問(wèn)題介紹

本文主要描述了如何解決基于超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)的輻射干擾測(cè)量問(wèn)題。在最開(kāi)始的基于CISPER 25 第四類(lèi)窄帶輻射測(cè)量中，該設(shè)備在530KHz-2MHz這個(gè)頻段測(cè)試沒(méi)通過(guò)合規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。

此倒車(chē)?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(xiàn)主要包含連接控制器的主供電線(xiàn)纜以及控制器與兩個(gè)雷達(dá)模塊之間的通信及供電線(xiàn)纜。

圖一 倒車(chē)?yán)走_(dá)結(jié)構(gòu)示意圖

以下是在暗室測(cè)量之后未通過(guò)界面的截圖：

圖2  未通過(guò)界面截圖

由圖可見(jiàn)，紅色線(xiàn)表示CISPER 25第四類(lèi)的模板限量，藍(lán)色線(xiàn)表示實(shí)測(cè)譜線(xiàn)。在530KHz到1.1MHz的頻段范圍內(nèi)，測(cè)量出的輻射干擾超出了模板的限量。同時(shí)，我們還測(cè)試了將連接雷達(dá)模塊線(xiàn)纜斷開(kāi)的情況，發(fā)現(xiàn)仍然通不過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。

分析

分析上圖的譜線(xiàn)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(wèn)題的，是一個(gè)低頻的數(shù)字信號(hào)。

相對(duì)較寬的頻譜，不含離散的譜線(xiàn)，意味著該超標(biāo)的頻譜噪聲來(lái)源很可能是來(lái)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(kāi)控制器和雷達(dá)模塊之間的線(xiàn)纜，測(cè)試也沒(méi)通過(guò)，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(cè)

頻譜分析儀，近場(chǎng)探頭，結(jié)合恒電磁波傳輸小室（簡(jiǎn)稱(chēng)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(cè)試我們采用鼎陽(yáng)科技SSA3021X頻譜分析儀和選配的近場(chǎng)探頭以及TekBox的TEM小室。

首先我們打開(kāi)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(kāi)頻譜儀標(biāo)配的預(yù)置放大器，并選用正峰值檢波器，測(cè)試結(jié)果如下: 

圖3 頻譜儀基礎(chǔ)設(shè)置

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(jí)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(lái)我們連接空的TEM小室，驗(yàn)證以上猜想，顯示頻譜如下：

圖4 連上TEM小室之后的實(shí)測(cè)結(jié)果

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(mǎn)了（圖中可見(jiàn)的尖峰毛刺）。接下來(lái)我們需要弄清楚，待測(cè)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(lái)，將包括電纜和雷達(dá)模塊的DUT放置在TEM小室內(nèi)并通電：

圖5 將DUT放置在TEM小室內(nèi)并通電

在頻譜儀中設(shè)置跡線(xiàn)跟蹤為最大保持，此時(shí)結(jié)果如下：

圖6 設(shè)置跡線(xiàn)跟蹤為最大保持

我們可以從圖中的波峰軌跡大致看出來(lái)，結(jié)果基本與初次在吸波暗室中測(cè)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(jiàn)的一些毛刺）。

從圖中也可以看出，我們利用TEM小室測(cè)出的幅值大約比在吸波暗室中測(cè)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(xiàn)纜移除，發(fā)現(xiàn)和之前在吸波暗室的測(cè)量結(jié)果一致，仍然未通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。

PS：為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，線(xiàn)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。

圖7 移除和雷達(dá)相連的線(xiàn)纜后的連接

令人驚奇的是，我們發(fā)現(xiàn)，移除線(xiàn)纜降低了DUT的輻射噪聲：

圖8移除線(xiàn)纜后的測(cè)試結(jié)果

移除線(xiàn)纜可以使輻射噪聲降低11dBμV左右。事實(shí)上，我們并未拆除線(xiàn)纜，但兩個(gè)雷達(dá)模塊已經(jīng)斷開(kāi)連接。這也解釋了為什么譜線(xiàn)的波峰的相對(duì)幅度在吸波暗室和TEM小室的測(cè)量結(jié)果有所不同。線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)纜，測(cè)量結(jié)果仍然顯示未通過(guò)。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(guò)串行線(xiàn)纜進(jìn)行通信----并且不會(huì)超時(shí)。因此，我們推測(cè)，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(duì)通信接口做一些過(guò)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(xiàn)纜中串聯(lián)電阻。這算是一種非常實(shí)用的辦法，因?yàn)镻CB上已經(jīng)安裝了0歐姆的串聯(lián)電阻。通過(guò)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(méi)法可靠地工作在指定的電壓范圍內(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(wèn)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(cè)量之后，結(jié)果顯示如下：

圖9 修改后的測(cè)試結(jié)果

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(cè)量的頻譜結(jié)果幾乎沒(méi)有AM廣播信號(hào)的干擾。

