基于FFT 時域掃描技術的接收機在EMI 測試中的應用研究*

李如寶

(1.廈門市產品質量監督檢驗院,福建廈門 361000;2.國家半導體發光器件(LED)應用產品監督檢驗中心,福建廈門 361000)

0 引言

CISPR 16-1-1:2019標準附錄J.4中提到了基于FFT方法的測試系統[1]。在CISPR TR 16-3-2015章節10.4里詳細描述了基于FFT方法的測試機理[2]。但由于各種原因,在EMI行業幾乎沒人使用該方法進行常規測試。究竟該方法在實際測試過程中表現如何？本次研究分別使用基于FFT的接收機(ESW44型)和傳統掃頻接收機(ESU8型)對3種類型的樣品(詳細描述詳見表1)進行傳導測試,根據試驗結果,佐證基于FFT的接收機對不同類型樣品測試的普遍適用性,比較兩種試驗方法的優缺點,對該方法的推廣提供數據支持,引導從業人員對該方法加強實際應用。

1 對類型1樣品的測試結果分析

我們選取了3個樣品進行測試,分別是電源適配器(帶純阻負載)、L E D 筒燈、梳狀信號發生器。測試方法依據GB/T 9254-2008標準執行。測試在同一時間段內進行,盡可能消除環境和布置的影響。

通過測試發現FFT方法和傳統掃頻方法的測試結果一致性非常好(最大差值≤2.5dB),由于被測樣品騷擾特性穩定,同一方法分別進行3次測試,在選取的3個特征頻率點的測試結果的標準差也非常小(<2),我們還發現掃頻法的測試時長約為FFT法的50倍。測試結果如表2所示。

表1 3 種典型的被測樣品特性描述

表2 掃頻法和FFT 法對3 種類型樣品的測試結果對比

圖1 電吹風+梳狀信號源的組合

針對以上結果可以得知,在時效性沒有太苛刻要求的情況下,掃頻方法還是可接受的。而FFT方法不管從效率上、準度上都表現優秀,特別是測試效率讓人嘆為觀止,讓人有種“欲罷不能”,愛上測試的感覺。在短短3秒鐘的時間就可以給出頻段內所有點的QP值。

2 對類型2樣品的測試結果分析

我們挑選了2個樣品進行測試,分別是按摩器(帶多組電機,工作狀態不穩定)、包裝封口機(10秒一個工作周期),測試方法依據GB 4343.1-2018標準執行。測試在同一時間段內進行,盡可能消除環境和布置的影響。

在使用掃頻法對封口機進行測試時,由于樣品的一個工作周期才10s左右,測試過程中需要頻繁暫停測試,等下一個工作周期開始時再繼續測試,Q P測試時更是“痛苦”,只能依靠人工觀測的方法手動記錄各點的最大值。整個頻段測試下來,耗時巨長,而使用FFT方法測試就從容多了,樣品的一個工作周期內,3秒鐘就完成了所有數據的采集。

所選的按摩器內部具有多組電機,分別控制不同按摩部位的啟停,電機還具有正/反轉功能,正常使用時不同電機存在交替工作的情況。如果在不考慮樣品的工作機制情況下直接進行測試,多次測量發現,兩種方法均會出現較大的偏差,FFT法可采取加長觀測時間的辦法(讓樣品完成一個完備的工作狀態),便可取得較為穩定的測試數據,而掃頻法由于需要2分鐘左右才能完成一次掃描,要想讓每個頻點都測得樣品所有狀態下的最大值變得很不現實。特別是樣品電源部分的騷擾對后端帶載變化較敏感的情況下,掃頻法基本只能靠運氣看是否能測得最大值了。這也解釋了某些客戶的反饋(我在某某實驗室都測試合格了,為什么換一個實驗室就不合格了,而且數據還差別很大)。

3 對類型3樣品的測試結果分析

在日常測試過程中經常會出現這種情況:加了濾波電路把整個騷擾降下來了,但莫名其妙的怎么多了一些窄帶的點。其實這些窄帶騷擾并不是突然出現的,絕大部分是由于晶振、開關電路引起的,之前因為淹沒在寬帶騷擾之下未被發現而已。

為了更直觀的對比,本次采用電吹風+梳狀信號源的組合來模擬該情況,由電吹風提供足夠大的寬帶騷擾,且QP遠小于PK,梳狀信號源提供窄帶騷擾,通過連接衰減器的辦法調節騷擾大小使其騷擾淹沒在寬帶騷擾之下。測試連接圖如圖1所示。

從測試數據可以看出,掃頻法的掃描曲線已經看不到屬于梳狀信號源的騷擾,導致選點進行QP測試時無法選到QP值較大的窄帶信號。FFT法由于直接采用QP檢波器進行掃描,能把梳子信號源的數據很好的區分出來。對于這種特性情況,顯然掃頻法無法取得正確的檢測數據,存在非常大的結果誤判風險,應該引起大家的足夠重視。

4 結論

對比了三組試驗結果,可以看到,掃頻法對于騷擾特性穩定的樣品,不會出現問題;對于騷擾特性不穩定的樣品,往往需要經過多次測試,或通過有經驗的工程師才能測得相對準確的數據;對于具有第三種特性的樣品,測試結果大概率會出現誤判,不管是對于認證實驗室、生產者都存在較大風險。如果采用FFT法直接測試QP值,對三種特性的樣品都能很好很快的測得正確的數據,極大減少了對人員的依賴。在日常檢測中,強烈推薦使用。