Как использовать анализаторы спектра SIGLENT для испытаний на соответствие критериям EMC
В этой статье обсудим параметры предварительного тестирования приборов на соответствие критериям электромагнитной совместимости (ЕМС) и то, каким образом разные настройки влияют на результаты проводимых вами измерений. Отдельно остановимся на аспектах чувствительности и нескольких советах касательно анализатора спектра во время тестирования.
Содержание
- Введение
- Применимые стандарты
- Требования стандартов
- Встроенный аттенюатор/предварительный усилитель
- Отдельные нюансы, связанные с искажением
- Общие соображения на счет чувствительности
- Защита входов
Введение
Анализатор спектра является основным инструментом для тестирования электромагнитной совместимости (ЕМС). В последние годы анализаторы со специализированными функциями ЕМС стали чрезвычайно доступными и продаются преимущественно как «опции ЕМС», которые, в придачу к стандартным функциям анализаторов спектра, обычно включают фильтры CISPR и квазипиковые (КП) детекторы.
Анализаторы спектра предлагают широкий диапазон настроек параметров и нуждаются в правильной настройке, чтобы максимально приблизить измерения к требованиям конкретных стандартов ЕМС, относящихся к конструкции тестируемого прибора и конечного использования. Требования стандарта ЕМС определяют правильные инструментальные параметры для фильтра полосы пропускания, полосы видеосигнала, типа детектора, частотного диапазона и времени развертки.
Ограничение излучения и характеристики преобразователя также влияют на предусмотренные требованиями настройки. Для достижения хорошего баланса между высокой чувствительностью и низким уровнем искажения необходима оптимизация инструмента.
Диаграммы измерений, задокументированы в этой статье, созданы с помощью SIGLENT SSA3021X Plus – анализатора спектра электромагнитных помех начального уровня с отличным уровнем соотношения цены и качества.
Применимые стандарты
Тестовые настройки ЕМС и требования к измерительному оборудованию определяются рядом стандартов. Самыми известными являются серии CISPR 16 и EN 61000-4. Кроме того, существуют дополнительные применимые стандарты, к примеру, CISPR 25, Mil-461, DO 160 и др. Чтобы максимально ограничить объем этой публикации, мы сосредоточимся в основном на стандарте CISPR 16.
Требования стандартов
Единицы измерения амплитуды
В контексте радиочастотных измерений основной единицей амплитуды является [дБм]. [дБм] — это логарифмическая единица мощности, что имеет смысл, поскольку входящее и выходящее сопротивление РЧ строительных блоков обычно рассчитано на 50 Ом.
В программах предварительного тестирования на соответствие критериям ЕМС сопротивление тестируемого оборудования и источников питания фактически непредсказуемо. Следовательно, ограничения излучения преимущественно указываются в единицах амплитуды [дБмкВ] и [дБмкА]. Для установки интерфейсов с определенным сопротивлением с целью дальнейшего подключения измерительного оборудования с сопротивлением 50 Ом используются стандартизированные преобразователи, такие как сети стабилизации сопротивления линии (LISN), сети связи / развязки (CDN), датчики радиочастотного тока и др.
Полоса пропускания
Как правило, на фильтрах полосного диапазона на анализаторах спектра используются фильтры промежуточной частоты (ПЧ) в виде графика функции Гаусса с регулируемой полосой пропускания, которые соответствуют последовательности 1-3-10, например, 100 Гц, 300 Гц, 1 кГц, 3 кГц, 10 кГц, 30 кГц и т.д.
Для совместимости со стандартами CISPR анализатор спектра должен дополнительно иметь так называемые CISPR-фильтры.
На многих анализаторах спектра фильтр Гаусса используется по умолчанию, поэтому при необходимости пользователю следует выбрать опцию фильтра электромагнитных помех.
