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怎么运用示波器测验EMI辐射搅扰

如何使用示波器测试EMI辐射干扰-本文讨论了使用实时示波器进行EMI辐射干扰测试的推荐方法,测试设置以及最佳实践。

  导言

  手机,蓝牙耳机,卫星播送,AM/FM播送,无线因特网,雷达,以及其它不可胜数的潜在电磁搅扰源发射出的电磁波稠浊在实在国际中,为了保证轿车内的电子元器材依旧稳健和有用,它们需求在一个受控环境中进行EMI搅扰测验。

  辐射抗扰室是一个彻底密封的传导空间,是一个抱负的EMI测验环境,由于它能够彻底操控空间中发生的电磁场的频率,方向,波长。并且由于电磁场无法进入密闭的空间,在抗扰室测验的轿车部件在测验过程中能够接纳准确且高度可控的电磁波。一起,电磁波也无法脱离搅扰室,用于测验的丈量仪器以及在抗扰室外操控的工程师能够免于遭到搅扰室内发生的强电磁波的损伤。

  现代轿车包含成百上千个电子电路以完结安全、文娱以及舒适相关的各式各样的功用。这些轿车电子部件,也被称为电子操控单元(ECU),有必要满意严厉的EMI搅扰规范。

  电磁搅扰室装备

  在电磁搅扰室内部,典型的器材级抗搅扰测验设置包含被测的电子操控单元(ECU),电线束,以及包含实践或许等效电子负载的仿真器,还有一系列外设以代表轿车电子操控单元(ECU)的接口;发送和接纳天线用于发生高场强的电磁波;还有形式调谐器被放置于搅扰室来改动空间的几许尺度,以发明测验中需求的电磁场作用。轿车电子操控单元(ECU)在预设形式下运转并露出在电磁搅扰场中。

  在露出于搅扰源的过程中,经过监控轿车电子操控单元(ECU)的呼应来验证其是否超出答应的容限。关于大多数RF搅扰测验,与方案的违背检测需求确认器材抗搅扰阈值,该值是经过逐步调整搅扰源的起伏直到轿车电子操控单元(ECU)的功用呈现违背的办法而确认的。

  被测的轿车电子操控单元(ECU)需求契合严厉的ISO(规范化国际组织)规矩,以及轿车厂商和轿车电子操控单元(ECU)部件供货商之间达到的需求。由于每个电子部件关于电磁场的抗搅扰才能会有细微的差异,检测与可接纳规范间的功用违背,以及决议这些值什么时候超出测验方案规矩,是履行EMI测验工程师的使命和职责。

  在EMI测验过程中确认轿车电子操控单元(ECU)是否依旧正常作业的办法是让其经过ECU的输出端口如CAN总线输出它的作业状况。其它的ECU输出也包含模仿传感器输出,以及驱动履行器的脉冲宽度调制输出。

  场的强度及考虑

  ISO/IEC61000-4-21中描绘的辐射RF抗搅扰测验中运用的场强和频率类型是一个典型的示例,它运用了一个包含机械形式调谐器的混响室,当在一个给定的测验频率下满意多的调谐器方位被获得时,混响室可用空间发生一个测验频率规模在0.4~3GHz、场强高达200 V/m(CM和AM)以及600 V/m(雷达脉冲)的均匀场。

  别的一个示例,ISO 11452-4中描绘的传导RF抗搅扰测验中运用的是一个嵌位电流注入探头以诱导RF电流进入DUT挽具,频率规模在1-400MHz,电平规模在几十到几百mA,然后能够在测验渠道邻近发明出满意强的场以影响非屏蔽设备的运作。这样的测验环境避免了测验仪器到测验设置的直接衔接。

  面对的一个应战是轿车电子操控单元(ECU)的输出数据来自于一个封闭空间,这个空间与测验区域阻隔,测验仪器和测验人员坐落封闭空间之外,所以有必要要有一种办法来将封闭空间发生的数据传送到封闭空间之外用于剖析。由于传统的线缆如BNC或SMA线缆自身是可导电的并且简单遭到来自于搅扰室内部的电磁波的影响,因而光发送和接纳单元以及光纤需求被用来将搅扰室内部的ECU宣布的信号传送到坐落搅扰室外部的测验设备。光纤对错导体所以不会遭到搅扰室内的电磁场的影响。为了将线缆从搅扰室内部衔接到测验设备上,在搅扰室鸿沟处波导管被用来输出光信号,然后答应搅扰室在将ECU的信号输出时依旧坚持彻底的封闭。光纤波导具有一个高通截止频率,该频率高于在搅扰室中测验的频率规模,因而不会对搅扰室中所发明的的环境发生搅扰。

  电磁搅扰测验设备设置

  下图1是一个用于抗搅扰测验中偏移勘探的实践设置,在密闭搅扰室(发送天线处于封闭状况时)空间中拍照的图片。形式调谐器坐落搅扰室的右侧,搅扰室的左边有一个CAN总线光纤发送器,放置于泡沫渠道上,该渠道的相对介电常数《 1.4且坐落混响室的可用空间中。光纤发送器将ECU的输出信号转化为光后进入免受射频搅扰的光纤并经过波导从挨近地板方位脱离混响室。用于测验的ECU,以及发送和接纳天线也坐落混响室内部,在本图中没有显现出来。

