EMI辐射干扰?用示波器就能测!

>2019-05-19 17:09:31 来源:互联网
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示波器用于EMI测试领域是一个相对来说未被普遍探究的办法,该办法可以或许或许将一个阵列的示波器放置于干扰室外,应用多台示波器停止实时阐发,测试设置和最佳实践。
 
引言
手机,蓝牙耳机,卫星广播,AM/FM广播,无线因特网,雷达,和其它不计其数的潜在电磁干扰源发射出的电磁波混杂在真实世界中,为了确保汽车内的电子元器件仍旧持重和有用,它咱咱们必要在一个受控环境中停止EMI干扰测试。
 
辐射抗扰室是一个完全密封的传导空间,是一个抱负的EMI测试环境,因为它可以或许或许完全节制空间中发生的电磁场的频率,偏向,波长。而且因为电磁场无法进入密闭的空间,在抗扰室测试的汽车部件在测试过程中可以或许或许接收精确且高度可控的电磁波。同时,电磁波也无法离开干扰室,用于测试的测量仪器和在抗扰室外操控的工程师可以或许或许免于遭到干扰室内发生的强电磁波的伤害。
 
现代汽车包含成百上千个电子电路以实现平安、娱乐和舒适相干的各种各样的功效。这些汽车电子部件,也被称为电子节制单位(ECU),必需称心严厉的EMI干扰模范。
 
电磁干扰室设置设备摆设
在电磁干扰室内部,典型的器件级抗干扰测试设置包含被测的电子节制单位(ECU),电线束,和包含实际或许等效电子负载的仿真器,另有一系列外设以代表汽车电子节制单位(ECU)的接口;发送和接收天线用于发生高场强的电磁波;另有情势调谐器被放置于干扰室来改变空间的几何尺寸,以创造测试中必要的电磁场效果。汽车电子节制单位(ECU)在预设情势下运行并暴露在电磁干扰场中。
 
在暴露于干扰源的过程中,颠末过程监控汽车电子节制单位(ECU)的相应来验证其是否超出允许的容限。对付大多数RF干扰测试,与计划的偏离检测必要确定器件抗干扰阈值,该值是颠末过程逐渐调剂干扰源的幅度直到汽车电子节制单位(ECU)的功效出现偏离的办法而确定的。
 
被测的汽车电子节制单位(ECU)必要相符严厉的ISO(模范化国际构造)规矩,和汽车厂商和汽车电子节制单位(ECU)部件供给商之间杀青的必要。因为每个电子部件对付电磁场的抗干扰能力会有轻微的差异,检测与可接收模范间的机能偏离,和决定这些值什么时候超出测试计划规矩,是履行EMI测试工程师的任务和任务。
 
在EMI测试过程中确定汽车电子节制单位(ECU)是否仍旧正常工作的办法是让其颠末过程ECU的输入端口如CAN总线输入它的工作状况。其它的ECU输入也包含模拟传感器输入,和驱动履行器的脉冲宽度调制输入。
 
场的强度及考虑
ISO/IEC61000-4-21中描述的辐射RF抗干扰测试中应用的场强和频率范例是一个典型的示例,它应用了一个包含机械情势调谐器的混响室,当在一个给定的测试频率下足够多的调谐器地位被获得时,混响室可用空间发生一个测试频率规模在0.4~3GHz、场强高达200 V/m(CM和AM)和600 V/m(雷达脉冲)的均匀场。
 
另外一个示例,ISO 11452-4中描述的传导RF抗干扰测试中应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,从而可以或许或许在测试平台附近创造出足够强的场以影响非屏蔽设备的运作。如许的测试环境防止了测试仪器到测试设置的间接衔接。
 
面对的一个挑衅是汽车电子节制单位(ECU)的输入数据来自于一个封闭空间,这个空间与测试地区隔离,测试仪器和测试职员位于封闭空间之外,所以必必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阐发。因为传统的线缆如BNC或SMA线缆自己是可导电的而且容易遭到来自于干扰室内部的电磁波的影响,因此光发送和接收单位和光纤必要被用来将干扰室内部的ECU收回的信号传送到位于干扰室内部的测试设备。光纤是非导体所以不会遭到干扰室内的电磁场的影响。为了将线缆从干扰室内部衔接到测试设备上,在干扰室界限处波导管被用来输入光信号,从而允许干扰室在将ECU的信号输入时仍旧对峙完全的封闭。光纤波导拥有一个高通停止频率,该频率高于在干扰室中测试的频率规模,因此不会对干扰室中所创造的环境发生干扰。
 
电磁干扰测试设备设置
下图1是一个用于抗干扰测试中偏移探测的实际设置,在密闭干扰室(发送天线处于关闭状况时)空间中拍摄的图片。情势调谐器位于干扰室的右侧,干扰室的左侧有一个CAN总线光纤发送器,放置于泡沫平台上,该平台的相对介电常数< 1.4且位于混响室的可用空间中。光纤发送器将ECU的输入信号转化为光后进入免受射频干扰的光纤并颠末过程波导从接近地板地位离开混响室。用于测试的ECU,和发送和接收天线也位于混响室内部,在本图中没有显示进去。
 