Ниже, на рисунке 1, показано сравнение графиков фильтров Гаусса и CISPR:
Рисунок 1:Графики фильтров Гаусса и CISPR
Помимо определения графика фильтра, импульсной характеристики и подавления боковых лепестков, CISPR определяет полосы частот и соответствующие полосы пропускания фильтра, которые необходимо использовать:
| Частотный диапазон | Полоса пропускания фильтра CISPR |
|---|---|
| 9 кГц – 150 кГц | 200 Гц |
| 150 кГц – 30 МГц | 9 кГц |
| 30 МГц – 1 ГГц | 120 кГц |
| Понад 1 ГГц | 1 МГц |
Чем меньше полоса пропускания, тем ниже базовый уровень шума. Базовый уровень шума является производным от отображенного среднего уровня шума (DANL) измерительных приборов, измерительного преобразователя / антенны / датчика и радиочастот окружающей среды в момент измерения. Возможно, вам уже приходилось наблюдать шаги изменений на диаграммах испытательных центров, вызванные переключением полосы пропускания фильтра.
Ниже, на рисунке 2, показан пример такого шага изменения, когда полоса пропускания изменилась с 9 кГц в первой части развертки на 120 кГц после 12 МГц:
Рисунок 2:Переход от полосы пропускания 9 кГц до 120 кГц при 30 МГц – Обратите внимание на шаги изменения базового уровня шума.
Рисунок 3:Зависимость между уровнем DANL и полосой пропускания анализатора спектра.
Частотное разрешение
Анализаторы спектра осуществляют развертку в диапазоне частот дискретными шагами. Как правило, количество частотных шагов на развертку равно количеству пикселей дисплея в направлении оси Х. Siglent SSA3021X, например, имеет разрешение 751 эквидистантных частотных точек на развертку. Другие распространенные анализаторы спектра имеют 601 точку измерения на развертку.
Анализаторы спектра обычно включаются с заводскими настройками по умолчанию, в которых развертка установлена на полный диапазон, а полоса пропускания — на 1 МГц.
При подаче сигнала на анализатор может наблюдаться неправильное отображение частоты и амплитуды. Причина этому становится очевидной после короткого расчета и анализа кривых фильтра, а также расстояния между смежными частотными точками. Если, допустим, мы разделим диапазон измерения 2,1 ГГц на 751 частотную точку, промежутки между смежными частотными точками составят приблизительно 2,8 МГц:
Входящие сигналы могут оказываться между двумя смежными кривыми фильтра или на промежуточной части графика фильтра. В результате сигнал будет затухать, а на дисплее анализатора будет отображаться нижнее значение амплитуды – то есть значение измерения будет неправильным. Отображенная частота будет соответствовать центральной частоте ближайшей частотной точки, поэтому смещение также будет неправильным.
Возьмем другой пример и рассмотрим типичное измерение кондуктивного излучения. В большинстве случаев это измерение охватывает диапазон частот до 30 МГц и требует полосы пропускания 9 кГц по CISPR. Попытка сделать полную развертку по всем 30 МГц в результате дает следующий интервал: 30 МГц / 751 = 39,9 кГц. При этом значительная часть спектра не измеряется вообще:
Чтобы охватить весь спектр в диапазоне частотной развертки, CISPR 16 определяет, что смежные частотные точки не должны располагаться друг от друга с интервалом, превышающим половину полосы пропускания. В случае приведенного выше примера интервал не должен превышать 9 кГц / 2 = 4,5 кГц.
Учитывая эту информацию, необходимо выбрать параметры частотного диапазона, которые соответствовали бы характеристикам частотного интервала и полосы пропускания по CISPR 16:
Количество точек измерения на развертку: 751 (Siglent SSA3021X)
| Частотный диапазон | Полоса пропускания фильтра CISPR | Максимальный частотный диапазон |
|---|---|---|
| 9 кГц – 150 кГц | 200 Гц | 75 кГц |
| 150 кГц – 30 МГц | 9 кГц | 3,38 МГц |
| 30 МГц – 1 ГГц | 120 кГц | 45 МГц |
| Более 1 ГГц | 1 МГц | 375 МГц |
Итак, измерение кондуктивного излучения для частотного диапазона от 150 кГц до 30 МГц должно быть разделено по крайней мере на 29,85/3,38 = 9 сегментов с интервалом 3,38 МГц.
