1概述

本應(yīng)用文章從EMI測試挑戰(zhàn)出發(fā)，介紹了一種瞬態(tài)干擾的測試技術(shù)，作為 羅德與施瓦茨公司（R&S）全面EMI測試方案的一個有效補充。通過介紹實時頻譜技術(shù)的特點，闡明實時頻譜在瞬態(tài)干擾查抄中的重要性。最后，它給出了一個干擾診斷實例，其中使用實時頻譜顯示技術(shù)發(fā)現(xiàn)干擾，并定位干擾信號。

2瞬態(tài)干擾測試挑戰(zhàn)

從第一次進行無線傳輸開始，設(shè)計工程師就一直關(guān)注電磁干擾(EMI)。在需要牌照的頻段中，我們有蜂窩系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)和其它系統(tǒng)，創(chuàng)造了一個復(fù)雜動態(tài)的頻譜環(huán)境。同時，其它系統(tǒng)如計算機、電子和電工機械迅速普及，進一步提升了干擾概率。法規(guī)機構(gòu)已經(jīng)確立了EMI的限制，規(guī)定了符合性測試中使用的測量方法。這些方法已經(jīng)應(yīng)用了幾十年，撰寫這些方法的目的，是滿足語音和視頻的模擬廣播需求以及撰寫時采用的測試方法，如CISPR平均方法和準峰值檢波器。這些測量技術(shù)旨在對人的耳朵和眼睛分別接收聲音和視頻時提供可以接受的干擾水平。

隨著數(shù)字調(diào)制數(shù)據(jù)傳輸和超寬帶(UWB)傳輸方法出現(xiàn)，加上高速數(shù)字時鐘形式的非預(yù)計輻射裝置的頻率日益提高，當(dāng)前EMI規(guī)范標(biāo)準已經(jīng)不能全面解決目前存在的所有干擾類型及其對通信系統(tǒng)的影響。例如，短時間的偶發(fā)干擾的瞬間幅度可能會相對較高，但如果不是頻發(fā)，那么它仍能滿足標(biāo)準法規(guī)。這樣的脈沖對廣播模擬無線傳輸?shù)挠绊懣梢院雎圆挥嫞跀?shù)字系統(tǒng)中會導(dǎo)致整個數(shù)據(jù)包丟失，或堵塞相鄰的雷達系統(tǒng)。偶發(fā)的短高頻干擾突發(fā)在所有消費電子和通信中正變得越來越常見，如計算機中使用的與模式相關(guān)的擴頻時鐘，以及許多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中運行有噪聲的定期硬盤訪問周期的硬盤驅(qū)動器。這些復(fù)雜的數(shù)字設(shè)備正日益接近以頻率捷變、基于分組模式運行的無線通信系統(tǒng)。下圖是智能手機的框圖(圖1)，其中包含著完善的數(shù)字計算機或電話中必需的一切高速數(shù)字系統(tǒng)，同時包括連接必需的無線發(fā)射機和接收機。這些非預(yù)計輻射裝置位于臨近區(qū)域，再加上靈敏的接收機，產(chǎn)生了大量的干擾機會，如圖1非預(yù)計輻射源和接收機頻段表中所示。

圖1. 當(dāng)前只能手機集成了NFC,GPS,WLAN,藍牙等無線傳輸設(shè)備，其信號形式都是突發(fā)的。并且存在其他的非預(yù)計輻射源

當(dāng)前的通信設(shè)備大多采用數(shù)字的方式進行傳輸，隨著跳頻、捷變頻、突發(fā)脈沖的信號傳輸形式不斷采用，通信設(shè)備的復(fù)雜程度大大增加，其EMI測試的需求和難度也大大增加。過去的EMI測試主要針對穩(wěn)定信號進行的測試，盡管許多EMI測量可以使用簡單的峰值檢波器完成，但EMI測量標(biāo)準規(guī)定了一種專用測量方法，即準峰值(QP)檢波器，QP和均值的測量速度一直是測量接收機和頻譜分析儀所面臨的一項挑戰(zhàn)。R&S 公司的接收機ESR 以實時的速度實現(xiàn)了快速Q(mào)P檢測器的測試。如果需要進行認證級和預(yù)認證的EMI測試，R&S提供業(yè)內(nèi)速度最快的實時EMI接收機MSR，除此之外，R&S提供的FSW實時頻譜儀可以提供一種簡單的干擾診斷測試方法，便于用戶研發(fā)階段先進行復(fù)雜瞬態(tài)干擾的診斷。