图1:配有情势调谐器(右)和光纤发送器(左)的混响室。天线和ECU没有在图中显示,但也是存在的。
 
典型的测试办法是,到达混响室外的信号被数据收集设备收集,并必要用户自定义软件来确定从ECU输入的CAN总线信号,传感器信号,或许PWM输入是否称心特定的必要。因为有很多信号必要测试,和有很多测试模范,所以描述测试计划中统统的测试必要的软件开拓光阴和本钱将是非常漫长和昂贵的。将示波器用于EMI测试领域是一个相对来说未被普遍探究的办法,该办法可以或许或许将一个阵列的示波器放置于干扰室外,应用多台示波器停止实时阐发。因为示波器已经标配了模板测试和参数门限测试能力,所以可以或许或许一次性间接履行很多测试必要,而不必要花费大批的软件开拓光阴。
 
图2 中,铜色的通往EMC干扰室的内部的门位于测试平台的右侧。在左侧,携带功效测试结果的橘黄色光纤中的光信号被转换为电信号后颠末过程BNC线缆输入到示波器通道上。
 
图2:在EMC干扰室外用于抗干扰数据静态阐发的示波器阵列
 
示波器中的波形模板用于阐发相对付预定义的同等性必要的波形形状。模板的尺寸取决于被测信号的功效模范,可以或许或许颠末过程计算机在测试过程中停止主动化的调剂。
 
在下图3,4,5中,一台示波器正用于监控仿真ECU的输入。鉴于窃密原因应用仿真数据,其能非常接近的观察典型ECU的输入。通道1和通道2显示的是仿真的PWM信号,用于节制一个输入驱动履行器信号。仿真履行器信号被捕获在通道3上,CAN分离信号被捕获在通道4上。
 
电磁兼容同等性测试
下图3显示的是关闭模板后示波器收集到的数据信号,每个信号的波形形状可以或许或许被清楚的显示和观察。示波器基于通道2的边沿触发,统统4个波形同时被捕获。
 
图3:仿真的ECU输入信号包含通道1和2的PWM信号,通道3的履行驱动器输入信号,和通道4的CAN分离信号
 
下图4中,模板测试被打开。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,和测试计划中描述的其它规格模范。模板的厚度显示了标称值附近的指定容限带。而且模板验证了每个收集到的波形是否偏离定义的标称值或许偏离该标称值的百分比。本例中,每个波形都称心统统的测试模范。分外重要的是示波器可以或许或许应用预先定义好的模板模范持续的停止边沿触发,持续的监控是否有错误。示波器触发的模范是出如今通道2的一个边沿,示波器可以或许或许被设置好用于辨认和归档每次出现的错误。
 
图4:仿真的ECU输入信号,通道1和2显示的PWM信号,通道3显示的履行器驱动输入信号,通道4显示的CAN分离信号均在定义的容限模板内,颠末过程模板测试模范
 
图5中,仿真的ECU遭到了干扰室内的EMI影响,导致了幅度调制,低落的幅度,和占空比和频率的变更从而使得PWM信号和履行器驱动输入信号的模板测试失败。不像其它的三个信号,CAN分离信号没有遭到EMI的影响并持续颠末过程测试。此范例的模板测试办法允许同时停止多种模范的疾速测试。
 
图5:当施加EMI后,仿真的ECU输入PWM信号和履行器驱动输入信号均不能颠末过程模板测试,示波器会提醒操纵职员有错误出现
 
除了波形模板测试以外,Pass/Fail限定测试也适用于参数,可用于确保测量数值结果是否称心特定的规定值。如图5中的屏幕图形,示波器在测试模范下方应用赤色的“Fail”信息指示了三个失败。当模板测试或许参数限定测试失败事件发生后,示波器也可主动履行一些举动,比如保留波形数据用于间接比较和归档,保留屏幕图像用于归档和评估,发生一个脉冲信号用于辅助主动化测试,和收回一个警告通知测试操纵员有成就出现。
 
结论
虽然在抗干扰测试中,示波器可以或许或许疾速的履行用于确定EMC偏离的参数测量,但因为曩昔缺乏看重和足够的示波器通道数目,在抗干扰测试中示波器经常被忽视。典型的,参数结果的阐发必要开拓用户自定义设计的软件,而且很可能必要用户自己设计硬件——这两者都是费光阴而且价钱昂贵的。然而,多台带有pass/fail模板和参数限值测试能力的示波器组合起来可以或许或许间接用于阐发各部件的传感器输入。
 
在抗干扰测试中,示波器阵列是用于验证传感器输入是否相符请求的潜在的最具性价比的办法,因为大部分功效可应用示波器中已经具有的pass/fail模板和参数限值测试功效实现,相对付花费本钱自己开拓数据收集软件履行同样严厉的EMI偏离测试,EMC工程师可以或许或许节省下大批的光阴和精力。
 
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