Проведение такого измерения вручную было бы изнурительным процессом. Разные анализаторы позволяют увеличить стандартное количество точек измерения до высшего значения. Анализаторы поновее также предлагают возможность выбора процедур измерения электромагнитных помех, соответствующих стандартам, которые, в свою очередь, гарантируют, что смежные точки измерения имеют правильный интервал между частотными точками. Недостатком является то, что полученный таким образом график все же ограничен количеством доступных пикселей дисплея.
Компания Tekbox предлагает программное обеспечение для измерения электромагнитных помех EMCview, которое разбивает измерение на последовательные сегменты развертки. Значения измерений всех разверток впоследствии сшиваются в единый график для легкого анализа и отчетности. EMCview также упрощает измерение электромагнитных помех, обеспечивая большой перечень измерений с предварительно заданными настройками.
Рисунок 4:Измерение кондуктивного шума с помощью EMCview.
Развертка 30 МГц состоит из 12 сегментов с интервалом 2,5 МГц каждый.
Время развертки
В CISPR 16 есть отличие между широкополосным и узкополосным шумом. Узкополосный шум обычно вызван тактовыми сигналами. В то время как широкополосный шум вызван сигналами данных. Поскольку спектр сигналов данных обусловлен более-менее произвольной последовательностью битов, он является динамическим и широкополосным. Кроме этого, сигналы могут быть присутствующими или отсутствующими в зависимости от заданий, выполняющихся на контроллере. Слишком быстрая развертка приведет к пропусканию импульсов и неправильному измерению спектра широкополосных шумов.
Соответственно, CISPR 16 определяет минимальное время развертки в зависимости от частотного диапазона и детектора:
| Частотный диапазон | Пиковый детектор | Квазипиковый детектор |
|---|---|---|
| 9 кГц – 150 кГц | 100 мс / кГц | 20 с / кГц |
| 150 кГц – 30 МГц | 100 мс / МГц | 200 с / МГц |
| 30 МГц – 1 ГГц | 1 мс / МГц | 20 с / МГц |
CISPR 25 определяет минимальное время развертки, как указано ниже:
| Частотный диапазон | Пиковый детектор | Квазипиковый детектор |
|---|---|---|
| 150 кГц – 30 МГц | 10 с / МГц | 200 с / МГц |
| 30 МГц – 1 ГГц | 100 мс / МГц | 20 с / МГц |
| понад 1 ГГц | 100 мс / МГц | неприменимо |
Более длительное время развертки создает эффект усреднения, понижая уровень шума:
Рисунок 5:DANL анализатор со временем развертки 500 мс и 10 с
Детекторы
Большинство тестов кондуктивного и эмиссионного излучения имеют ограничения, предусмотренные для детектора средних значений и квазипикового детектора.
В то время как измерительное сканирование с помощью детекторов средних значений и пиковых детекторов можно выполнить довольно быстро, время измерения, необходимое квазипиковым детекторам, составляет 1 секунду на точку измерения для измерительных приемников и столько же для анализаторов спектра. Одно полное измерительное сканирование может длиться несколько часов, если оно выполняется с помощью квазипиковых детекторов.
Однако существует обходной путь, позволяющий значительно сократить время измерения:
Результат измерения пикового детектора всегда выше результата измерения детектора средних значений.
Результат измерения квазипикового детектора всегда будет находиться приблизительно посередине между результатами детектора средних значений и положительного пикового детектора. Результат измерения квазипикового детектора никогда не будет превышать результат измерения положительного пикового детектора.
Рисунок 6:Пример отличий между положительным пиковым детектором и детектором средних значений.
