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探究基于时域EMI测试测量及速度改善
发布时间:2019-07-11 08:51 来源:

I. 速度更快,洞察力更强、更加智能

R&S ESR(参阅图1)是频率范围从10 Hz 至 7 GHz的电磁干扰测试接收机。它主要用于符合相关商业电磁兼容标准的产品认证测量。通过集成预选、20 dB前置放大器和高度线性的前端,R&S?ESR满足CISPR 16-1-1标准要求,也符合所有其他相关商业标准要求。而使这台仪器真正不同凡响的是它基于FFT的时域扫描,它以迄今为止从未达到过的速度测量电磁干扰。过去需要几个小时的干扰测量现在几秒钟内即可完成。

图1: R&S ESR EMI测试接收机使用基于FFT的时域扫描执行符合标准的干扰测量,比传统EMI测试接收机快6000倍。

具有广泛诊断工具的可选实时频谱分析功能,使该仪器能够以新的视野分析干扰信号及其历史。除了提供EMC试功能外,R&S ESR还是一款为实验室应用准备的强大的全功能信号与频谱分析仪。该仪器结构清晰,采用直观的触摸屏界面,在任何模式下都非常容易操作。

II. 时域扫描 - 超快速,符合标准的测量

在时域扫描模式下,R&S ESR的测量速度比传统步进式频率扫描模式下的测量速度高出6000倍,它是市场上最快的EMI 测试接收机。R&S ESR在几毫秒内即可完成在各个CISPR频段的频率扫描。它实时测量传导干扰,包括准峰值加权,没有任何时间缝隙地贯穿整个CISPR频段B,即从150 kHz到30 MHz(参阅图2)。

图2:实时时域扫描,采用准峰值和平均加权测量干扰电压,外加含通过/失败指示的限值线检查。

图3:典型EMI测量设置,采用步进式频率扫描和采用时域扫描总体测量时间的比较。

此类应用不再需要预览扫描,因为R&S ESR以符合CISPR 16-1-1的电平测量精度,采用准峰值加权得到想要的频谱,所需时间不超过2秒(参阅图3)。

这样可节省用户为获取结果而花费的宝贵时间。当要测试的设备仅可在短时间内操作或测量时(例如车辆中的起动电动机),时域扫描功能特别有用。极快的时域扫描可非常迅速地得到结果,从而可以轻松处理这类情况。由此节省下的时间可用于例如增加观察时间,以便可靠检测脉冲重复频率非常低的窄带、间歇性干扰信号,或者检测孤立的脉冲。通过增加观察时间,即便是波动的干扰或漂移的干扰,其最高电平也能检测到,而且不会使总体测量时间无节制延长。

III. 实时频谱分析为洞察干扰信号提供新视野

R&S ESR将符合标准的EMI测试接收机功能与实时频谱分析仪功能结合在一起,提供传统EMI 试接收机从来未有的分析能力。如果认证测试期间设备测试失败,可以切换到实时模式分析干扰信号。这种方法非常有助于测量偶发事件和短暂事件,频率上的窄带干扰漂移或被测设备在切换操作时的频谱特性。使用传统频率调谐的仪器是以顺序方式测量相对窄带的频率范围。如果事先没有详细了解被测设备的辐射发射行为,这些类型的不稳定信号波形仍可能不被传统分析仪检测到,即使能够检测和分析也是非常耗时。R&S ESR的测量频谱高达40 MHz,无任何时间缝隙,因此即使是非常短的脉冲也能够捕捉到。

R&S ESR提供频谱瀑布图功能,可在时域提供无缝频谱显示,允许用户可以随时间分析干扰信号的行为变化。每个频谱表示为具有不同电平的水平线,不同电平分配不同颜色。对应于100μs的时间分辨率,各条谱线以高达每秒10,000线的速率连续加入。频谱瀑布图揭示了在频谱中看不到的信号特征。R&S ESR还具有频率模板触发(FMT)功能,可以检测指定频谱内的偶发事件。测试接收机测量每个单独的频谱,并将其与频率相关的模板进行比较。如果一个频谱触及了模板,则R&S ESR将激活触发并显示那个频谱,从而使用户能够分析该干扰及其影响。

当单个干扰信号在传统分析仪模式下看不到,在余辉模式下它将立即显现。采用这种模式,R&S ESR将无缝频谱写入单个图中。每个像素的颜色指出在特定频率上特定振幅出现的频繁程度。 如果信号不再在特定频率处以特定振幅出现,则相应的像素在用户定义的余辉时间周期后消失。由此,余辉模式建立了频谱直方图。用户可以清楚区分开仅在很短时间内出现的脉冲型干扰和连续干扰。即使不同的脉冲型干扰也可以轻松地被区分。此外,余辉模式能够识别出被宽带干扰叠加的窄带干扰(参阅图4和图5)。

IV. 用于显示干扰信号周围频谱的中频分析功能

可选的R&S ESR中频分析功能提供EMI接收频率周围射频输入信号的频谱显示。中频频谱显示可耦合到当前接收频率的柱状图显示。或者,可以将中频频谱与保存的频率扫描结果一起显示。接收频率可以耦合到标记的位置,在频率扫描期间该标记被放置在检测到的EMI信号峰值上(标记跟踪功能)。

图4:在分析仪模式下显示宽带干扰 - 在本例中,由EMI抑制差的电机引起。黄色轨迹表示当前频谱,蓝色轨迹表示Max. Hold。?

