從第一次進(jìn)行無(wú)線傳輸開(kāi)始,，設(shè)計(jì)工程師就一直關(guān)注電磁干擾(EMI)。法規(guī)機(jī)構(gòu)已經(jīng)確立了EMI的限制,，規(guī)定了符合性測(cè)試中使用的測(cè)量方法,。這些方法已經(jīng)應(yīng)用了幾十年，撰寫(xiě)這些方法的目的,，是滿足語(yǔ)音和視頻的模擬廣播需求以及撰寫(xiě)時(shí)采用的測(cè)試方法,，如CISPR平均方法和準(zhǔn)峰值檢波器。這些測(cè)量技術(shù)旨在對(duì)人的耳朵和眼睛分別接收聲音和視頻時(shí)提供可以接受的干擾水平,。隨著數(shù)字調(diào)制數(shù)據(jù)傳輸和超寬帶(UWB)傳輸方法出現(xiàn),，加上高速數(shù)字時(shí)鐘形式的非預(yù)計(jì)輻射裝置的頻率日益提高，當(dāng)前EMI規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能全面解決目前存在的所有干擾類(lèi)型及其對(duì)通信系統(tǒng)的影響,。

　　突發(fā)在消費(fèi)電子和通信中偶發(fā)的短高頻干擾正變得越來(lái)越常見(jiàn),，例如，計(jì)算機(jī)中使用的與模式相關(guān)的擴(kuò)頻時(shí)鐘,，以及嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中運(yùn)行有噪聲的定期硬盤(pán)訪問(wèn)周期的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器,。這些復(fù)雜的數(shù)字設(shè)備正日益接近以頻率捷變、基于分組模式運(yùn)行的無(wú)線通信系統(tǒng),。
　　隨著通信系統(tǒng)的干擾特點(diǎn)發(fā)生變化,，測(cè)試設(shè)備也在變化,。模擬電路以前實(shí)現(xiàn)的功能，現(xiàn)在可以以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn),，測(cè)量速度不斷提高,，我們可以更快地獲得測(cè)量結(jié)果。泰克公司推出的實(shí)時(shí)頻譜分析儀可以即時(shí)查看非常寬的頻譜跨度,，而不會(huì)丟失頻段中的信息,，從而可以發(fā)現(xiàn)、捕獲并測(cè)量對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)極具挑戰(zhàn)性的瞬態(tài)峰值,。
　　診斷,、預(yù)一致性和一致性測(cè)試
　　在電磁兼容性(EMC)領(lǐng)域中，設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)的不同階段會(huì)使用不同的設(shè)備和技術(shù),。在開(kāi)發(fā)的早期階段,，EMC設(shè)計(jì)技術(shù)與診斷相結(jié)合導(dǎo)致較低的EMI特征，對(duì)外部干擾和內(nèi)部干擾的靈敏度低,。通常使用帶有相應(yīng)濾波器和檢波器的通用頻譜分析儀,，確定設(shè)計(jì)優(yōu)化對(duì)EMC的影響。通常直接在電路板上完成探測(cè),，或使用E場(chǎng)和H場(chǎng)探頭,，確定設(shè)計(jì)優(yōu)化的影響和屏蔽效果。當(dāng)然,，診斷在保證優(yōu)秀的EMC性能方面沒(méi)有限制;通常要求對(duì)系統(tǒng)集成進(jìn)行全面診斷和調(diào)試,，為保證所有RF子系統(tǒng)達(dá)到要求的性能水平，并且不會(huì)被集成系統(tǒng)的其他部分劣化,。在系統(tǒng)集成后進(jìn)行預(yù)一致性測(cè)試,，以確定設(shè)計(jì)中的問(wèn)題區(qū)域。滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)并不要求進(jìn)行預(yù)一致性測(cè)試,，預(yù)一致性測(cè)試的目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題,，降低一致性測(cè)試階段發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)。使用的設(shè)備可以是非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備,，如果在測(cè)試結(jié)果中增加充足的余量,，其精度和動(dòng)態(tài)范圍可以低于標(biāo)準(zhǔn)接收機(jī)。預(yù)一致性測(cè)試可以在認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室中使用快速測(cè)量技術(shù)完成,，這些測(cè)量技術(shù)旨在“迅速查看”問(wèn)題區(qū)域;預(yù)一致性測(cè)試也可以在臨時(shí)地點(diǎn)由工程設(shè)計(jì)人員完成,。