Итак, полное сканирование осуществляется с помощью пикового детектора, а результаты сравниваются с квазипиковыми пределами. Если результаты измерения пикового детектора находятся в квазипиковых пределах, оборудование прошло испытание. Если результаты пикового детектора имеют несколько паразитных пиков, выходящих за предельную линию, все же существует вероятность, что квазипиковые результаты находятся в заданных пределах. Однако, если паразитные пики превышают пределы на 10 дБ или более, вероятность этого довольно невысока.
Для проверки необходимо провести выборочное повторное измерение с помощью квазипикового детектора только в тех частотных точках, где результаты измерения пикового детектора выходят за пределы.
Во время выборочного повторного измерения паразитных пиков с критическими амплитудами также необходимо учитывать, что за время, которое прошло между измерением пиковым детектором и выборочным повторным измерением квазипиковым детектором, паразитные пики могли дрейфовать по частоте. Пики, возникающие от импульсного реле, могут существенно дрейфовать по времени и температуре.
Выборочное повторное измерение позже может привести к полной потере из поля зрения импульсов или к смещению частоты импульса настолько, что будет получен неправильный результат измерения. EMCview предлагает опцию выборочного измерения с учетом дрейфа частоты. Вместо простого измерения на одной частоте квазипиковое измерение можно проводить в нескольких смежных частотных точках. После этого EMCview выполняет поиск пиков в этих частотных точках, чтобы зафиксировать правильную квазипиковую амплитуду.
Рисунок 7:Пример дрейфа паразитных колебаний по времени. Оба измерения проводились с одинаковыми настройками, но с разницей во времени 15 мин.
На снимке экрана ниже показано диаграмму испытательного центра, демонстрирующую концепцию выборочного квазипикового измерения. Оранжевая кривая показывает измерение пикового детектора с синими метками на частотах, где нарушаются квазипиковые пределы. Красными маркерами показаны результаты выборочного повторного измерения с помощью квазипикового детектора.
Рисунок 8:Пример отчета испытательного центра, что показывает выборочное квазипиковое сканирование.
Встроенный аттенюатор, предварительный усилитель
Во время настройки анализатора спектра для проведения какого-либо измерения ЕМС ключевым является тщательный выбор настроек встроенного аттенюатора.
На снимке экрана ниже показано влияние настроек встроенного аттенюатора и предварительного усилителя на DANL анализатора спектра.
Рисунок 9:Зависимость DANL от настроек внутреннего аттенюатора/ предварительного усилителя. Радиочастотный вход имеет нагрузку 50 Ом.
Рисунок 10:Зависимость мощности от настроек внутреннего аттенюатора/предварительного усилителя. На радиочастотный вход подается непрерывный сигнал; амплитуда постоянная, но смещена на 5 МГц при каждой настройке для улучшения видимости.
При проведении тестирования на наличие кондуктивного излучения существует высокая вероятность возникновения высокоамплитудных импульсов. Затухание 0 дБ с дальнейшим одновременным включением предварительного усилителя может вызвать интермодуляционные искажения и/или насыщение АЦП. Соответственно, параметрами по умолчанию для большинства тестов на наличие кондуктивного излучения в EMCview являются внутреннее затухание 20 дБ с выключенным предварительным усилителем.
Однако некоторые стандарты, в частности Класс 5 — Измерение кондуктивных излучений: Метод напряжения CISPR 25, предусматривают крайне низкие предельные уровни и требуют внутреннего затухания пониже.
Измерения эмиссионного излучения требуют чрезвычайно высокой чувствительности. Соответствующими проектными параметрами EMCview по умолчанию обычно являются внутреннее затухание 0 дБ с включенным предварительным усилителем.
CISPR 16 определяет, что базовый шум измерительной установки должен быть по крайней мере на 6 дБ ниже предела, чтобы иметь достаточный динамический диапазон для надежного измерения критических паразитных колебаний.
Отдельные нюансы, связанные с искажением
Анализатор спектра может сам создавать продукты искажения и потенциально нарушать результаты измерений, если на радиочастотный вход подаются сильные сигналы. Поскольку анализаторы спектра содержат компоненты с нелинейным поведением, такие как смесители и усилители, они всегда будут создавать некоторые продукты искажения. В худшем случае это внутреннее искажение может полностью скрыть искажения, созданные тестируемым оборудованием.
