電磁干擾測量與診斷(doc10)

1、.：.；電磁干擾丈量與診斷當他的產(chǎn)品由于電磁干擾發(fā)射強度超越電磁兼容規(guī)范規(guī)定而不能出廠時，或當由于電路模塊之間的電磁干擾，系統(tǒng)不能正常任務時，我們就要處理電磁干擾的問題。要處理電磁干擾問題，首先要可以“看到電磁干擾，了解電磁干擾的幅度和發(fā)生源。本文要引見有關電磁干擾丈量和判別干擾發(fā)生源的的方法。丈量儀器談到丈量電信號，電氣工程師首先想到的能夠就是示波器。示波器是一種將電壓幅度隨時間變化的規(guī)律顯示出來的儀器，它相當于電氣工程師的眼睛，使他可以看到線路中電流和電壓的變化規(guī)律，從而掌握電路的任務形狀。但是示波器并不是電磁干擾丈量與診斷的理想工具。這是由于：A. 一切電磁兼容規(guī)范中的電磁干擾極限值都是

2、在頻域中定義的，而示波器顯示出的時域波形。因此測試得到的結(jié)果無法直接與規(guī)范比較。為了將測試結(jié)果與規(guī)范相比較，必需將時域波形變換為頻域頻譜。B.電磁干擾相對于電路的任務信號往往都是較小的，并且電磁干擾的頻率往往比信號高，而當一些幅度較低的高頻信號疊加在一個幅度較大的低頻信號時，用示波器是無法進展丈量。C.示波器的靈敏度在mV級，而由天線接納到的電磁干擾的幅度通常為V級，因此示波器不能滿足靈敏度的要求。丈量電磁干擾更適宜的儀器是頻譜分析儀。頻譜分析儀是一種將電壓幅度隨頻率變化的規(guī)律顯示出來的儀器，它顯示的波形稱為頻譜。頻譜分析儀抑制了示波器在丈量電磁干擾中的缺陷，它可以準確丈量各個頻率上的干擾強度

3、。對于電磁干擾問題的分析而言，頻譜分析儀是比示波器更有用的儀器。而用頻譜分析儀可以直接顯示出信號的各個頻譜分量。1.1頻譜分析儀的原理頻譜分析儀是一臺在一定頻率范圍內(nèi)掃描接納的接納機，它的原理圖如圖1所示。圖1 頻譜分析儀的原理框圖頻譜分析儀采用頻率掃描超外差的任務方式。混頻器將天線上接納到的信號與本振產(chǎn)生的信號混頻，當混頻的頻率等于中頻時，這個信號可以經(jīng)過中頻放大器，被放大后，進展峰值檢波。檢波后的信號被視頻放大器進展放大，然后顯示出來。由于本振電路的振蕩頻率隨著時間變化，因此頻譜分析儀在不同的時間接納的頻率是不同的。當本振振蕩器的頻率隨著時間進展掃描時，屏幕上就顯示出了被測信號在不同頻率上

4、的幅度，將不同頻率上信號的幅度記錄下來，就得到了被測信號的頻譜。根據(jù)這個頻譜，就可以知道被測設備能否有超越規(guī)范規(guī)定的干擾發(fā)射，或產(chǎn)生干擾的信號頻率是多少。1.2 頻譜分析儀的運用方法要獲得正確的丈量結(jié)果，必需正確地操作頻譜分析儀。本節(jié)簡單引見頻譜分析儀的運用方法。正確運用頻譜分析儀的關鍵是正確設置頻譜分析儀的各個參數(shù)。下面解釋頻譜分析儀中主要參數(shù)的意義和設置方法。頻率掃描范圍： 規(guī)定了頻譜分析儀掃描頻率的上限和下限。經(jīng)過調(diào)整掃描頻率范圍，可以對感興趣的頻率進展細致的察看。掃描頻率范圍越寬，那么掃描一遍所需求時間越長，頻譜上各點的丈量精度越低，因此，在能夠的情況下，盡量運用較小的頻率范圍。在設置