預(yù)認(rèn)證通常采用包含相應(yīng)濾波器和檢波器的通用頻譜分析儀，因?yàn)樗鼈兲峁┝丝焖贉y(cè)量工具,，這些工具通常已經(jīng)用于設(shè)計(jì)流程中,，不要求額外的資本開(kāi)支。如果在這個(gè)階段發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,，那么要求進(jìn)行進(jìn)一步診斷和設(shè)計(jì)改動(dòng),。RSA6100A上提供的功能除診斷外,，還可以進(jìn)行某些預(yù)一致性測(cè)量。圖5是預(yù)一致性掃描實(shí)例,，它把CISPR QP檢波的軌跡與天線因子表格和雜散信號(hào)搜索功能結(jié)合在一起,。在本例中，軌跡是“環(huán)境掃描”,，考察的是在沒(méi)有被測(cè)設(shè)備時(shí)存在的背景信號(hào),。
　　一致性測(cè)試要求符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法,、設(shè)備和測(cè)量地點(diǎn),。一致性測(cè)試通常作為設(shè)備生產(chǎn)前設(shè)計(jì)檢驗(yàn)的一部分完成。一致性測(cè)試是窮盡型測(cè)試,，耗時(shí)長(zhǎng),，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)這一階段的EMC故障可能會(huì)導(dǎo)致昂貴的重新設(shè)計(jì)，耽誤產(chǎn)品推出,。
　　濾波器,、檢測(cè)器和平均
　　接收機(jī)和頻譜分析儀可以建模為擁有接收機(jī)帶寬、信號(hào)檢波方法和結(jié)果平均方法,，以完成信號(hào)電平測(cè)量,。
　　在許多商用EMI測(cè)量中，這些測(cè)量單元由Comite International Special des Perturbations
Radioelectriques (CISPR)規(guī)定,，CISPR是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)——國(guó)際電氣技術(shù)委員會(huì)(IEC)下屬的一家技術(shù)機(jī)構(gòu),。其他標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證機(jī)構(gòu)，例如日本的TELEC,，也對(duì)測(cè)量方法和認(rèn)證技術(shù)提出了要求,。美國(guó)國(guó)防部已經(jīng)開(kāi)發(fā)了MIL-STD 461E標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)軍事設(shè)備提出了特殊要求,。
　　測(cè)量帶寬由接收機(jī)帶寬形狀或頻譜儀的分辨率帶寬(RBW)濾波器決定,。測(cè)試帶寬通常是頻譜中可能存在干擾的頻段，而隨著頻率的不同測(cè)試帶寬也不盡相同,。
　　檢波器用來(lái)計(jì)算在某個(gè)時(shí)點(diǎn)上代表信號(hào)的單個(gè)點(diǎn),。檢波方法可以計(jì)算正峰值或負(fù)峰值、電壓的RMS或均值,，或在許多EMI測(cè)量中,，計(jì)算準(zhǔn)峰值(QP)。
　　在測(cè)量期間,，對(duì)檢測(cè)到的信號(hào)使用平均方法,。CISPR標(biāo)準(zhǔn)定義的平均算法旨在復(fù)現(xiàn)使用擁有規(guī)定響應(yīng)時(shí)間的電壓表讀取信號(hào)值所產(chǎn)生的影響。通過(guò)對(duì)檢測(cè)到的輸出應(yīng)用指定帶寬,，還可以使用“視頻濾波器”進(jìn)行平均,。對(duì)EMI測(cè)試,，TELEC標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了視頻濾波。
　　檢測(cè)方法
　　盡管許多EMI測(cè)量可以使用簡(jiǎn)單的峰值檢波器完成,，但EMI測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一種專(zhuān)用測(cè)量方法,，即準(zhǔn)峰值(QP)檢波器。QP檢波器用來(lái)檢測(cè)信號(hào)包絡(luò)加權(quán)后的峰值(準(zhǔn)峰值),。它根據(jù)信號(hào)時(shí)長(zhǎng)和重復(fù)率加權(quán)多個(gè)信號(hào),。QP檢波器的特點(diǎn)是響應(yīng)快、衰減慢,，包含一個(gè)表示臨界阻尼表的時(shí)間常數(shù),。發(fā)生頻次較高的信號(hào)，其QP測(cè)量值要高于偶發(fā)的脈沖,。
　　準(zhǔn)峰值檢波器在傳統(tǒng)上一直用于模擬設(shè)計(jì)中,，如圖1所示。