Чтобы определить, повлияют ли искажения, вызванные анализатором, на результаты каждого конкретного измерения, пользователь должен понимать, каким образом искажения связаны с входящим сигналом.
Преобладающими нелинейными искажениями являются гармоники второго и третьего порядка.
Искажение второго порядка растет как квадрат амплитуды основного сигнала, а искажение третьего порядка растет как куб. Следственно, с увеличением/уменьшением основной мощности на 1 дБ искажение второго порядка растет/уменьшается на 2 дБ. С увеличением/уменьшением основной мощности на 1 дБ искажение третьего порядка растет/уменьшается на 3 дБ.
Определить, поступают ли паразитные колебания от источника сигнала или генерируются анализатором спектра можно с помощью аттенюаторов.
| Искажение – внутреннее или внешнее? | |
|---|---|
| Тестирование аттенюатора: Переключите мощность на смесителе |
Сигнал с первоначальным искажением Сигнал с входящим затуханием 10 дБ |
| 1. Перенастройте входящий аттенюатор на 10 дБ |  |
| 2. Наблюдайте за амплитудой искажений на дисплее | |
| Амплитуда не меняется: Искажение является частью входящего сигнала (внешнее) |
|
| Амплитуда меняется: По крайней мере часть искажений генерируется внутри анализатора (внутреннее) |
|
Общие соображения на счет чувствительности
Измерение кондуктивного шума с помощью сети стабилизации сопротивления линии (LISN)
Выбирая настройки амплитуды анализатора спектра, сравните пределы с отображенным средним уровнем шума (DANL) анализатора. На рисунке 10 ниже показано: при условии, что анализатор установлен на максимальную чувствительность, между пределами и DANL существует 80 дБ динамического диапазона. С другой стороны, CISPR 16 требует минимального интервала 6 дБ между DANL и пределами.
Настройки анализатора следует изменить на Затухание/Att = 20 дБ и Предварительный усилитель/PreAmp = ВЫКЛЮЧЕНО/OFF. Это повысит уровень шума приблизительно на 40 дБ, однако оставит 40 дБ динамического диапазона ниже предела. Таким образом чувствительность остается более чем достаточной, а риск создания нелинейных искажений или насыщения АЦП значительно уменьшается.
Рисунок 11:Пример измерения кондуктивного излучения от портов сети переменного тока согласно CISPR 32, Класс A.
Каждый раз во время выбора настроек анализатора сначала необходимо учитывать пределы и только потом определять настройки амплитуды.
Большинство стандартов предусматривают достаточно высокие пределы для параметров кондуктивного шума для работы с затуханием по крайней мере в 20 дБ без предварительного усилителя.
Исключением являются стандарты автомобилестроительной отрасли, такие как CISPR 25, Класс 5, или общие стандарты производителей автомобилей, требующих высшего уровня чувствительности:
Рисунок 12:Пример развертки базового уровня кондуктивного шума по CISPR 25, Класс 5.
В случае проблем с нелинейными искажениями можно выключить предварительный усилитель, чтобы оставить достаточный динамический диапазон для диапазона частот более 60 МГц.
Измерение кондуктивного шума с помощью датчиков радиочастотного тока
Во время проведения измерений кондуктивного шума с помощью датчиков мониторинга радиочастотного (РЧ) тока вычитание значения трансимпеданса в дБОм от значения измерения в дБмкВ дает радиочастотный ток в дБмкА.
В случае датчика мониторинга РЧ-тока с трансимпедансом 0 дБОм показания на выходе датчика в дБмкВ эквивалентны РЧ-току, проходящему через поперечное сечение датчика, в дБмкА.
Ниже, на рисунке 13, показаны пределы для измерения методом тока по CISPR 25, Класс 5. Заметьте, что пределы приведены в дБмкА.