5、這個參數(shù)時，可以經(jīng)過設置掃描開場頻率和終止頻率來確定，例如：start frequency = 1MHz, stop frequency = 11MHz。也可以經(jīng)過設置掃描中心頻率和頻率范圍來確定，例如：center frequency = 6MHz, span = 10MHz。這兩種設置的結(jié)果是一樣的。中頻分辨帶寬： 規(guī)定了頻譜分析儀的中頻帶寬，這項目的決議了儀器的選擇性和掃描時間。調(diào)整分辨帶寬可以到達兩個目的，一個是提高儀器的選擇性，以便對頻率相距很近的兩個信號進展區(qū)別。另一個目的是提高儀器的靈敏度。由于任何電路都有熱噪聲，這些噪聲會將微弱信號淹沒，而使儀器無法察看微弱信號。噪聲的幅度與儀

6、器的通頻帶寬成正比，帶寬越寬，那么噪聲越大。因此減小儀器的分辨帶寬可以減小儀器本身的噪聲，從而加強對微弱信號的檢測才干。分辨帶寬普通以3dB帶寬來表示。當分辨帶寬變化時，屏幕上顯示的信號幅度能夠會發(fā)變化。假設丈量信號的帶寬大于通頻帶帶寬，那么當帶寬添加時，由于經(jīng)過中頻放大器的信號總能量添加，顯示幅度會有所添加。假設丈量信號的帶寬小于通頻帶寬，如對于單根譜線的信號，那么不論分辨帶寬怎樣變化，顯示信號的幅度都不會發(fā)生變化。 信號帶寬超越中頻帶寬的信號稱為寬帶信號，信號帶寬小于中頻帶寬的信號稱為窄帶信號。根據(jù)信號是寬帶信號還是窄帶信號可以有效地定位干擾源。掃描時間： 儀器接納的信號從掃描頻率范圍的最

7、低端掃描到最高端所運用的時間叫做掃描時間。掃描時間與掃描頻率范圍是相匹配的。假設掃描時間過短，丈量到的信號幅度比實踐的信號幅度要小。視頻帶寬： 視頻帶寬的作用與中頻帶寬一樣，可以減小儀器本身的帶內(nèi)噪聲，從而提高儀器對微弱信號的檢測才干。2用頻譜分析儀分析干擾的來源2.1 根據(jù)干擾信號的頻率確定干擾源在處理電磁干擾問題時，最重要的一個問題是判別干擾的來源，只需準確將干擾源定位后，才可以提出處理干擾的措施。根據(jù)信號的頻率來確定干擾源是最簡單的方法，由于在信號的一切特征中，頻率特征是最穩(wěn)定的，并且電路設計人員往往對電路中各個部位的信號頻率都非常清楚。因此，只需知道了干擾信號的頻率，就可以推測出干擾是

8、哪個部位產(chǎn)生的。對于電磁干擾信號，由于其幅度往往遠小于正常任務信號，因此用示波器很難丈量到干擾信號的頻率。特別是當較小的干擾信號疊加在較大的任務信號上時，示波器無法與干擾信號同步，因此不能夠得到準確的干擾信號頻率。而用頻譜分析儀做這種丈量是非常簡單的。由于頻譜分析儀的中頻帶寬較窄，因此可以將與干擾信號頻率不同的信號濾除掉，準確地丈量出干擾信號頻率，從而判別產(chǎn)生干擾信號的電路。2.2 根據(jù)干擾信號的帶寬確定干擾源判別干擾信號的帶寬也是判別干擾源的有效方法。例如，在一個寬帶源的發(fā)射中能夠存在一個單個高強度信號，假設可以判別這個高強度信號是窄帶信號，那么它不能夠是從寬帶發(fā)射源產(chǎn)生的。干擾源能夠是電源