　　圖1 模擬實(shí)現(xiàn)方案中的準(zhǔn)峰值檢測(cè)器,。準(zhǔn)峰值檢波器的響應(yīng)快(充電時(shí)間),、衰減慢(放電時(shí)間)特點(diǎn)源于該電路中的R-C常數(shù)
　　在圖1中，只要Sin高于S1,，那么信號(hào)Sin的包絡(luò)就會(huì)對(duì)電容器C到電阻器R1充電,。如果輸入信號(hào)Sin小于S1，那么電阻R2會(huì)對(duì)電壓S1放電,。
　　為幫助查看準(zhǔn)峰值檢波器與相關(guān)儀表組合的響應(yīng),，圖2把輸入響應(yīng)(重復(fù)脈沖，用藍(lán)色表示),、得到的準(zhǔn)峰值檢波器響應(yīng)(具有響應(yīng)快,、衰減慢的特點(diǎn)，用綠色表示)及檢波器與儀表的綜合響應(yīng)(用紅色表示)分開(kāi),。
　　對(duì)于帶有QP檢波器的接收機(jī)上的常數(shù)指標(biāo),，圖3表明了CISPR 16-1-1標(biāo)準(zhǔn)描述的幅度和重復(fù)頻率之間的關(guān)系。

　　                                                                   圖2 對(duì)重復(fù)信號(hào)的準(zhǔn)峰值響應(yīng)

                                       
 
　　                                                     圖3 準(zhǔn)峰值檢波器的脈沖響應(yīng)曲線
　　圖4是峰值檢波和QP檢波實(shí)例,。這里,，峰值檢波和QP檢波中查看了8μs脈寬和10ms重復(fù)率的信號(hào)。得到的QP值比峰值低10.1dB,。在測(cè)量被測(cè)設(shè)備的EMI時(shí),，通常會(huì)先測(cè)量峰值，找到超過(guò)或接近規(guī)定極限的問(wèn)題區(qū)域,。然后只在接近或超過(guò)限制的信號(hào)上進(jìn)行速度較慢的準(zhǔn)峰值測(cè)量,。通常使用帶有標(biāo)準(zhǔn)峰值檢波器的頻譜分析儀，迅速評(píng)估任何問(wèn)題區(qū)域。

　　圖4 峰值和準(zhǔn)峰值檢波對(duì)8μs脈寬和10ms重復(fù)率的信號(hào)的影響,，準(zhǔn)峰值比峰值低10.1dB
　　平均和視頻濾波器
　　除QP檢波外,，實(shí)時(shí)頻譜分析儀還支持CISPR規(guī)范中規(guī)定的峰值和均值檢波器。峰值檢波器檢測(cè)信號(hào)包絡(luò)的峰值,，均值檢波器計(jì)算包絡(luò)的平均值,。實(shí)時(shí)頻譜分析儀能夠從同一輸入信號(hào)中同時(shí)測(cè)量QP、峰值和均值,，以獨(dú)一無(wú)二的方式了解DUT的信號(hào)特點(diǎn),。某些EMI測(cè)量指定了視頻濾波器，視頻濾波器是頻譜分析儀中最早采用的方法,，以降低測(cè)量噪聲變化所產(chǎn)生的影響,。視頻濾波器一詞源于最早的實(shí)現(xiàn)方案，即低通濾波器被放在檢測(cè)到的輸出與頻譜分析儀CRT的Y軸模擬驅(qū)動(dòng)輸入之間,。實(shí)時(shí)頻譜分析儀和部分現(xiàn)代頻譜分析儀采用數(shù)字技術(shù)來(lái)平滑信號(hào)上的噪聲,。
　　在大多數(shù)EMI測(cè)量中,，視頻濾波器指定為關(guān)閉,，或視頻濾波器指定為至少比測(cè)量的指定RBW高出三倍(參見(jiàn)表1)。

　　指定視頻濾波器關(guān)閉(或不小于3倍RBW)的目的,，是為了消除視頻濾波器對(duì)檢測(cè)到的信號(hào)的影響,。圖4是視頻帶寬(VBW)與RBW之比變化時(shí)視頻帶寬的影響。在VBW≥3*RBW或10*RBW(或失效)時(shí),，噪聲標(biāo)準(zhǔn)偏差保持在5.4dB,。在VBW=RBW時(shí)，例如在TELEC規(guī)范部分章節(jié)中,，噪聲變化降低到大約4.7dB,。
 

