实时频谱分析在EMI诊断中的应用

在大多数EMI测量中，视频滤波器指定为关闭，或视频滤波器指定为至少比测量的指定RBW高出三倍(参见表1)。

指定视频滤波器关闭(或不小于3倍RBW)的目的，是为了消除视频滤波器对检测到的信号的影响。图4是视频带宽(VBW)与RBW之比变化时视频带宽的影响。在VBW≥3*RBW或10*RBW(或失效)时，噪声标准偏差保持在5.4dB。在VBW=RBW时，例如在TELEC规范部分章节中，噪声变化降低到大约4.7dB。

EMI滤波器、检波器和平均算法的数字实现方案

对基于离散傅里叶变换(DFT)技术的频谱分析仪，通过对离散采集数据应用窗口功能，可以以数字方式执行滤波。采样率取决于要求的滤波器的带宽。在采样频率相同时，要求更多的样点来实现更小的滤波带宽。

实时频谱分析仪采用Kaiser窗口仿真EMI滤波器。窗口功能的频响幅度决定着IF滤波器形状，必须满足CISPR 16-1-1中规定的带通选择限制。

在实时频谱分析仪中，准峰值检波器使用数字滤波器实现。可以使用数字滤波器，如无穷脉冲响应(IIR)滤波器，仿真传统EMI接收机使用的RC充电电路和放电电路。这种临界阻尼表还可以建模为二阶数字IIR滤波器。仪表上显示的最大值取为准峰值检波器器值。

在实时频谱分析仪上，视频滤波器采用平均技术实现。使用的平均数量取决于选择的视频带宽及测量时使用的RBW。在使用VBW时，得到的测量分析长度取决于选择的VBW，如果在没有视频带宽时使用RBW，那么会比较长。实时频谱分析仪选择平均数量，实现与噪声变化对VBW/RBW曲线的良好相关性，如图5所示。

图5 VBW/RBW之比对随机噪声信号标准偏差的影响。在VBW不小于3倍的分辨率带宽时，其对VBW的信号偏差没有实际影响

测量速度和实时频谱分析仪

QP和均值的测量速度一直是测量接收机和频谱分析仪所面临的一项挑战。QP检波器和仪表响应时间长，因此在很宽的频率中一次扫描一个频率并不现实。为解决这个问题，测量使用峰值检波器完成，可以迅速确定被测设备中最高的EMI峰值。然后在所有问题区域使用单频率测量，重复执行测量。最近，市场上出现了能够处理大的信号跨度的接收机和实时频谱分析仪，其应用QP检波和平均功能的速度要比单频率测量技术高出几个量级。这种计算频宽中所有频率点的方法产生了明显的速度优势，与扫描技术相比，还有另一个优势：可以以高得多的侦听概率查看频段中的瞬态信号。这一点在当前的设计环境中尤为重要，因为信号随时间变化和移动，单频率测量不能表示这些动态变化的信号。

查找当前的EMI问题

尽管上面介绍的基于标准的测量方法对法定的一致性测试必不可少，但它们通常不能解决、甚至不能检测到当前系统中EMI设计所面临的问题。

幸运的是，测量技术的发展已经可以满足这些需求。上面介绍了如何使用实时频谱分析仪发现瞬态信号和EMI隐患。在下面的实例中，单个的瞬态信号会产生一串瞬态信号，这些信号每次只持续很短的时间。在本例中，该设备是一种嵌入式系统，在把数据缓存到硬盘时导致了瞬态EMI。在使用扫频分析仪的峰值检波器简单检查后(黄色轨迹，如图6所示)，似乎只有一个连续信号；把仪器保持Max-hold几分钟，同时循环DUT工作模式，会指明问题(蓝色轨迹)。但在峰值检波模式下进行快速扫描会得到黄色轨迹，没有检测到问题。

图6 扫频分析仪峰值扫描(黄色轨迹)中漏掉的瞬态EMI，在DUT循环通过磁盘高速缓存操作、保持Max-hold模式一分钟后被发现

图7使用数字荧光处理(DPX)技术考察DUT的EMI特性，立即发现问题。泰克公司实时频谱分析仪独有的DPX频谱显示技术每秒可以处理超过48000个频谱，保证能瞬时捕获和显示持续时间超过几十微秒的信号。在图6中，发生频次较高的信号用红色表示，发生频次较低的信号用蓝色和绿色表示。这样，可以立即看到哪些信号是连续的，哪些信号是瞬态的。瞬态信号偶尔出现，但其电平要比连续信号高出15dB。

图7 使用DPX在5s后发现的偶发瞬态信号。红色区域是频繁发生的信号，蓝色部分和绿色部分是瞬态信号

在使用DPX发现潜在问题后，还要触发和捕获信号，以便进一步进行分析。通过根据连续信号曲线定义频率模板触发，然后在频谱中捕获偶发的瞬态信号，可以轻松触发和捕获信号。持续时间超过10.3μs、高出频率模板门限的任何信号都会导致触发，并把触发前和触发后的信号存储到存储器中。图8左侧的三维频谱图显示了瞬态信号触发的4个采集结果。

图8 使用频率模板触发技术捕获以1s重复率发生的瞬态信号

现在可以全面分析信号了。图8中的标记显示了瞬态信号的重复率是1.0s，但瞬态信号的长度并不是一直相同的，而是在5次采集过程中在752μs到200μs之间变化。这种重复频率和变化的脉宽提供了重要线索，以确定电路中瞬态信号的来源，在本例中是磁盘高速缓存操作，这种操作只在被测设备的特殊工作条件下才发生。

总结

进行基于标准的EMI测量要求使用标准机构规定的专用滤波器和检波器。接收机、传统频谱分析仪和实时频谱分析仪提供了这些专用滤波器和检波器。实时频谱分析仪和某些接收机使用的DSP技术的测量速度要比扫频方法快几个量级，因为其可以同时分析整个实时带宽(高达110MHz)。

与扫频技术相比，实时分析技术大大缩短了保证100%瞬态信号侦听概率所需的最低信号时长。通过使用拥有DPX频谱处理技术的实时频谱分析仪，可以简便地调试产生各种瞬态信号的系统，保证在分析过程中不会漏掉瞬态信号。这缩短了获得信息的时间，提高了确定被测设备质量的信心。