9、中的振蕩器，或任務不穩(wěn)定的電路，或諧振電路。當在儀器的通頻帶中只需一根譜線時，就可以斷定這個信號是窄帶信號。根據(jù)傅立葉變換，單根的譜線所對應的信號是周期信號。因此，當遇到單根譜線時，就要將留意力集中到電路中的周期信號電路上。3用近場測試方法確定輻射源除了上述的根據(jù)信號特征判別干擾源的方法以外，在近場區(qū)查找輻射源可以直接發(fā)現(xiàn)干擾源。在近場區(qū)查找輻射源的工具有近場探頭和電流卡鉗。檢查電纜上的發(fā)射源要運用電流卡鉗，檢查機箱縫隙的走漏要運用近場探頭。3.1 電流卡鉗與近場探頭電流探頭是利用變壓器原理制造的可以檢測導線上電流的傳感器。當電流探頭卡在被測導線上時，導線相當于變壓器的初級，探頭中的線圈相當于

10、變壓器的次級。導線上的信號電流在電流探頭的線圈上感應出電流，在儀器的輸入端產(chǎn)生電壓。于是頻譜分析儀的屏幕上就可以看到干擾信號的頻譜。儀器上讀到的電壓值與導線中的電流值經(jīng)過傳輸阻抗換算。傳輸阻抗定義為：儀器50? 輸入阻抗上感應的電壓與導線中的電流之比。對于一個詳細的探頭，可以從廠家提供的探頭闡明書中查到它的轉(zhuǎn)移阻抗ZT。因此，導線中的電流等于：I = V / ZT假設公式中的一切物理量都用dB表示，那么直接相減。對于機箱的走漏，要用近場探頭進展探測。近場探頭可以看成是很小的環(huán)形天線。由于它很小，因此靈敏度很低，僅能對近場的輻射源進展探測。這樣有利于對輻射源進展準確定位。由于近場探頭的靈敏度較低

11、，因此在運用時要與前置放大器配套運用。3.2 用電流卡鉗檢測共模電流設備產(chǎn)生輻射的主要緣由之一是電纜上有共模電流。因此當設備或系統(tǒng)有超標發(fā)射時，首先應該疑心的就是設備上外拖的各種電纜。這些電纜包括電源線電纜和設備之間的互連電纜。將電流探頭卡在電纜上，這時由于探頭同時卡住了信號線和回流線，因此差模電流不會感應出電壓，儀器上讀出的電壓僅代表共模電流。丈量共模電流時，最好在屏蔽室中進展。假設不在屏蔽室中，周圍環(huán)境中的電磁場會在電纜上感應出電流，呵斥誤判別。因此應首先將設備的電源斷開，在設備沒有加電的形狀下丈量電纜上的背景電流，并記錄下來，以便與設備加電后丈量的結(jié)果進展比較，排除背景的影響。假設在用天

12、線進展丈量時將頻譜分析儀的掃描頻率局限感興趣的頻率周圍很小的范圍內(nèi)，那么可以排除環(huán)境中的干擾。3.3 用近場探頭檢測機箱的走漏假設設備上外拖電纜上沒有較強的共模電流，就要檢查設備機箱上能否有電磁走漏。檢查機箱走漏的工具是近場探頭。將近場探頭接近機箱上的接縫和開口處，察看頻譜分析儀上能否有感興趣的信號出現(xiàn)。普通由于探頭的靈敏度較低，即使用了放大器，很弱的信號在探頭中感應的電壓也很低，因此在丈量時要將頻譜分析儀的靈敏度調(diào)得盡量高。根據(jù)前面的討論，減小頻譜分析儀的分辨帶寬可以提高儀器的靈敏度。但是要留意的是，當分辨帶寬很窄時，掃描時間會變得很長。為了縮短掃描時間，提高檢測效率，應該使頻譜分析儀的掃描

13、頻率范圍盡量小。因此普通在用近場探頭檢測機箱走漏時，都是首先用天線測出走漏信號的準確頻率，然后使儀器用盡量小的掃描頻率范圍覆蓋住這個干擾頻率。這樣做的另一個益處是不會將背景干擾誤判為走漏信號。對于機箱而言，接近濾波器安裝位置的縫隙是最容易產(chǎn)生電磁走漏的。由于濾波器將信號線上的干擾信號旁路到機箱上，在機箱上構成較強的干擾電流，這些電流流過縫隙時，就會在縫隙處產(chǎn)生電磁走漏。4容易犯的錯誤當設備不能滿足有關的電磁兼容規(guī)范時，就要對設備產(chǎn)生超標發(fā)射的緣由進展調(diào)查，然后進展排除。在這個過程中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)許多人經(jīng)過長時間的努力，依然沒有排除缺點。呵斥這種情況的緣由是診斷任務墮入了“死循環(huán)。這種情況可以用下面