如下是在修改之前的屏幕截圖：

圖10 修改前截圖

如下是修改之后屏幕截圖：

圖11 修改之后的截圖

通過(guò)截圖可知，修改后的輻射噪聲水平下降了12dBμV。

經(jīng)過(guò)修改后，我們重新在暗室進(jìn)行了測(cè)量，以下是最終測(cè)量結(jié)果的截圖：

圖12 最終在暗室進(jìn)行的測(cè)試結(jié)果截圖

如圖所示，測(cè)試設(shè)備最終通過(guò)了500KHz到2MHz頻段的輻射噪聲測(cè)試。

總結(jié)

利用頻譜儀和TEM小室來(lái)做輻射噪聲測(cè)試是一種非常經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。要知道，專(zhuān)門(mén)用于EMC一致性測(cè)試的吸波暗室造價(jià)成本高達(dá)幾百萬(wàn)，即使是送到專(zhuān)門(mén)的機(jī)構(gòu)測(cè)試， 也需要多次整改和測(cè)試，費(fèi)用也不菲。

輻射噪聲一般具有相對(duì)較寬的頻譜范圍，沒(méi)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(duì)設(shè)備的輻射噪聲進(jìn)行測(cè)試和觀察。

利用EMC近場(chǎng)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(duì)整改后的設(shè)備進(jìn)行多次測(cè)試， 以判斷其是否符合EMC規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。在對(duì)多個(gè)獨(dú)立單元以及線(xiàn)纜互聯(lián)的設(shè)備進(jìn)行測(cè)試時(shí)也是非常實(shí)用的。

改進(jìn)倒車(chē)?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(mǎn)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?cè)诿看握闹?，都要送到?zhuān)用的暗室進(jìn)行測(cè)量的話(huà)，成本是非常高昂的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我們購(gòu)買(mǎi)頻譜儀和TEM小室的預(yù)算。

關(guān)于鼎陽(yáng) 

鼎陽(yáng)科技（SIGLENT）是一家專(zhuān)注于通用電子測(cè)試測(cè)量?jī)x器及相關(guān)解決方案的公司。

從2005推出第一款數(shù)字示波器產(chǎn)品至今，10余年來(lái)鼎陽(yáng)科技一直是全球發(fā)展速度最快的數(shù)字示波器制造商。歷經(jīng)多年發(fā)展，鼎陽(yáng)產(chǎn)品已擴(kuò)展到數(shù)字示波器、手持示波表、函數(shù)/任意波形發(fā)生器、頻譜分析儀、臺(tái)式萬(wàn)用表、直流電源等通用測(cè)試測(cè)量?jī)x器產(chǎn)品。2007年，鼎陽(yáng)與高端示波器領(lǐng)導(dǎo)者美國(guó)力科建立了全球戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系。2011年，鼎陽(yáng)發(fā)展成為中國(guó)銷(xiāo)量領(lǐng)先的數(shù)字示波器制造商。2014年，鼎陽(yáng)發(fā)布了中國(guó)首款智能示波器SDS3000系列，引領(lǐng)“人手一臺(tái)”型實(shí)驗(yàn)室使用示波器由功能示波器向智能示波器過(guò)渡的趨勢(shì)。2017年，鼎陽(yáng)發(fā)布打破行業(yè)壟斷，多項(xiàng)參數(shù)突破國(guó)內(nèi)技術(shù)瓶頸的SDG6000X系列脈沖/任意波形發(fā)生器，其輸出帶寬高達(dá)500MHz。目前，鼎陽(yáng)已經(jīng)在美國(guó)克利夫蘭和德國(guó)漢堡成立分公司，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷(xiāo)全球70多個(gè)國(guó)家，SIGLENT正逐步成為全球知名的測(cè)試測(cè)量?jī)x器品牌。

關(guān)于鼎陽(yáng)硬件設(shè)計(jì)與測(cè)試智庫(kù)

鼎陽(yáng)硬件設(shè)計(jì)與測(cè)試智庫(kù)（簡(jiǎn)稱(chēng)鼎陽(yáng)硬件智庫(kù)）由深圳市鼎陽(yáng)科技有限公司領(lǐng)銜創(chuàng)辦，是中國(guó)第一家“智力眾籌”模式的硬件智庫(kù)。

鼎陽(yáng)硬件智庫(kù)順時(shí)順勢(shì)，倡導(dǎo)“連接-分享-協(xié)作-創(chuàng)造”的理念，高舉志愿者服務(wù)的大旗，相信互聯(lián)網(wǎng)是“愛(ài)”的大本營(yíng)，相信人們都有發(fā)自?xún)?nèi)心分享的愿望。

鼎陽(yáng)硬件智庫(kù)選擇硬件領(lǐng)域最普遍的七類(lèi)問(wèn)題：電源，時(shí)鐘，DDR，低速總線(xiàn)，高速總線(xiàn)，EMC，測(cè)試測(cè)量進(jìn)行聚焦。尋找“最針尖”的問(wèn)題進(jìn)行研討，針對(duì)“最針尖”的問(wèn)題組織專(zhuān)家答疑，將硬件大師積累的寶貴知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)變成公眾財(cái)富，惠及更多硬件人。

鼎陽(yáng)硬件智庫(kù)，群策群力，連接所有硬件人。

有硬件問(wèn)題，找鼎陽(yáng)硬件智庫(kù)。