Отображаемая кривая соответствует настройкам максимальной чувствительности анализатора: Затухание/Att = 0 дБ, Предварительный усилитель/PreAmp = ВКЛЮЧЕНО/ON.
Малюнок 13:Пример измерения методом тока по CISPR 25, Класс 5.
Если для проведения этого измерения будет использоваться датчик РЧ-тока с трансимпедансом 0 дБОм, базовый шум превысит пределы более чем на 25 МГц, даже при максимальных настройках чувствительности.
Чтобы провести эффективное измерение, нужен датчик мониторинга РЧ-тока с трансимпедансом по крайней мере от 15 дБОм до 20 дБОм.
На рисунке ниже показан базовый шум по результатам измерения методом тока согласно CISPR 25, Класс 5, с помощью датчика мониторинга радиочастотного тока TBCP2-500 от Tekbox со встроенным аттенюатором анализатора спектра, установленным на 0 дБ, и включенным предварительным усилителем. Эта настройка обеспечивает достаточный динамический диапазон для выполнения эффективного измерения:
Рисунок 14:Пример измерения методом тока согласно CISPR 25, Класс 5, с помощью РЧ-датчика Tekbox TBCP2-500.
Измерение излучаемого шума с помощью поперечных электромагнитных ячеек (TEM)
Поперечные электромагнитные ячейки (ТЕМ-ячейки) — это полосный прибор для проведения испытаний на наличие эмиссионных излучений и помехоустойчивость электронных приборов.
Испытания на наличие излучаемого шума в ТЕМ-ячейках можно начать с максимальной настройкой чувствительности анализатора. Существенный риск перегрузки или повреждения анализатора обычно отсутствует. В случае высокой амплитуды излучения параметры можно откорректировать соответствующим образом.
На рисунке 15 ниже показаны предельные значения для ТЕМ-ячейки согласно CISPR 25, Класс 5, по сравнению с базовым шумом анализатора спектра при внутреннем затухании анализатора спектра, установленном на 0 дБ, и включенном предварительном усилителе.
Рисунок 15:Пример измерения методом ТЕМ-ячеек согласно CISPR 25, Класс 5
Измерение излучаемого шума с помощью антенн
В большинстве случаев пределы излучаемого шума приведены в дБВ/м. Чтобы превратить результат измерения с напряжения при 50 Ом [дБмкВ] в напряженность поля [дБмкВ/м], необходимо знать характеристики антенны в зависимости от частоты. Измерительные антенны всегда поставляются с таблицей коэффициентов калибровки антенны. Чтобы получить напряженность поля, коэффициент калибровки антенны нужно добавить к значению напряжения, отображаемому на анализаторе:
Таким образом коэффициент калибровки антенны также увеличивает базовый шум и уменьшает динамический диапазон измерений.
Измерительные антенны ЕМС обычно обладают большой полосой пропускания. Чем шире полоса пропускания, тем ниже коэффициент усиления и выше коэффициент калибровки антенны.
На рисунке 16 ниже показаны пределы эмиссионного излучения согласно CISPR 32, Класс A, в дБмкВ/м для расстояния измерения 3 м.
Темно-зеленая кривая показывает базовый шум анализатора спектра в дБмкВ с внутренним затуханием, установленным на 0 дБ, и включенным предварительном усилителе.
Голубая кривая показывает базовый шум в дБмкВ/м при использовании вместе с биконической антенной Tekbox TBMA1 с диапазоном 30 МГц – 1 ГГц.
Синяя кривая показывает базовый шум в дБмкВ/м при использовании вместе с биконической антенной Tekbox TBMA2 с диапазоном 30 – 300 МГц.
Светло-зеленая кривая показывает базовый шум в дБмкВ/м при использовании вместе с логарифмической периодичной антенной Tekbox TBMA3 с диапазоном 250 МГц – 1,3 ГГц.
Рисунок 16:Измерение эмиссионного излучения согласно CISPR 32, Класс A, с помощью разных типов антенн
Исходя из приведенного выше анализа базового шума, может казаться, что существует достаточный динамический диапазон для проведения измерений излучаемого шума согласно СISPR 32, Класс A, с помощью анализатора спектра Siglent SSA3021X и любой из упомянутых измерительных антенн ЕМС от Tekbox.