3實時頻譜技術(shù)介紹

R&S的實時信號分析儀FSW基于FPGA的高速信號處理技術(shù)，可以無縫地實時計算帶寬高達160 MHz的IQ信號，并實時將它們轉(zhuǎn)換為頻域頻譜實時顯示。由于所有捕獲的數(shù)據(jù)流是沒有任何丟失的實時處理，所以可以發(fā)現(xiàn)短至1.87us的單次信號，配合獨有的余暉顯示技術(shù)，可以輕松的講這樣的突發(fā)信號顯示在屏幕上。當(dāng)前最高端信號和頻譜分析FSW ，覆蓋高達67 GHz的頻率范圍，近60萬個頻譜的屏幕刷新速率，其快速傅立葉變換（FFT）時間窗重疊至少67%，這是為了減少加窗效應(yīng)。老一代的實時分析儀大多與只有1024點的FFT長度，給出了一個固定的比例的SPAN和RBW。FSW可擴展的FFT長度從32到16 384，可以提供更小的RWB和更大的SPAN。圖2是顯示的一個雷達信號，使用實時頻譜顯示該雷達信號，可以清晰的看到雷達本振泄露，和回掃的信號。以往使用傳統(tǒng)超外差頻譜儀無法清晰的看到同頻信號和同頻干擾。

圖2 FSW使用實時頻譜顯示的時候，可以看到雷達信號中的本振泄露和回掃信號

由此可見，實時頻譜顯示可以解決一下兩個問題：

1)瞬態(tài)信號的發(fā)現(xiàn)。

2)同頻信號的觀測。

這兩個問題正是瞬態(tài)干擾診斷所面臨的測試挑戰(zhàn)。

4實時頻譜技術(shù)用于瞬態(tài)EMI診斷

EMI的預(yù)認證和一致性認證通常會采用R&S公司的 EMI接收機。在這個領(lǐng)域，R&S的EMI接收機是家喻戶曉的。現(xiàn)在R&S新推出的實時頻譜儀FSW可以在干擾診斷方面大顯身手，尤其是當(dāng)前大家更加關(guān)注的瞬態(tài)干擾。 我們以下面的這個瞬態(tài)干擾測試為例。這是一個寬帶的突發(fā)的瞬態(tài)干擾信號，其時間上的持續(xù)時間只有幾百納秒。過去，只能通過傳統(tǒng)頻譜儀或者接收機的最大保持的功能進行測試，這個辦法并不能保證發(fā)現(xiàn)那些瞬態(tài)的干擾信號。

圖3 使用傳統(tǒng)顯示方式觀測的有瞬態(tài)干擾的頻段

通用的信號，使用FSW的實時頻譜顯示功能，可以清楚的看到那些持續(xù)時間只有幾百個ns的突發(fā)信號。而這些突發(fā)干擾常常就是導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)故障，不能正常工作的罪魁禍首。

圖4 FSW的實時頻譜顯示功能，顯示的瞬態(tài)干擾信號

實時頻譜顯示技術(shù)通過將每秒鐘將近60萬個頻譜進行統(tǒng)計，并用色溫的方式來顯示信號出現(xiàn)的概率，從而實現(xiàn)了海量頻譜的顯示功能，這是一種新穎的數(shù)據(jù)壓縮方式，可以將大量的頻譜信息不丟失的顯示出來，我們看到圖4中的淡藍色的信號，因為顏色比較的淡，代表了這個信號出現(xiàn)的概率不高，而本底噪聲的顏色是更明亮的黃色或者紅色。我們可以看到這個突發(fā)的干擾信號，雖然功率很大，但是由于出現(xiàn)的概率比較低，所以在傳統(tǒng)頻譜儀上面，不能保證一定可以看到。雖然ESR可以對這樣的瞬態(tài)EMI進行發(fā)現(xiàn)和測試，但是ESR顯示的單條軌跡。如圖4現(xiàn)實，是一種具有統(tǒng)計功能的顯示方式，可以更清楚的評估干擾出現(xiàn)的概率和同頻干擾。