面临这些问题时,工程师会想起最常用的调试工具——示波器,如果示波器能够提供EMI测试的功能,将极大地降低整体的设计成本。如果还能够提供一些EMI产生原因的诊断信息,工程师的设计和整改流程将大幅加快。
但令人遗憾的是,目前市场中的绝大多数示波器无法胜任这样的工作。虽然几乎所有的示波器都具有FFT频谱分析功能,但这样的功能往往精度差、更新速率低、无法灵活设置,达不到EMI预测试的要求。
示波器的FFT功能不足主要有以下几个原因:首先,动态范围不足。示波器的A/D一般是8位的,但实际能够有效使用的位数(ENOB)往往不足6位,这种情况下无法准确测量微小的射频信号。再加上模拟前端的大量噪声,使得示波器的动态范围只有40~60dB左右。罗德与施瓦茨公司(R&S)的RTO示波器具有全带宽>7bit的ENOB,配合射频仪器级别的模拟前端,噪声只有100uv以下。这就保证了RTO示波器可以提供超过同类产品15~20dB的动态范围。
其次,算法和功能实现问题。普通示波器没有与频谱分析仪类似的下变频电路,无法设置中心频率和分析范围,RBW也无从调整,所能看到的频谱基本是示意性的。如果增加参与FFT计算的样点,将极大降低频谱更新的速度。R&S RTO示波器的FFT功能是硬件实现的。通过专用的数字下变频器,用户可以像其他频谱仪一样设定中心频率、分析范围和RBW。
由硬件实现的FFT运算快捷准确,不受其他功能和设置的影响,即使打开多种测量分析功能,频谱更新速度依然不变。从实时频谱分析仪中移植过来的多重重叠FFT算法,可以观测到同类设备无法看到的边带信息,极大减少了波形漏失。RTO示波器的频谱分析功能的另一个重要特点是分析的速度及实时性。快速的频谱更新保证了对偶发的EMI问题的捕获和显示。电路出现的任何电磁辐射问题都不会逃过RTO示波器的FFT功能。配合独有的频率模板触发功能和MSO功能,用户可以设定一个EMI触发条件,即在某个或某段频率内,只要出现EMI信号,示波器就能触发并捕获。此时不但可以看到EMI信号本身,配合连接到电路中的其他模拟和数字通道的时域信号,我们还可以分析出是何种原因导致了这个EMI事件的发生。例如高速USB接口的数据传输、2.4GHz射频模块的唤醒工作状态等。
完成和EMI接收机类似的工作是使用示波器进行EMI预测试的一个重要目的。RTO示波器可以提供和EMI接收机类似的测试界面。通过MASK测试功能,我们可以设定一个符合EN标准的模板,观测整个系统的EMI发射状态是否满足标准的要求。如参照欧盟针对信息技术设备的标准EN55015Q对被测产品进行从9kHz~30MHz的电磁辐射测试。
观测EMI的必要工具是EMI探头和预放大器。R&S公司拥有全套的电场磁场探头,方便用户探测各种芯片、电路和接口的EMI问题。外置预放大器带宽可达3GHz,帮助用户捕获微小的EMI信号。
示波器是电子工程师最常用的工具,如果使用它们做EMI预测试的工作,那么示波器必须满足高动态范围、低杂散、高波形捕获率和高速FFT计算能力等要求。通过使用模板测试功能,工程师还可以进行相关标准的验证以及偶发EMI的诊断。R&S公司的RTO示波器集公司多年的射频、通信和数字设计的经验于一身,特别是EMC测试的经验,采用专用ASIC电路,具有强大的EMI测试和诊断能力,是电子工程师的得力工具。
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