頻譜中捕獲偶發(fā)的瞬態(tài)信號，可以輕松觸發(fā)和捕獲信號。持續時(shí)間超過(guò)10.3μs、高出頻率模板門(mén)限的任何信號都會(huì )導致觸發(fā)，并把觸發(fā)前和觸發(fā)后的信號存儲到存儲器中。圖8左側的三維頻譜圖顯示了瞬態(tài)信號觸發(fā)的4個(gè)采集結果。

圖8 使用頻率模板觸發(fā)技術(shù)捕獲以1s重復率發(fā)生的瞬態(tài)信號

　　現在可以全面分析信號了。圖8中的標記顯示了瞬態(tài)信號的重復率是1.0s,但瞬態(tài)信號的長(cháng)度并不是一直相同的，而是在5次采集過(guò)程中在752μs到200μs之間變化。這種重復頻率和變化的脈寬提供了重要線(xiàn)索，以確定電路中瞬態(tài)信號的來(lái)源，在本例中是磁盤(pán)高速緩存操作，這種操作只在被測設備的特殊工作條件下才發(fā)生。

　　總結

　　進(jìn)行基于標準的EMI測量要求使用標準機構規定的專(zhuān)用濾波器和檢波器。接收機、傳統頻譜分析儀和實(shí)時(shí)頻譜分析儀提供了這些專(zhuān)用濾波器和檢波器。實(shí)時(shí)頻譜分析儀和某些接收機使用的DSP技術(shù)的測量速度要比掃頻方法快幾個(gè)量級，因為其可以同時(shí)分析整個(gè)實(shí)時(shí)帶寬（高達110MHz）。

　　頻譜分析儀隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展而不斷改進(jìn)，并在未來(lái)的幾年中仍是EMI測試的基本工具。頻譜分析儀對于寬范圍的EMI診斷、故障檢測和測試應用是極其有用的。