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利用頻譜儀和TEM小室進(jìn)行輻射干擾測(cè)量
點(diǎn)擊次數(shù):1045 更新時(shí)間:2021-09-18

利用頻譜儀和TEM小室進(jìn)行輻射干擾測(cè)量

本文主要描述了如何解決基于超聲波倒車?yán)走_(dá)的輻射干擾測(cè)量問(wèn)題。在開(kāi)始的基于CISPER 25 第四類窄帶輻射測(cè)量中,該設(shè)備在530KHz-2MHz這個(gè)頻段測(cè)試沒(méi)通過(guò)合規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。

此倒車?yán)走_(dá)由一個(gè)帶有蜂鳴器的控制器和兩個(gè)雷達(dá)模塊組成。接線主要包含連接控制器的主供電線纜以及控制器與兩個(gè)雷達(dá)模塊之間的通信及供電線纜。

由圖可見(jiàn),紅色線表示CISPER 25第四類的模板*,藍(lán)色線表示實(shí)測(cè)譜線。在530KHz1.1MHz的頻段范圍內(nèi),測(cè)量出的輻射干擾超出了模板的*。同時(shí),我們還測(cè)試了將連接雷達(dá)模塊線纜斷開(kāi)的情況,發(fā)現(xiàn)仍然通不過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。

 

 

分析

 

 

分析上圖的譜線我們可以得到一些信息:在低頻范圍內(nèi),該設(shè)備的輻射噪聲是超出標(biāo)準(zhǔn)的,我們假定引起這個(gè)問(wèn)題的,是一個(gè)低頻的數(shù)字信號(hào)。

相對(duì)較寬的頻譜,不含離散的譜線,意味著該超標(biāo)的頻譜噪聲來(lái)源很可能是來(lái)自于控制器本身或者控制器和雷達(dá)模塊之間的串行接口。

正如我們之前提到的,斷開(kāi)控制器和雷達(dá)模塊之間的線纜,測(cè)試也沒(méi)通過(guò),所以我們初步認(rèn)為,引起這個(gè)超標(biāo)的源頭在于控制器。

 

實(shí)測(cè)

 

頻譜分析儀,近場(chǎng)探頭,結(jié)合恒電磁波傳輸小室(簡(jiǎn)稱TEM小室,Transverse Electromagnetic Transmission Cell)能作為識(shí)別輻射干擾根源的基本工具。本次測(cè)試我們采用鼎陽(yáng)科技SSA3021X頻譜分析儀和選配的近場(chǎng)探頭以及TekBoxTEM小室。

首先我們打開(kāi)頻譜分析儀然后設(shè)置如下:

SPAN設(shè)置為530KHz2MHz;RBW設(shè)置為9KHz,衰減設(shè)置為0dB,顯示設(shè)置為電壓平均;打開(kāi)頻譜儀標(biāo)配的預(yù)置放大器,并選用正峰值檢波器,測(cè)試結(jié)果如下:

在以上設(shè)置參數(shù)參考的情況下,顯示平均噪聲電平(DANL,Displayed Average Noise Floor)大約在-20dBμV 左右,這個(gè)指標(biāo)在同級(jí)別的頻譜儀中算是非常好的。 然而,我們還是需要考慮到在這個(gè)頻段范圍內(nèi)可能會(huì)有AM廣播信號(hào)的干擾。

接下來(lái)我們連接空的TEM小室,驗(yàn)證以上猜想,顯示頻譜如下:

正如我們預(yù)想的那樣,在530KHz1.1MHz這個(gè)頻段內(nèi),基本被廣播信號(hào)填滿了(圖中可見(jiàn)的尖峰毛刺)。接下來(lái)我們需要弄清楚,待測(cè)設(shè)備DUTDevice Under Test)的輻射泄放的幅值在TEM空載的幅值之上還是之下。

 

DUT設(shè)置

 

 

接下來(lái),將包括電纜和雷達(dá)模塊的DUT放置在TEM小室內(nèi)并通電:

在頻譜儀中設(shè)置跡線跟蹤為大保持,此時(shí)結(jié)果如下:

我們可以從圖中的波峰軌跡大致看出來(lái),結(jié)果基本與初次在吸波暗室中測(cè)量的結(jié)果是相符的,盡管在此頻段范圍內(nèi)有一些AM廣播信號(hào)的干擾(圖中可見(jiàn)的一些毛刺)。

從圖中也可以看出,我們利用TEM小室測(cè)出的幅值大約比在吸波暗室中測(cè)得的結(jié)果低20dBμV左右。

然后同樣地,我們將和雷達(dá)連接的線纜移除,發(fā)現(xiàn)和之前在吸波暗室的測(cè)量結(jié)果一致,仍然未通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。