Однако приведенные выше графики будут реалистичными только при условии проведения измерений в экранированной безэховой камере. На самом же деле предыдущие испытания ЕМС на наличие эмиссионного излучения зачастую проводятся в неэкранированной среде, например, в разработнической лаборатории или на промышленной площадке.
На рисунке 17 показано выход измерительной антенны Tekbox TBMA1 в условиях промышленной площадки.
В диапазоне частот 30 – 100 МГц окружающий шум уже превышает пределы излучения по CISPR 32, Класс A, и существенно усложняет измерение излучаемого шума любого тестируемого оборудования. Отличить окружающий шум от шума, исходящего от тестируемого оборудования, бывает крайне сложно даже на высших частотах:
Рисунок 17:Пример измерения в условиях окружающей среды на промышленной площадке.
Однако существует ряд решений для борьбы с проблемой окружающего шума. Попробуйте найти место с низшим его уровнем. Например, плоская крыша или испытательная площадка в полевых условиях зачастую менее шумны, чем промышленная площадка. Во время проведения измерений в лаборатории выключите всё оборудование поблизости, чтобы устранить шум от импульсных источников питания.
Переместите антенну ближе к тестируемому оборудованию. Уменьшение расстояния измерения с 3 м до 1 м эквивалентно потере передачи сигнала в свободном пространстве приблизительно на 10 дБ или повышению предельного значения на 10 дБ. Однако учитывайте, что на частотах ниже антенна может попадать в ближнюю зону поля.
Используйте измерительную антенну с низшей полосой пропускания с низшими коэффициентами калибровки антенны.
Проведите измерения на вашем тестируемом оборудовании в ТЕМ-ячейке, чтобы получить график критических излучений. Зная частоты критических паразитных колебаний, повторите измерение с антенной, но снизьте диапазон и полосу пропускания. Увеличьте критические частоты, так сказать.
Выполняйте измерения ночью, когда уровень окружающего шума обычно ниже.
Защита входов
Работая с анализаторами спектра, следует иметь в виду, что чрезмерная входящая мощность, переходные процессы или электростатическое расстройство могут повредить радиочастотный интерфейс. Диапазон максимального входящего непрерывного сигнала анализаторов спектра обычно составляет от +20 дБм до +30 дБм. В отличие от осциллографов, входы анализатора спектра не защищены или защищены минимально. Ниже показан упрощенный радиочастотный интерфейс:
| РЧ-вход | GaAs-переключатель | Предварительный усилитель | GaAs-переключатель | Аттенюатор | Смеситель |
Диоды на входе обычно служат диодами защиты от электростатического разряда. Чтобы полностью защитить вход с помощью ограничителя, шунтовые диоды следует подсоединить к последовательному резистору, чтобы ограничить прямой ток в случае слишком большой мощности входящего сигнала. Соответственно, классический резистор ограничения тока не может быть реализован, поскольку это увеличит входящее сопротивление анализатора.
Ограничитель можно реализовать, соединив его с аттенюатором, но это ухудшило бы чувствительность анализатора и ограничило бы его использование.
Первым слабым звеном входящей цепи является радиочастотный переключатель. Типичные анализаторы спектра электромагнитных помех используют арсенид-галлиевые (GaAs) переключатели. GaAs-переключатели по сути своей слабые на низких частотах. Для многих GaAs-переключателей даже не указывают максимальную входящую мощность на низких частотах до 9 кГц.