　EMI濾波器、檢波器和平均算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)方案
　　對(duì)基于離散傅里葉變換(DFT)技術(shù)的頻譜分析儀,，通過(guò)對(duì)離散采集數(shù)據(jù)應(yīng)用窗口功能,，可以以數(shù)字方式執(zhí)行濾波。采樣率取決于要求的濾波器的帶寬,。在采樣頻率相同時(shí),，要求更多的樣點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)更小的濾波帶寬。
　　實(shí)時(shí)頻譜分析儀采用Kaiser窗口仿真EMI濾波器,。窗口功能的頻響幅度決定著IF濾波器形狀,，必須滿足CISPR 16-1-1中規(guī)定的帶通選擇限制。
　　在實(shí)時(shí)頻譜分析儀中,，準(zhǔn)峰值檢波器使用數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn),。可以使用數(shù)字濾波器，如無(wú)窮脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器,，仿真?zhèn)鹘y(tǒng)EMI接收機(jī)使用的RC充電電路和放電電路,。這種臨界阻尼表還可以建模為二階數(shù)字IIR濾波器。儀表上顯示的最大值取為準(zhǔn)峰值檢波器器值,。
　　在實(shí)時(shí)頻譜分析儀上,，視頻濾波器采用平均技術(shù)實(shí)現(xiàn)。使用的平均數(shù)量取決于選擇的視頻帶寬及測(cè)量時(shí)使用的RBW,。在使用VBW時(shí),，得到的測(cè)量分析長(zhǎng)度取決于選擇的VBW，如果在沒(méi)有視頻帶寬時(shí)使用RBW,，那么會(huì)比較長(zhǎng),。實(shí)時(shí)頻譜分析儀選擇平均數(shù)量，實(shí)現(xiàn)與噪聲變化對(duì)VBW/RBW曲線的良好相關(guān)性,，如圖5所示,。

　　圖5 VBW/RBW之比對(duì)隨機(jī)噪聲信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)偏差的影響。在VBW不小于3倍的分辨率帶寬時(shí),，其對(duì)VBW的信號(hào)偏差沒(méi)有實(shí)際影響
　　測(cè)量速度和實(shí)時(shí)頻譜分析儀
　　QP和均值的測(cè)量速度一直是測(cè)量接收機(jī)和頻譜分析儀所面臨的一項(xiàng)挑戰(zhàn),。QP檢波器和儀表響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，因此在很寬的頻率中一次掃描一個(gè)頻率并不現(xiàn)實(shí),。為解決這個(gè)問(wèn)題,，測(cè)量使用峰值檢波器完成，可以迅速確定被測(cè)設(shè)備中最高的EMI峰值,。然后在所有問(wèn)題區(qū)域使用單頻率測(cè)量,，重復(fù)執(zhí)行測(cè)量。最近,，市場(chǎng)上出現(xiàn)了能夠處理大的信號(hào)跨度的接收機(jī)和實(shí)時(shí)頻譜分析儀,，其應(yīng)用QP檢波和平均功能的速度要比單頻率測(cè)量技術(shù)高出幾個(gè)量級(jí)。這種計(jì)算頻寬中所有頻率點(diǎn)的方法產(chǎn)生了明顯的速度優(yōu)勢(shì),，與掃描技術(shù)相比,，還有另一個(gè)優(yōu)勢(shì)：可以以高得多的偵聽(tīng)概率查看頻段中的瞬態(tài)信號(hào)。這一點(diǎn)在當(dāng)前的設(shè)計(jì)環(huán)境中尤為重要,，因?yàn)樾盘?hào)隨時(shí)間變化和移動(dòng),，單頻率測(cè)量不能表示這些動(dòng)態(tài)變化的信號(hào)。
　　查找當(dāng)前的EMI問(wèn)題
　　盡管上面介紹的基于標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量方法對(duì)法定的一致性測(cè)試必不可少,，但它們通常不能解決,、甚至不能檢測(cè)到當(dāng)前系統(tǒng)中EMI設(shè)計(jì)所面臨的問(wèn)題。
　　幸運(yùn)的是,，測(cè)量技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)可以滿足這些需求,。上面介紹了如何使用實(shí)時(shí)頻譜分析儀發(fā)現(xiàn)瞬態(tài)信號(hào)和EMI隱患,。在下面的實(shí)例中，單個(gè)的瞬態(tài)信號(hào)會(huì)產(chǎn)生一串瞬態(tài)信號(hào),，這些信號(hào)每次只持續(xù)很短的時(shí)間,。在本例中，該設(shè)備是一種嵌入式系統(tǒng),，在把數(shù)據(jù)緩存到硬盤(pán)時(shí)導(dǎo)致了瞬態(tài)EMI,。在使用掃頻分析儀的峰值檢波器簡(jiǎn)單檢查后(黃色軌跡，如圖6所示),，似乎只有一個(gè)連續(xù)信號(hào);把儀器保持Max-hold幾分鐘,，同時(shí)循環(huán)DUT工作模式，會(huì)指明問(wèn)題(藍(lán)色軌跡),。但在峰值檢波模式下進(jìn)行快速掃描會(huì)得到黃色軌跡,，沒(méi)有檢測(cè)到問(wèn)題。