14、的例子闡明。假設一個系統(tǒng)在測試時出現(xiàn)了超標發(fā)射，使系統(tǒng)不能滿足電磁兼容規(guī)范中對電磁輻射的限制。經(jīng)過初步伐查，緣由能夠有4個，它們分別是：主機與鍵盤之間的互連電纜電纜1上的共模電流產(chǎn)生的輻射 主機與打印機之間的互連電纜電纜2上的共模電流產(chǎn)生的輻射 機箱面板與機箱基體之間的縫隙開口1產(chǎn)生的走漏 某顯示窗口開口2產(chǎn)生走漏 在診斷時，首先在電纜1上套一個鐵氧體磁環(huán)，以減小共模輻射，結(jié)果發(fā)現(xiàn)頻譜儀屏幕上顯示的信號并沒有明顯減小。于是實驗人員以為電纜1不是一個主要的走漏源，將鐵氧體磁環(huán)取下，套在電纜2上，結(jié)果發(fā)現(xiàn)頻譜儀屏幕上顯示的信號還沒有明顯減小。結(jié)果實驗人員得出結(jié)論，電纜不是走漏源。于是再對機箱上的走

15、漏進展檢查。用屏蔽膠帶將開口1堵上，發(fā)現(xiàn)頻譜儀屏幕上顯示的信號沒有明顯減小。實驗人員以為開口1不是主要走漏源，將屏蔽膠帶取下，堵到開口2上。結(jié)果頻譜儀上的顯示信號還沒有減小。實驗人員一籌莫展。之所以會發(fā)生這個問題，是由于實驗人員忽視了頻譜分析儀上顯示的信號幅度是以dB為單位顯示的。下面我們看一下為什么會有這種景象。假設這4個走漏源所占的成分各占1/4，并且在每個輻射源上采取的措施可以將這個輻射源完全抑制掉。那么我們采取以上4個措施中的一個時，頻譜儀上顯示信號降低的幅度A為：A = 20 lg ( 4 / 3 ) = 2.5 dB幅度減小這么少，顯然是微缺乏道的。但這卻曾經(jīng)將走漏減少了25%。正

16、確的方法是，當對一個能夠的走漏源采取了抑制措施后，即使沒有明顯的改善，也不要將這個措施去掉，繼續(xù)對能夠的走漏源采取措施。當采取到某個措施時，假設干擾幅度降低很多，并不一定闡明這個走漏源是主要的，而僅闡明這個干擾源是最后一個。按照這個步驟對4個走漏源逐個處置的結(jié)果如圖1所示。在前面的表達中，我們假定對某個走漏源采取措施后，這個走漏源被100%消除掉，假設這樣，當最后一個走漏源去掉后，電磁干擾的減小應為無限大。實踐這是不能夠的。我們在采取任何一個措施時，都不能夠?qū)⒏蓴_源100%消除。走漏源去掉的程度可以是99% ，或99.9% ，甚至99.99以上，而決不能夠是100% ！所以當最后一個走漏源去掉

17、后，雖然改善很大，但仍是有限值。當設備完全符合有關的規(guī)定后，假設為了降低產(chǎn)品本錢，減少不用要的器件，可以將采取的措施逐個去掉。首先應該思索去掉的是本錢較高器件/資料，或在正式產(chǎn)品上難于實現(xiàn)的措施。假設去掉后，產(chǎn)品的電磁發(fā)射并沒有超標，就可以去掉這個措施。經(jīng)過實驗，使產(chǎn)品本錢降到最低。圖 2 抑制4個走漏源時干擾幅度的變化產(chǎn)品電磁兼容測試診斷步驟圖3給出了一個設備或系統(tǒng)的電磁干擾發(fā)射與缺點分析步驟，按照這個步驟進展可以提高測試診斷的效率。 圖3 電磁兼容測試診斷步驟關于圖3的闡明如下：電磁兼容測試普通首先丈量干擾發(fā)射，由于干擾發(fā)射的實驗費用普通比敏感度實驗費用低。另外當設備的干擾發(fā)射可以滿足要求