Ниже приведен пример "объективной" таблицы данных для типичного GaAs-переключателя:
| HMC221B | |
|---|---|
| Абсолютные максимальные показатели | |
| Характеристика | Показатель |
| Диапазон напряжения управления | от -0,2 В DC до 12 В DC |
| Мощность РЧ-входа (CW пик, В контрол. = 0 В/5 В) | 0,36 Вт |
| 10 кГц – 10 МГц | 8 дБм |
| 10 МГц – 20 МГц | 10 дБм |
| 20 МГц – 30 МГц | 11 дБм |
| 30 МГц – 250 МГц | 14 дБм |
| 250 МГц – 3 ГГц | 31 дБм |
| Мощность РЧ-входа с горячим переключением (CW пик, В контрол. = 0 В/5 В) | |
| 10 кГц – 250 МГц | 6 дБм |
| 250 МГц – 3 ГГц | 20 дБм |
Максимальная мощность РЧ-входа в зависимости от частоты четко демонстрирует ухудшение на низких частотах.
При тестировании импульсных источников питания на наличие кондуктивного шума самые высокие паразитные колебания возникают на относительно низких частотах. Субгармоники еще более критичны. Обычно они находятся на частотах значительно ниже 100 кГц и зачастую остаются незамеченными, поскольку нижний порог чувствительности для большинства испытаний составляет 150 кГц. Вы можете проводить измерения кондуктивного шума и удивляться, почему анализатор выдает звуковой сигнал и отображает предупреждение о переполнении АЦП, невзирая на то, что все паразитные колебания значительно ниже допустимых пределов. Приводить к насыщению аттенюатора может именно высокоамплитудная субгармоника на уровне 6 кГц.
Если вы заметили, что ваши сигналы на 20 дБ ниже, чем на самом деле, катастрофа уже произошла. Первый GaAs-переключатель уже поврежден. В большинстве случаев он выходит из строя из-за короткого замыкания на радиочастотном тракте и защищает дальнейшие компоненты, но в крайних случаях повреждение достигнет первого смесителя.
Чтобы предотвратить подобное, вы всегда должны начинать исследование любого нового оборудования с использованием внешних аттенюаторов или комбинированного аттенюатора/ограничителя, оба также доступны от Tekbox. Проанализируйте спектр на очень низких частотах с помощью внешнего аттенюатора или ограничителя на 20 дБ, подключенного к входу анализатора, и убедитесь в отсутствии сигналов с критически высокой амплитудой.
Альтернатива: вы можете сперва подключить осциллограф к РЧ-выходу LISN и проверить излучение тестируемого оборудования во временной области. Чтобы установить такой же уровень сопротивления, как у подключенного анализатора спектра, подайте на вход осциллографа проходную нагрузку в 50 Ом или переключите вход на 50 Ом, если в осциллографе предусмотрена эта функция.
Ниже приведен ряд указаний касательно измерений кондуктивных излучений с помощью LISN:
- Оставьте РЧ-выход LISN без подключения
- Подключите тестируемое оборудование к LISN
- Подключите LISN к распределительному трансформатору
- Включите тестируемое оборудование
- Проверьте РЧ-выход LISN с помощью осциллографа и/или анализатора с внешним аттенюатором на 20 дБ или комбинированного аттенюатора/ограничителя
- Подключите РЧ-кабель от выхода LISN ко входу анализатора спектра
- Проведите сканирование кондуктивного шума
- Отключите РЧ-кабель
- Выключите тестируемое оборудование
ПРИМЕЧАНИЕ: Целью отключения анализатора во время включения/выключения тестируемого оборудования является избегание переходных процессов напряжения через обратную электродвижущую силу, особенно высокоиндуктивных нагрузок, таких как двигатели или импульсные источники питания. Эти сигналы могут иметь довольно большие значения и быть достаточно быстрыми, чтобы повлечь за собой бесповоротное повреждение чувствительного радиочастотного интерфейса анализатора.
В случаях, когда тестируемое оборудование генерирует субгармоники, расположите соответствующий фильтр высоких частот на РЧ-входе анализатора спектра. Ограничитель переходных процессов Tekbox TBFL1 оснащен не только комбинированным аттенюатором/ограничителем, но и фильтром высоких частот до 9 кГц. Если частота субгармоник превышает 9 кГц, подключите фильтр высоких частот на 150 кГц.