　　圖6 掃頻分析儀峰值掃描(黃色軌跡)中漏掉的瞬態(tài)EMI,，在DUT循環(huán)通過(guò)磁盤(pán)高速緩存操作,、保持Max-hold模式一分鐘后被發(fā)現(xiàn)
　　圖7使用數(shù)字熒光處理(DPX)技術(shù)考察DUT的EMI特性，立即發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,。泰克公司實(shí)時(shí)頻譜分析儀獨(dú)有的DPX頻譜顯示技術(shù)每秒可以處理超過(guò)
48000個(gè)頻譜,，保證能瞬時(shí)捕獲和顯示持續(xù)時(shí)間超過(guò)幾十微秒的信號(hào)。在圖6中,，發(fā)生頻次較高的信號(hào)用紅色表示,，發(fā)生頻次較低的信號(hào)用藍(lán)色和綠色表示。這樣,，可以立即看到哪些信號(hào)是連續(xù)的，哪些信號(hào)是瞬態(tài)的,。瞬態(tài)信號(hào)偶爾出現(xiàn),，但其電平要比連續(xù)信號(hào)高出15dB。
                                            

　　圖7 使用DPX在5s后發(fā)現(xiàn)的偶發(fā)瞬態(tài)信號(hào),。紅色區(qū)域是頻繁發(fā)生的信號(hào),，藍(lán)色部分和綠色部分是瞬態(tài)信號(hào)
　　在使用DPX發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題后，還要觸發(fā)和捕獲信號(hào),，以便進(jìn)一步進(jìn)行分析,。通過(guò)根據(jù)連續(xù)信號(hào)曲線定義頻率模板觸發(fā)，然后在頻譜中捕獲偶發(fā)的瞬態(tài)信號(hào),，可以輕松觸發(fā)和捕獲信號(hào),。持續(xù)時(shí)間超過(guò)10.3μs、高出頻率模板門(mén)限的任何信號(hào)都會(huì)導(dǎo)致觸發(fā),，并把觸發(fā)前和觸發(fā)后的信號(hào)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中,。圖8左側(cè)的三維頻譜圖顯示了瞬態(tài)信號(hào)觸發(fā)的4個(gè)采集結(jié)果。

　　                                  圖8 使用頻率模板觸發(fā)技術(shù)捕獲以1s重復(fù)率發(fā)生的瞬態(tài)信號(hào)
　　現(xiàn)在可以全面分析信號(hào)了。圖8中的標(biāo)記顯示了瞬態(tài)信號(hào)的重復(fù)率是1.0s,，但瞬態(tài)信號(hào)的長(zhǎng)度并不是一直相同的,，而是在5次采集過(guò)程中在752μs到200μs之間變化。這種重復(fù)頻率和變化的脈寬提供了重要線索,，以確定電路中瞬態(tài)信號(hào)的來(lái)源,，在本例中是磁盤(pán)高速緩存操作，這種操作只在被測(cè)設(shè)備的特殊工作條件下才發(fā)生,。
　　總結(jié)
　　進(jìn)行基于標(biāo)準(zhǔn)的EMI測(cè)量要求使用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)規(guī)定的專(zhuān)用濾波器和檢波器,。接收機(jī)、傳統(tǒng)頻譜分析儀和實(shí)時(shí)頻譜分析儀提供了這些專(zhuān)用濾波器和檢波器,。實(shí)時(shí)頻譜分析儀和某些接收機(jī)使用的DSP技術(shù)的測(cè)量速度要比掃頻方法快幾個(gè)量級(jí),，因?yàn)槠淇梢酝瑫r(shí)分析整個(gè)實(shí)時(shí)帶寬(高達(dá)110MHz)。
　　與掃頻技術(shù)相比,，實(shí)時(shí)分析技術(shù)大大縮短了保證100%瞬態(tài)信號(hào)偵聽(tīng)概率所需的最低信號(hào)時(shí)長(zhǎng),。通過(guò)使用擁有DPX頻譜處理技術(shù)的實(shí)時(shí)頻譜分析儀，可以簡(jiǎn)便地調(diào)試產(chǎn)生各種瞬態(tài)信號(hào)的系統(tǒng),，保證在分析過(guò)程中不會(huì)漏掉瞬態(tài)信號(hào),。這縮短了獲得信息的時(shí)間，提高了確定被測(cè)設(shè)備質(zhì)量的信心,。