传导发射(传导电磁干扰)测量可重复性的分析

pwm

获得电磁兼容（ＥＭＣ）测试的可重复性对于比较不同测试结果是很重要的。所以，为统一规范，很多标准试图去定义模型。但是，一个标准既能够适用于不同类型的设备，又要适用于各种可能性是非常困难的，况且前后有矛盾也经常出现。此外，当试图在设计阶段比较不同设计方案的有效性时，经常进行快速的，有时是部分的测试。在这些情况下，重复性差就成了一个更突出的问题。在这些条件下，比较从两种方案中获得的结果可能会使人费解，因为要区分变化是由设计改变引起的还是其它因素引起的是非常困难的。       人们通常认为，只有在辐射发射测量时才会分析可重复性差这个问题。然而，事实上，可重复性问题在传导发射测量时也需要考虑。本文再次回顾了那些被认为是降低传导发射可重复性以及导致同一设备后续测试结果之间的差值大于２０ｄＢ的现实情况。明确产生这一问题的原因将促使各行业采用改善可重复性的测量方案。 １ 测试方法   我们设计了一系列的使用实际原型的测量方法来阐述实际情况中的可重复性问题，并说明这些问题并不仅仅是人们想象中的，也不仅仅发生在特定的环境中。   ＥＮ５５０２２：１９９８是一个用于电磁发射测量的标准，它给出了传导发射测试中的设备布置。其仪器包括线性阻抗稳定网络（ＬＩＳＮ）Ｅlectro-Metrix ANS-25/2、Ｔektronix EM-7600/TRL-30瞬态限幅器、Ｔektronix EM-7600/TRL-30预选滤波器、Ｔektronix2712频谱分析仪，以及可自动获取测量结果的自开发软件。每个仪器都由其制造商的技术服务部门进行校准。并且，实验室有ＥＮ５５０２２：１９９８中所描述的垂直和水平接地参考面。有了这两个接地面就可以知道影响测试结果的因素是装置中的变化了。   待测设备（ＤＵＴ）是一个基于开关电源的面板温度计。这种设备的噪音非常大（由于开关电源的存在），但却被经常使用。能做测试的这种原型可使用不同的结构和状态来配置，以突出经常会遇到的一些问题。虽然此ＤＵＴ是一个未被校准的任意分布的源，但是以往的试验表明，用它来做本文所述的可重复性分析是足够稳定的了。   这个温度计装了一个热电偶作为温度传感器。制造商没有对热电偶的长度和电源电缆作出任何的限制。这种任意性使得研究人员可以探知电缆的变化是如何影响测试结果的。   这个原型可以置于塑料外壳（此时不需要设备接地连接）内，也可以置于带有用户可拆装部件（它为装置提供了地线）的盒子内。 ２ 变化的主要原因   有人也许会认为，只要仔细阅读ＥＮ５５０２２：１９９８，并且按照它的要求去做，就一定能消除由测试装置产生的测试结果的变化。然而，即使标准建立了一套测试方法，但它仍然只能是一个简要的描述。还是有些方面不能够被充分地定义，从而导致了不同的理解。有一点是很重要的，那就是我们应该意识到一个为所有产品所设计的一般标准不能符合更具体的要求。   在进行预符合测试的时候，如果不小心谨慎的话，还会加剧可重复性问题。为了近拟装置的发射电平和综合各种必须的修正，预符合测试一般在多个设计阶段的原型上进行。由于这些测试的目的是要获得快速的（尽管是近似的）结果来比较不同的设计，所以它们往往会在明知并不完全符合标准要求的测试条件下进行。在这种条件下，意识到忽略标准的部分内容将如何影响测量结果是非常重要的。   事实上，测试之间的差异可以归咎于测试装置本身的变化，或者直接与ＤＵＴ相关的变化，即由设备、电源及其它电缆的位置引起的变化。
３ 变化之一：装置   进行传导电磁干扰（ＥＭＩ）测量的大多数装置是基于一个高８０cm的非金属转台上的垂直参考面和水平参考面的。根据标准关于距离的说明，这个装置使测试可以在台式或者立式的设备上进行。然而，其位置以及ＬＩＳＮ如何连接并没有精确地定义，这正是装置本身引起变化的主要来源。   一些自己可以进行测试的公司把ＥＭＣ测试设备看成一个辅助实验室，它仅在需要时才建立起来，而不象公司里其它实验室中的装置是固定的。在这种暂时的条件下，两次测试中的装置必然会有一些变化，这就使得实际中要为保证重复性而提供所需的不变条件是不可能的。   为了阐明这将如何影响位置和ＬＩＳＮ的地线连接，我们来看看两种不同的布置。在第一种布置中，ＬＩＳＮ放在测试台上，用一根横截面积为１平方毫米、长度为１米的电缆与垂直面相连。在第二种布置中，ＬＩＳＮ放在地面上，并与水平面可靠连接。在两种情况中，ＤＵＴ均放置在离垂直面４０厘米的地方，热电偶导线拉直并与该面平行。   两个实验所获得结果如图１所示。为了更容易地比较这些结果，图１还包括了这样一幅图，它示出了两次实验室中所测得电平的包络。高频范围的重大差别是由于ＬＩＳＮ接地线的电感的不同。此外，ＬＩＳＮ相对于接地面位置的变化及电容耦合是１ＭＨｚ以下频段测试结果变化的原因。   为了避免这些问题，ＬＩＳＮ通常放置在水平面上，其外壳也与该平面相连。这一连接的电感可以通过使用一根扁铜编织带或金属支架来降低，这样，ＬＩＳＮ和平面之间的电连接就会有最大的可允许的表面面积。而且，支架还可以将ＬＩＳＮ牢牢地固定住，防止从这次测试到下次测试，其位置又发生变化。
	图１由测试装置变化而引起测量结果的变化举例
４ 变化之二：设备的位置   和ＤＵＴ相关的变化产生的主要原因是设备与垂直参考面的距离。这一点对于没有地线连接的设备来说是至关重要的，由于其发射电平依赖于ＤＵＴ与接地平面之间的电容。为了解决这个问题，标准清楚地写道，设备必须放置在距垂直平面４０厘米处。下面的实验证明了不符合这个条件将会带来什么样的影响。然后，传感器和垂直平面之间的距离发生了变化。图３示出了当距离分别为２０、４０和６０厘米时得到的结果。在每种情况下，均使用长度为0.8米的电源电缆。图３中的曲线描述了ＤＵＴ与垂直平面之间的距离对低频段（１５０ＫＨｚ至１ＭＨｚ）的影响情况。 ＤＵＴ的位置同样也会影响变化。对于外壳仅由一种材料（无论是不是导体）制成的小型设备，ＤＵＴ位置的关系不很重要。然而，对于带有金属表面和非导电平面的外壳的大型设备，设备与参考面间距离的变化将会导致各次测试之间的差异。

