示波器可用於EMI排查嗎?使用多個FFT

2021-01-10 電子產品世界

在這個關於EMI排查系列文章的第5部分中,我們將討論示波器上的時間相關的選通FFT和多通道FFT分析的實際應用。

通常,遠場測試僅被測設備合格或不合格進行評判。當涉及確定問題區域時它提供不了什麼線索。對於發射源識別,關聯能力是關鍵因素。使用示波器,與傳統的頻譜分析儀或測試接收機相比,工程師能夠同時使用多達4條輸入通道排查EMI,從而更好的進行分析和調查。

時間相關的FFT能夠洞察幹擾信號行為

定位輻射源是EMI故障分析或排查中最具挑戰性的部分。EMI排查的一個特別有用方法是聯合時域和頻域進行分析,它揭示信號頻譜如何隨時間推移演變。這種分析方法常常用於識別複雜系統中的輻射源,在這樣的系統中存在多個寬帶源,如帶DC-DC變換器的開關電源。

由於傳統示波器和頻譜分析儀一起使用需要複雜時間同步設置,在以前的EMI故障分析中,聯合時間-頻率分析是一項複雜技術。然而,隨著現代配備強大FFT能力的示波器的出現,這種情況已經出現了較大的改觀。

對示波器已獲得的波形使用FFT沒有同步問題和偏移校準問題(這些問題在過去採用多儀器設置或示波器配有射頻信道時是存在的),因此不需要仔細校準。對捕獲的波形使用多個選通FFT的能力使得有可能同時輕鬆監測在不同時間段輻射的射頻頻譜。

切換事件的不同時間段相關性


圖1:在單個顯示窗口中同時觀察完整波形的FFT以及部分波形的選通FFT,這讓同時監測到電源切換期間不同時間段的輻射射頻頻譜成為可能。在時域波形中,我們看到兩個切換事件的頻譜能量;一個覆蓋更寬的帶寬,另一個的能量聚集在大約160MHz左右。這對理解判斷哪一個電源開關動作正在引起寬帶噪聲十分有用。


圖2:時頻域聯合的方法容易區分窄帶和寬帶信號。圖中,時域信號和頻譜對應揭示出了兩個開關事件FFT所對應的不同時域信號部分,分別用橙色、藍色和紅色突出顯示。

將幹擾信號與時間、頻譜、協議和總線進行關聯


圖3:多個FFT——採用多達4個FFT的多頻譜視圖,以及選通的FFT揭示相同信號不同部分中的信號頻譜內容。在圖中,當發送具有ID 0630ABCDH的CAN通信信號時,可以看到由此特定通信引起的輻射。在該通信活動之外的FFT段顯示沒有幹擾。示波器的優點是它能夠對這些通信信號觸發以便進行穩定的分析。

多個FFT重疊提供從未有過的排查潛力

示波器標準配置為2通道或4通道。採用應用到每個通道的FFT,會立即打開成功排查EMI故障的新天地。這基礎上所提供的功能能夠讓人眼前一亮,包括在相同或不同組裝板上跟蹤關聯輻射的能力,以及發現近場/遠場轉化因子的能力,而這些都是常規使用單臺時域儀器或頻譜儀所不能實現的。這就相當於使用4路同步的頻譜分析儀進行EMI排查。然而,多通道間相互的隔離狀態,尤其是當我們正在處理毫伏(mV)級小幅度近場探測信號時,需要我們多加考慮。在餘下部分中,我們討論一些如何高效使用多個FFT的例子。


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