图1 配有形式调谐器(右)和光纤发送器(左)的混响室。天线和ECU没有在图中显现,但也是存在的。

  典型的测验办法是,抵达混响室外的信号被数据收集设备收集,并需求用户自界说软件来确认从ECU输出的CAN总线信号,传感器信号,或许PWM输出是否满意特定的需求。由于有许多信号需求测验,以及有许多测验规范,所以描绘测验方案中一切的测验需求的软件开发时刻和本钱将对错常绵长和贵重的。将示波器用于EMI测验范畴是一个相对来说未被广泛探究的办法,该办法能够将一个阵列的示波器放置于搅扰室外,运用多台示波器进行实时剖析。由于示波器现已标配了模板测验和参数门限测验才能,所以能够一次性直接履行许多测验需求,而不需求花费很多的软件开发时刻。

  图2 中,铜色的通往EMC搅扰室的外部的门坐落测验渠道的右侧。在左边,带着功用测验成果的橘黄色光纤中的光信号被转换为电信号后经过BNC线缆输入到示波器通道上。

  图2 在EMC搅扰室外用于抗搅扰数据动态剖析的示波器阵列

  示波器中的波形模板用于剖析相关于预界说的共同性需求的波形形状。模板的尺度取决于被测信号的功用规范,能够经过计算机在测验过程中进行主动化的调整。

  在下图3,4,5中,一台示波器正用于监控仿真ECU的输出。鉴于保密原因运用仿真数据,其能十分挨近的调查典型ECU的输出。通道1和通道2显现的是仿真的PWM信号,用于操控一个输出驱动履行器信号。仿真履行器信号被捕获在通道3上,CAN别离信号被捕获在通道4上。

  电磁兼容共同性测验

  下图3显现的是封闭模板后示波器收集到的数据信号,每个信号的波形形状能够被明晰的显现和调查。示波器根据通道2的边缘触发,一切4个波形一起被捕获。

图3 仿真的ECU输出信号包含通道1和2的PWM信号,通道3的履行驱动器输出信号,以及通道4的CAN别离信号

  下图4中,模板测验被翻开。模板的形状可用于验证信号高电平,信号低电平,频率,占空比,以及测验方案中描绘的其它规范规范。模板的厚度显现了标称值邻近的指定容限带。并且模板验证了每一个收集到的波形是否违背界说的标称值或许违背该标称值的百分比。本例中,每个波形都满意一切的测验规范。特别重要的是示波器能够运用预先界说好的模板规范持续的进行边缘触发,持续的监控是否有过错。示波器触发的规范是呈现在通道2的一个边缘,示波器能够被设置好用于辨认和归档每次呈现的过错。

图4 仿真的ECU输出信号,通道1和2显现的PWM信号,通道3显现的履行器驱动输出信号,通道4显现的CAN别离信号均在界说的容限模板内,经过模板测验规范

  图5中,仿真的ECU遭到了搅扰室内的EMI影响,导致了起伏调制,下降的起伏,以及占空比和频率的改变然后使得PWM信号和履行器驱动输出信号的模板测验失利。不像其它的三个信号,CAN别离信号没有遭到EMI的影响并持续经过测验。此类型的模板测验办法答应一起进行多种规范的快速测验。

图5 当施加EMI后,仿真的ECU输出PWM信号和履行器驱动输出信号均不能经过模板测验,示波器会提示操作人员有过错呈现

  除了波形模板测验以外,Pass/Fail限制测验也适用于参数,可用于保证丈量数值成果是否满意特定的规定值。如图5中的屏幕图形,示波器在测验规范下方运用赤色的“Fail”信息指示了三个失利。当模板测验或许参数限制测验失利事情发生后,示波器也可主动履行一些动作,比方保存波形数据用于直接比较和归档,保存屏幕图画用于归档和评价,发生一个脉冲信号用于辅佐主动化测验,以及宣布一个正告告诉测验操作员有问题呈现。

  定论

  虽然在抗搅扰测验中,示波器能够快速的履行用于确认EMC违背的参数丈量,但由于曩昔缺少注重和满意的示波器通道数量,在抗搅扰测验中示波器常常被忽视。典型的,参数成果的剖析需求开发用户自界说规划的软件,并且很可能需求用户自己规划硬件——这两者都是费时刻并且价格贵重的。但是,多台带有pass/fail模板和参数限值测验才能的示波器组合起来能够直接用于剖析各部件的传感器输出。

  在抗搅扰测验中,示波器阵列是用于验证传感器输出是否契合要求的潜在的最具性价比的办法,由于大部分功用能够运用示波器中现已具有的pass/fail模板和参数限值测验功用完结,相关于花费本钱自己开发数据收集软件履行相同严厉的EMI违背测验,EMC工程师能够节省下很多的时刻和精力。

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