使用數字示波器完成EMI預測試

伴隨著現代電子技術的發展，各種電子設備的集成度越來越高。大量高速總線和RF功能的引入，使設備本身產(chan) 生更多的電磁輻射問題。同時，由於(yu) 用戶對采購產(chan) 品的電磁兼容性要求越來越高，產(chan) 品設計工程師必須努力降低設計產(chan) 品的電磁幹擾（EMI）。各個(ge) 廠家也大量投入資金，對產(chan) 品進行EMC兼容性的測試和認證。

對於(yu) 通常的EMC設計和認證流程，一般可以分為(wei) 三個(ge) 階段，即產(chan) 品設計預測試（Pre-test），產(chan) 品預認證（Pre-compliance）和產(chan) 品認證（compliance test）階段。產(chan) 品認證涉及到嚴(yan) 格的標準和測試儀(yi) 器與(yu) 場地要求，很多公司在這一階段是通過第三方的專(zhuan) 業(ye) 實驗室完成的，在公司內(nei) 部隻進行預測試和預認證。傳(chuan) 統的設計流程是產(chan) 品設計完成後，交給產(chan) 品測試部門進行預認證。如發現問題，將產(chan) 品返回設計部門做相應的整改。但由於(yu) 這種整改往往需要調整電路的設計，甚至涉及PCB的調整，通常過程複雜、時間冗長、代價(jia) 高昂。設計人員希望在電路設計初期就能夠發現問題，及時修正，以避免日後的大量整改工作。但我們(men) 不得不麵臨(lin) 的一個(ge) 問題是，電磁兼容設備一般價(jia) 格不菲，為(wei) 每個(ge) 設計部門配備專(zhuan) 業(ye) 的電磁兼容測試設備投入很高。此外還有另一個(ge) 新出現的問題，隨著突發通信和高速總線的應用，一些EMI問題不再是持續產(chan) 生的現象，它的產(chan) 生通常和突發通信間隔及速率有關(guan) 。傳(chuan) 統的EMI接收機捕獲這些問題的能力有限。更重要的是，即時發現了在某一個(ge) 頻點存在這種間歇性的EMI問題，也無法為(wei) 設計人員提供足夠的信息來診斷產(chan) 生的原因。

麵臨(lin) 這些問題時，工程師會(hui) 想起zui常用的調試工具——示波器，如果示波器能夠提供EMI測試的功能，將極大地降低整體(ti) 的設計成本。如果還能夠提供一些EMI產(chan) 生原因的診斷信息，工程師的設計和整改流程將大幅加快。

但令人遺憾的是，目前市場中的絕大多數示波器無法勝任這樣的工作。雖然幾乎所有的示波器都具有FFT頻譜分析功能，但這樣的功能往往精度差、更新速率低、無法靈活設置，達不到EMI預測試的要求。

示波器的FFT功能不足主要有以下幾個(ge) 原因：首先，動態範圍不足。示波器的A/D一般是8位的，但實際能夠有效使用的位數（ENOB）往往不足6位，這種情況下無法準確測量微小的射頻信號。再加上模擬前端的大量噪聲，使得示波器的動態範圍隻有40～60dB左右。羅德與(yu) 施瓦茨公司（R&S）的RTO示波器具有全帶寬＞7bit的ENOB，配合射頻儀(yi) 器級別的模擬前端，噪聲隻有100uv以下。這就保證了RTO示波器可以提供*類產(chan) 品15～20dB的動態範圍。

其次，算法和功能實現問題。普通示波器沒有與(yu) 頻譜分析儀(yi) 類似的下變頻電路，無法設置中心頻率和分析範圍，RBW也無從(cong) 調整，所能看到的頻譜基本是示意性的。如果增加參與(yu) FFT計算的樣點，將極大降低頻譜更新的速度。R&S RTO示波器的FFT功能是硬件實現的。通過的數字下變頻器，用戶可以像其他頻譜儀(yi) 一樣設定中心頻率、分析範圍和RBW。由硬件實現的FFT運算快捷準確，不受其他功能和設置的影響，即使打開多種測量分析功能，頻譜更新速度依然不變。從(cong) 實時頻譜分析儀(yi) 中移植過來的多重重疊FFT算法，可以觀測到同類設備無法看到的邊帶信息，極大減少了波形漏失。RTO示波器的頻譜分析功能的另一個(ge) 重要特點是分析的速度及實時性。快速的頻譜更新保證了對偶發的EMI問題的捕獲和顯示。電路出現的任何電磁輻射問題都不會(hui) 逃過RTO示波器的FFT功能。配合*的頻率模板觸發功能和MSO功能，用戶可以設定一個(ge) EMI觸發條件，即在某個(ge) 或某段頻率內(nei) ，隻要出現EMI信號，示波器就能觸發並捕獲。此時不但可以看到EMI信號本身，配合連接到電路中的其他模擬和數字通道的時域信號，我們(men) 還可以分析出是何種原因導致了這個(ge) EMI事件的發生。例如高速USB接口的數據傳(chuan) 輸、2.4GHz射頻模塊的喚醒工作狀態等。

完成和EMI接收機類似的工作是使用示波器進行EMI預測試的一個(ge) 重要目的。RTO示波器可以提供和EMI接收機類似的測試界麵。通過MASK測試功能，我們(men) 可以設定一個(ge) 符合EN標準的模板，觀測整個(ge) 係統的EMI發射狀態是否滿足標準的要求。如參照歐盟針對信息技術設備的標準EN55015Q對被測產(chan) 品進行從(cong) 9kHz～30MHz的電磁輻射測試。

觀測EMI的必要工具是EMI探頭和預放大器。R&S公司擁有全套的電場磁場探頭，方便用戶探測各種芯片、電路和接口的EMI問題。外置預放大器帶寬可達3GHz，幫助用戶捕獲微小的EMI信號。

示波器是電子工程師zui常用的工具，如果使用它們(men) 做EMI預測試的工作，那麽(me) 示波器必須滿足高動態範圍、低雜散、高波形捕獲率和高速FFT計算能力等要求。通過使用模板測試功能，工程師還可以進行相關(guan) 標準的驗證以及偶發EMI的診斷。R&S公司的RTO示波器集公司多年的射頻、通信和數字設計的經驗於(yu) 一身，特別是EMC測試的經驗，采用ASIC電路，具有強大的EMI測試和診斷能力，是電子工程師的得力工具。