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EMI辐射测试:峰值、准峰值和平均值测量

时间:2019-01-31 作者:Dorine Gurney, Tektronix 阅读:
为了尽可能地减少在合规性测试之前往返测试实验室的行程次数,可以先自己测量产品的EMI辐射。这不仅会提高一次性通过辐射合规测试的机率,还可以尽早发现潜在问题…

EMI辐射测试对于新产品推向市场至关重要。大多数电气和电子产品都要求合规测试,而且必须在(政府机构或业界)认可的测试实验室中进行,这种测试的成本可能很昂贵,尤其是在产品没有通过测试的情况下,测试不达标可能导致产品上市时间推迟,以及成本超支。MFpEETC-电子工程专辑

为了尽可能地减少在合规性测试之前往返测试实验室的行程次数,可以先自己测量产品的EMI辐射。这不仅会提高一次性通过辐射合规测试的机率,还可以尽早发现潜在的问题,而不必等到最后一分钟才发现必须对产品进行重新设计,且可以使用频谱分析仪或EMI接收机进行多项测量。MFpEETC-电子工程专辑

准峰值、峰值和平均值

在预合规测试中,可以扫描所测量产品的噪声,并将其与适当的法规标准指标进行比较,所采用的法规标准取决于所测试设备的使用区域和类别。在美国,这一标准是针对商用设备的FCC第15部分规范,还有许多其他产业特定的标准,例如针对汽车和军用产品的标准,这些标准还规定了如何测量噪声。大多数商业标准使用CISPR 16-1所定义的三种主要检测方法:峰值、准峰值和平均值,来自众多供货商的台式和USB频谱分析仪和EMI接收器都具有这种测量功能。MFpEETC-电子工程专辑

顾名思义,峰值检测保留了发射信号中每个谐波的峰值,以表示最坏的情况。平均检测提供整个周期内每个信号分量的平均幅度,而准峰值检测则是根据每个信号分量的重复率对其加权:重复率越高,给予该分量的权重越高。MFpEETC-电子工程专辑

从图1可以看出两个相似脉冲信号的三种探测器输出响应,其中顶端的回应具有更高的重复率。请注意,准峰值检测器具有更高的电压输出。MFpEETC-电子工程专辑

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图1 准峰值检测器在某信号分量更频繁发生时会产生更高的电压输出。MFpEETC-电子工程专辑

在预合规测试中,要想快速执行EMI扫描,应该从峰值检测开始,并将检测结果与已经公布的准峰值标准限值进行比较。如果设计达到了准峰值标准,而且有不小的余量(比如6dB或更多),那么产品通过合规性测试的可能性就比较大,准峰值测试可能都不需要了。但是,如果产品刚刚通过峰值检测,建议还是要进行准峰值测试,这与合规性测试中使用的方法相同,将有助于确定潜在的问题所在。MFpEETC-电子工程专辑

预合规测试

除非愿意再测试环境和设备上花费大量金钱,否则不太可能在自己的场所营造跟合规性实验室完全相同的测试环境。但是,透过一些低成本设备的投资,仍然可以提高一次性通过EMI合规测试的概率。MFpEETC-电子工程专辑

理想的测试场所是在没有无线电信号的环境中,远离蜂巢网络、基地台、广播电台或任何其他周围环境信号,一个建议是在一个外部地点(比如一个大型的空旷仓库)安装辐射干扰测试设备。理想的设置应避免带有隐藏金属线束或物体的墙壁,因为金属物体会产生反射,可能使某些有缺陷的频率无效和/或放大一些“通过的”频率。要减少这些反射可能花费昂贵,因为需要吸收这些辐射信号以防止反射,许多工程师会使用铁丝网来建造一个屏蔽室,至少可以减少外部信号的影响。除频谱分析仪外,可能还需要配置天线、三脚架和放大器,这取决于预算多少,有很多种天线可以购买,但如果预算特别不宽裕,也可以选择使用DTV天线,或使用PCB制作一个天线。还需要一张良好绝缘的桌子、一个隔离变压器,和线路阻抗稳定网络(LISN),图2显示使用USB实时频谱分析仪的典型辐射测试设置。MFpEETC-电子工程专辑

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*图2 辐射干扰测试装置包括天线、频谱分析仪、隔离桌、LISN,也可能带前置放大器。MFpEETC-电子工程专辑

首先扫描周围环境,同时将设备保持在原位但关闭电源。第一次辐射干扰扫描应使用峰值检测,因为它速度快,可以快速而全面地了解噪声幅度与容限标准的差距,并知道哪些频率可能出问题。MFpEETC-电子工程专辑

图3表示环境追踪和第一次峰值扫描与FCC第15部分A类限定标准的对比,最高频率达到960MHz,环境噪声是蓝绿色迹线,峰值扫描是黄色迹线。下方的表显示了峰值扫描与限定标准的对比结果,可以看出,结果显示A区域中存在大量突刺,这就说明没有达标。MFpEETC-电子工程专辑

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图3 这些结果显示出A区域中有大量突刺,没有达标。MFpEETC-电子工程专辑

图4中的扫描使用跨区域A的准峰值检测(放大到59MHz)以获得更精确的结果,并且跟在认可的测试实验室进行的官方测试结果更接近。MFpEETC-电子工程专辑

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图4 准峰值测试显示设备几乎没有几次达标,极有可能需要修改设计。MFpEETC-电子工程专辑

图4显示了峰值(绿色迹线)和准峰值(黄色迹线)与极限标准对比的结果。在此示例中,设备超出容限标准的余量只有1.5dB,这可能不足以确保在正式测试中达标。为了应对预合规测试设置的不准确性,最好有更多的余量,理想情况下,如果可以实现,至少需要6dB的余量。MFpEETC-电子工程专辑

在这种情况下,可能需要对设备进行设计修改以获得更大的余量,然后才能送往EMC/EMI测试实验室进行正式的合规测试。MFpEETC-电子工程专辑

频谱分析仪的一点建议

要进行EMC/EMI预合规测试,所选择的频谱分析仪一定要配有支持准峰值、峰值和平均值检测的软件,许多仪器都支持这一功能。在进行合规性设计和测试时,所有这三项测试最好都要做,以确保对产品能否达标有准确的了解。MFpEETC-电子工程专辑

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