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利用頻譜儀和TEM小室進(jìn)行輻射干擾測量
閱讀：1537 發(fā)布時(shí)間：2021-1-14利用頻譜儀和TEM小室進(jìn)行輻射干擾測量
本文主要描述了如何解決基于超聲波倒車?yán)走_(dá)的輻射干擾測量問題,。在開始的基于CISPER 25 第四類窄帶輻射測量中,，該設(shè)備在530KHz-2MHz這個(gè)頻段測試沒通過合規(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，紅色線表示CISPER 25第四類的模板*,，藍(lán)色線表示實(shí)測譜線,。在530KHz到1.1MHz的頻段范圍內(nèi)，測量出的輻射干擾超出了模板的*,。同時(shí),，我們還測試了將連接雷達(dá)模塊線纜斷開的情況，發(fā)現(xiàn)仍然通不過標(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)問題的,，是一個(gè)低頻的數(shù)字信號(hào),。
相對較寬的頻譜,，不含離散的譜線,，意味著該超標(biāo)的頻譜噪聲來源很可能是來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,，斷開控制器和雷達(dá)模塊之間的線纜,，測試也沒通過，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
頻譜分析儀，近場探頭,，結(jié)合恒電磁波傳輸小室（簡稱TEM小室，Transverse Electromagnetic Transmission Cell）能作為識(shí)別輻射干擾根源的基本工具,。本次測試我們采用鼎陽科技SSA3021X頻譜分析儀和選配的近場探頭以及TekBox的TEM小室,。
首先我們打開頻譜分析儀然后設(shè)置如下：
SPAN設(shè)置為530KHz到2MHz；RBW設(shè)置為9KHz,，衰減設(shè)置為0dB,，顯示設(shè)置為電壓平均；打開頻譜儀標(biāo)配的預(yù)置放大器,，并選用正峰值檢波器,，測試結(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530KHz到1.1MHz這個(gè)頻段內(nèi),，基本被廣播信號(hào)填滿了（圖中可見的尖峰毛刺）。接下來我們需要弄清楚,，待測設(shè)備DUT（Device 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，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,，結(jié)果基本與初次在吸波暗室中測量的結(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（圖中可見的一些毛刺）,。
從圖中也可以看出,，我們利用TEM小室測出的幅值大約比在吸波暗室中測得的結(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量結(jié)果一致，仍然未通過標(biāo)準(zhǔn),。
PS：為了簡便起見,，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)斷開連接,。這也解釋了為什么譜線的波峰的相對幅度在吸波暗室和TEM小室的測量結(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,，測量結(jié)果仍然顯示未通過。事實(shí)上,，在去掉雷達(dá)模塊的情況下,，控制器也會(huì)不斷嘗試通過串行線纜進(jìn)行通信----并且不會(huì)超時(shí)。因此,，我們推測,，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，我們需要對通信接口做一些過濾,。
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,，意味著測量的頻譜結(jié)果幾乎沒有AM廣播信號(hào)的干擾。
如下是在修改之前的屏幕截圖：
通過截圖可知,，修改后的輻射噪聲水平下降了12dBμV,。
經(jīng)過修改后，我們重新在暗室進(jìn)行了測量,，以下是終測量結(jié)果的截圖：
利用頻譜儀和TEM小室來做輻射噪聲測試是一種非常經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法,。要知道，專門用于EMC一致性測試的吸波暗室造價(jià)成本高達(dá)幾百萬,，即使是送到專門的機(jī)構(gòu)測試,， 也需要多次整改和測試，費(fèi)用也不菲,。
輻射噪聲一般具有相對較寬的頻譜范圍，沒有尖銳的波峰,。盡管有一些廣播電臺(tái)的頻譜干擾,，頻譜儀和TEM小室也能很好地對設(shè)備的輻射噪聲進(jìn)行測試和觀察。
利用EMC近場探頭可以定位和識(shí)別PCB上的輻射泄露源,，頻譜儀結(jié)合TEM小室可以對整改后的設(shè)備進(jìn)行多次測試,， 以判斷其是否符合EMC規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。在對多個(gè)獨(dú)立單元以及線纜互聯(lián)的設(shè)備進(jìn)行測試時(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,。如果我們在每次整改之后，都要送到的暗室進(jìn)行測量的話,，成本是非常高昂的,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們購買頻譜儀和TEM小室的預(yù)算。