图5:在余辉模式下同一电机的干扰频谱。这里,第二个脉冲型干扰清晰可见,而在分析仪模式下不能识别出它,因为它隐藏在宽带干扰中。

这是接近和评估频谱中最高峰的简单方法(参阅图6)。中频频谱还提供有关测量信道周围频谱占用的详细概览和已调制信号的频谱分布信息。任何收到的信号都可以快速分类为干扰信号或想要的信号。频谱的视觉评估有助于将接收机精确调谐到所需的频率。可以同时激活AM或FM音频解调,从而更容易识别检测到的信号,例如为了识别和排除开放区域测量中的环境干扰。

图6:耦合到频率扫描(下屏 )的中频频谱(上屏)显示。扫描轨迹上的实际标记位置决定接收频率和中频频谱的中心频率(标记跟踪功能)。

V. 只需按下按钮的自动化测试序列

执行干扰测量的标准方法是将采用峰值和平均值加权的快速预览测量与在临界频率上采用CISPR要求的检波器加权进行的最终测量相结合。对于这种方法,R&S ESR提供了在商业标准中定义的预编限值线的选择,用于产品辐射测量。将限值线与预览测量结果比较,这些结果是用传统步进频率扫描获得的,或者是以极高的速度,采用可选的快速时域扫描获得的。然后,测试接收机根据用户定义的准则识别临界频率,并用表格(峰值列表)进行呈现。自动测试序列可以在触摸屏上快速、轻松配置(参阅图7),并且按下按钮即可执行。

对于电力线上的干扰电压测量,R&S ESR能够通过它的AUX端口控制罗德与施瓦茨公司的线路阻抗稳定网络(LISN)。所有相线的测量都可完全自动执行。这确保了最高干扰电平能够可靠地被检测到。

VI. 符合标准的频谱分析仪 - 用于并超越EMI 测量

R&S ESR包含了功能强大的R&S FSV信号与频谱分析仪。组合了EMI 测试接收机和频谱分析仪的功能,它成为能提供多种能力的仪器。首先,R&S ESR执行快速诊断测量,以便在不同开发阶段确定和分析产品的EMI特性- 可使用或不使用预选器。第二,R&S ESR可用于在射频开发实验室内执行大量标准测量。额外的测量功能,例如邻道功率(ACP)、三阶截止点(TOI)和占用带宽(OBW),以及统计功能(APD、CCDF),将该仪器的应用范围扩展到远超出EMI 测量范畴。

图7:R&S ESR允许用户快速、轻松配置自动测试序列(预览测量/数据精简/最终测量),按下按钮即可执行。最终测量也可以交互进行。

对于频谱分析仪模式下的电磁干扰测量,R&S ESR提供多达16个标记,它们可以放置在干扰频谱的临界频率上。这些标记可与CISPR检测器相配合,从而能够与相关限值线比较。频谱也可沿对数频率轴显示。在临界频率上测量到的电平以表格形式列出(参阅图8)。

VII. 触摸屏:无与伦比的轻松操作

R&S ESR不仅提供出色的功能,易于操作和清晰的结构化用户界面也为其加分不少。各种测量模式明显分开,按下按钮即可切换操作模式。用户可直接在触摸屏上轻松配置复杂的测量和自动测试序列。R&S EMC32软件可用于远程控制R&S ESR,并将其集成到用于自动化测试程序的复杂EMC测量系统中。

图8: 分析仪模式下使用频率扫描(最大200,001点)和对数刻度进行的干扰频谱预览测量,以及使用要求的CISPR检波器和限值线检查的最终测量。

VIII.结论:EMI 测试接收机性能的一个新次元

新型R&S ESR不仅在测量速度方面,而且在其诊断能力方面(它开辟了高度通用的应用)优于所有现有的EMI测试接收机。R&S ESR可轻松执行符合EN/ CISPR/FCC标准的认证测量(传导和辐射),以及在家用电器、多媒体设备、照明设备、工业或医疗应用设备开发过程中的EMI分析。在汽车行业,R&S ESR是符合汽车制造商指南要求的车辆和配件认证测试的理想选择,借助其可选的直流电源它也适合移动测量应用。