18、時，往往敏感度也不會有大的問題。由于幾乎一切的處理干擾發(fā)射的措施同樣對改善敏感度有效。 丈量干擾發(fā)射時要先丈量傳導發(fā)射，不僅要在規(guī)范規(guī)定的頻率范圍內(nèi)丈量，還要對更高的頻率進展摸底丈量。當電源線上有較強的干擾電流時，要先處理這個問題。由于這些傳導干擾電流會借助導線的天線作用產(chǎn)生輻射，導致輻射發(fā)射不合格。 當傳導發(fā)射完全合格后，再進展輻射發(fā)射測試。對于輻射發(fā)射不合格的頻率，要記錄下準確頻率，便于在用近場探頭查找問題時，將頻譜分析儀的掃描范圍設置在干擾頻率附近。 附錄4容易犯的錯誤當設備不能滿足有關的電磁兼容規(guī)范時，就要對設備產(chǎn)生超標發(fā)射的緣由進展調(diào)查，然后進展排除。在這個過程中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)許多人經(jīng)過

19、長時間的努力，依然沒有排除缺點。呵斥這種情況的緣由是診斷任務墮入了“死循環(huán)。這種情況可以用下面的例子闡明。假設一個系統(tǒng)在測試時出現(xiàn)了超標發(fā)射，使系統(tǒng)不能滿足電磁兼容規(guī)范中對電磁輻射的限制。經(jīng)過初步伐查，緣由能夠有4個，它們分別是：主機與鍵盤之間的互連電纜電纜1上的共模電流產(chǎn)生的輻射 主機與打印機之間的互連電纜電纜2上的共模電流產(chǎn)生的輻射 機箱面板與機箱基體之間的縫隙開口1產(chǎn)生的走漏 某顯示窗口開口2產(chǎn)生走漏 在診斷時，首先在電纜1上套一個鐵氧體磁環(huán)，以減小共模輻射，結(jié)果發(fā)現(xiàn)頻譜儀屏幕上顯示的信號并沒有明顯減小。于是實驗人員以為電纜1不是一個主要的走漏源，將鐵氧體磁環(huán)取下，套在電纜2上，結(jié)果發(fā)現(xiàn)

20、頻譜儀屏幕上顯示的信號還沒有明顯減小。結(jié)果實驗人員得出結(jié)論，電纜不是走漏源。于是再對機箱上的走漏進展檢查。用屏蔽膠帶將開口1堵上，發(fā)現(xiàn)頻譜儀屏幕上顯示的信號沒有明顯減小。實驗人員以為開口1不是主要走漏源，將屏蔽膠帶取下，堵到開口2上。結(jié)果頻譜儀上的顯示信號還沒有減小。實驗人員一籌莫展。之所以會發(fā)生這個問題，是由于實驗人員忽視了頻譜分析儀上顯示的信號幅度是以dB為單位顯示的。下面我們看一下為什么會有這種景象。假設這4個走漏源所占的成分各占1/4，并且在每個輻射源上采取的措施可以將這個輻射源完全抑制掉。那么我們采取以上4個措施中的一個時，頻譜儀上顯示信號降低的幅度A為：A = 20 lg ( 4 / 3 ) = 2.5 dB幅度減小這么少，顯然是微缺乏道的。但這卻曾經(jīng)將走漏減少了25%。正確的方法是，當對一個能夠的走漏源采取了抑制措施后，即使沒有明顯的改善，也不要將這個措施去掉，繼續(xù)對能夠的走漏源采取措施。當采取到某個措施時，假設干擾幅度降低很多，并不一定闡明這個走漏源是主要的，而僅闡明這個干擾源是最后一個。按照這個步驟對4個走漏源逐個處置的結(jié)果如圖1所示。在前面的表達