PS:為了簡(jiǎn)便起見(jiàn),線纜仍然和控制器保持物理連接,但已移動(dòng)到TEM小室隔膜的另一端。

令人驚奇的是,我們發(fā)現(xiàn),移除線纜降低了DUT的輻射噪聲:

移除線纜可以使輻射噪聲降低11dBμV左右。事實(shí)上,我們并未拆除線纜,但兩個(gè)雷達(dá)模塊已經(jīng)斷開(kāi)連接。這也解釋了為什么譜線的波峰的相對(duì)幅度在吸波暗室和TEM小室的測(cè)量結(jié)果有所不同。線纜是直著放在吸波暗室中的,但在TEM小室中,它是卷曲的。

 

結(jié)論

 

移除線纜可以明顯觀察到DUT輻射噪聲的降低。盡管如此,即使我們移除兩個(gè)雷達(dá)線纜,測(cè)量結(jié)果仍然顯示未通過(guò)。事實(shí)上,在去掉雷達(dá)模塊的情況下,控制器也會(huì)不斷嘗試通過(guò)串行線纜進(jìn)行通信----并且不會(huì)超時(shí)。因此,我們推測(cè),連接雷達(dá)模塊和控制器之間的串行通信接口很有可能是導(dǎo)致該輻射噪聲超標(biāo)的罪魁禍?zhǔn)?。為了?yàn)證我們的猜想,我們需要對(duì)通信接口做一些過(guò)濾。

由于鎳鋅鐵氧體磁導(dǎo)率比較低,在低頻段的使用性能不高,因此我們決定在線纜中串聯(lián)電阻。這算是一種非常實(shí)用的辦法,因?yàn)?/font>PCB上已經(jīng)安裝了0歐姆的串聯(lián)電阻。通過(guò)用1K歐姆的電阻替換0歐姆的電阻可以使輻射噪聲降低到12dBμV左右。但是,導(dǎo)致的結(jié)果卻是串行接口沒(méi)法可靠地工作在zhi定的電壓范圍內(nèi)。所以,我們還需要調(diào)整晶體管串行電路中的一些其他電阻,以解決輻射噪聲超標(biāo)問(wèn)題,同時(shí)也能保證串行接口的性能。進(jìn)行了一些修改并重新測(cè)量之后,結(jié)果顯示如下:

為了更清楚地展示這個(gè)變化,我們重新設(shè)置了頻譜儀的SPAN,使得其剛好在兩個(gè)相鄰的廣播頻道之間,意味著測(cè)量的頻譜結(jié)果幾乎沒(méi)有AM廣播信號(hào)的干擾。

如下是在修改之前的屏幕截圖:

通過(guò)截圖可知,修改后的輻射噪聲水平下降了12dBμV。

經(jīng)過(guò)修改后,我們重新在暗室進(jìn)行了測(cè)量,以下是終測(cè)量結(jié)果的截圖:

利用頻譜儀和TEM小室來(lái)做輻射噪聲測(cè)試是一種非常經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。要知道,專門用于EMC一致性測(cè)試的吸波暗室造價(jià)成本高達(dá)幾百萬(wàn),即使是送到專門的機(jī)構(gòu)測(cè)試, 也需要多次整改和測(cè)試,費(fèi)用也不菲。

輻射噪聲一般具有相對(duì)較寬的頻譜范圍,沒(méi)有尖銳的波峰。盡管有一些廣播電臺(tái)的頻譜干擾,頻譜儀和TEM小室也能很好地對(duì)設(shè)備的輻射噪聲進(jìn)行測(cè)試和觀察。

利用EMC近場(chǎng)探頭可以定位和識(shí)別PCB上的輻射泄露源,頻譜儀結(jié)合TEM小室可以對(duì)整改后的設(shè)備進(jìn)行多次測(cè)試, 以判斷其是否符合EMC規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。在對(duì)多個(gè)獨(dú)立單元以及線纜互聯(lián)的設(shè)備進(jìn)行測(cè)試時(shí)也是非常實(shí)用的。

改進(jìn)倒車?yán)走_(dá)這個(gè)案例需要進(jìn)行多次反復(fù)整改才能找到既滿足EMC合規(guī)性標(biāo)準(zhǔn),又能符合產(chǎn)品實(shí)際功能要求的理想解決方案。如果我們?cè)诿看握闹?,都要送到的暗室進(jìn)行測(cè)量的話,成本是非常高昂的,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我們購(gòu)買頻譜儀和TEM小室的預(yù)算。

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