图3 EUT与垂直面间距离的改变导致的差异
为了重新生成至少带有一个金属表面的设备的测试结果，我们将原型放置在铝二面角之中。这一装置类似于将设备置于一个只有底面和后部的各侧面是金属的外壳中。这些侧面应该接地。这样，铝二面角中还应加入地线连接。   这一装置很容易比较金属侧面距垂直面最近和设备颠倒过来、金属侧面与垂直面最远两种情况下的读数。在这两种情况下，被大部分封装起来的ＤＵＴ的一部分被放置在距平面４０厘米处。图５示出了在两种情况下获得的结果。在１ＭＨｚ以下频率范围的变化是由两种情形中电容耦合的不同而引起的。
图5 DUT位置的不同导致的差异
５ 变化之三：电源电缆   ＤＵＴ的电源是变化的主要来源，尤其是在高频段。与参考平面相比，电源电缆的位置在测试中可导致很大的差异。电缆的随意和不小心的布置（例如，电缆悬挂下来接触到了参考平面）能降低可重复性。可将电缆按照标准中规定的距离放置，或者记下它们的精确位置（例如，拍照片）以给后来的测试作标准，就能很容易地纠正这些影响。
		图６ 将电缆折叠成无电感的不同方法
然而，即使十分严格地按照标准中的规范来做，电缆的长度及其折叠方式仍然可能引起测试结果的变化。标准推荐使用８０厘米长的电缆。如果超过了这一长度，则应照标准将多余的这段以一种无电感的方式折叠起来。但是，就算按照这些要求去做，电缆的长度及其折叠方式仍然会影响可重复性，因为电缆可以按多种方式折叠成无电感（参见图６）。图７、８和９中的曲线比较了电缆长度为0.8米时获得的结果以及一根５米长的电缆按不同方式折叠起来所得到的结果。电缆长度的影响主要表现在５ＭＨｚ以上，它甚至能够导致某些情况下差别大于２５ｄＢ。
图７ 利用电源电缆长度为0.8米的测量	图 ８５米长的电源电缆被折         叠成了有电感的测量	图９ ５米长的电源电缆被折            叠成了无电感的测量
６ 变化之四：其它电缆   对于包含不同电缆类型（连接各种子系统或者提供来自于传感器的信号）的设备来说，必要的电缆长度和布置方法也许并不清楚。标准中规定，其长度和布置应能再现实际操作环境。这通常是不现实的，因为要重现实际条件是不可能的，或者说可能的条件太多了。
为说明电缆位置的重要性，我们将两种情况下的测试结果进行比较。第一种情况是温度传感器的１米长电缆距离垂直面４０厘米远且平行于垂直面放置；第二种情况是将电缆盘绕成一个直径为１０厘米的螺旋。   虽然直流信号在温度传感器的导线内传送不会产生任何发射问题，但是导线会成为其它无用信号的来源，它相对于参考平面位置的变化会改变设备和这个平面之间的耦合，因而也会改变发射电平的测试结果。而且，电缆的盘绕会改变它对高频信号的阻抗，从而改变了设备电流的分布。图１０示出了电缆拉直和盘绕两种情况下获得的读数。
		图１０ 温度传感器导线位置不同导致的差异
当标准没有清楚地定义出电缆的精确位置时，可通过定义测试期间电缆的布置来减少测试结果的变化。标准中定义的要求必须满足，但也需要作出一些调整，形成一个测试基准来说明规定得不清楚的区域。在定义电缆布置的时候，应努力解决可以容易地再现的最糟糕的情况，还需要对电缆的分布作出清楚、精确的记录。 ７ 结论   传导发射测试装置中的微小变化会引起测量读数的大量变化，尤其是在高频段。从这里所描述的实验中获得的结果表明，这些变化在实际中很容易产生，并每天都如此。人为因素产生的错误和标准中要求的宽松是导致这些测试可重复性差的两个主要原因。 人为的错误可以通过周密地计划所有的测试、密切注意标准中规定的测试装置的位置要求来减至最少。至于那些标准中没有明确定义的地方，测试结果的变化要通过限制电缆长度和布置，如详细说明ＤＵＴ相对于地面的位置，来减至最少。为了保证测试的可重复性，测试报告中应详细写明这些情况。

xyz

EMC难确定