示波器可用于电磁干扰(EMI)排查？仍然不够确定？(第2部分) 电磁干扰, 示波器

Bazinga

在上一部分中，我们通过RTO强大的频谱分析功能展示了其在EMI排查方面的巨大潜力。RTO上面的一些新且强大的特性，如多重重叠的FFT算法、选通的FFT分析功能和频谱模板违规测试和捕获，所有的这些都能够给您的实际EMI调试诊断带来极大的便利性。
为了能够在实际调试中最大化地利用这些新特性，我们先来回顾一下工程师在排查EMI问题所面临的最常见的挑战，并探讨RTO示波器在这方面的测试分析能力。

1、骚扰信号往往小到mV级别

一般情况下，电磁干扰被捕获和分析的信号幅度往往在mV(1mV=60dBuV)级别。在该档位下，传统的示波器要么无法做到全带宽的测试，要么无法真实显示1mV/div的量程(依赖软件放大来达到1mV/div)。因此，为了捕获这些非常低振幅的信号，就要求示波器具有高灵敏度和高动态测量。



图1：这是一个使用近场探头捕获骚扰信号的典型案例。请注意左侧1mV/div设置下的放大画面。一个具有真实1mV/div量程的示波器才具有完整捕获这类微小信号的能力。
2、区分出无用的骚扰行为

为了了解被测件EMI的本质，需要在整个感兴趣的频段内判明EMI问题的总体分布，判断骚扰是由磁场还是电场产生、是宽带的骚扰还是窄带的骚扰。示波器的一个重要的特点是既能够在高到GHz级别的频段上进行捕获，了解被测件在宽带范围内的总体分布；又能够灵活地调整FFT的分析频跨方便对不同的宽带或窄带骚扰进行分析。




图2：上图：频谱跨度覆盖DC-1GHz；下图：频谱覆盖从125MHz到175MHz。EMI排查的典型做法一般是从宽带开始，特别是当故障频点位置未知的情况下，更显得尤为必要；当异常频点出现时，可以马上修改FFT的分析频跨以获得更好的分析效果。
3、捕获快速瞬变或间歇性的骚扰

某些类型的骚扰出现的频度很低或呈现间歇性，如因设计问题所引入的毛刺信号(图3)，电源开关切换，设备状态的变化(图4)或跳频信号的引入等。RTO示波器具有极高的波形捕获和后处理能力，并提供更好的触发架构来支持捕获这些间歇性的骚扰。




图3：这是由时钟信号上的一个偶发毛刺信号导致的瞬态骚扰(顶部：时域下的时钟信号；中部：针对毛刺信号出现区域的局部放大；底部：频谱)。毛刺信号引起了一个宽频带的频谱分布叠加在时钟信号的谐波频谱之上。
4、识别和关联骚扰的能力

通常情况下，EMI的排查会卡顿在某个瓶颈之下，这时你无法简单判断EMI辐射问题的根本原因。而如果此时能够将辐射骚扰关联到模拟或数字信号上面，或者借助时域中的协议分析进行根源分析排查将会加快调试进程。而示波器能够让你轻松地触发特定总线信号，并观察因设备特定状态切换导致的间歇性辐射。同样的，对于因电源状态切换导致的意料之外的辐射骚扰也能够被测量出来。

以下图4为例，被测件的EMI事件只发生在CAN总线进行通讯的特定时刻。这种情况下，你可以通过选通的FFT功能关联时域和频谱信号，通过选通窗口沿着波形轨迹移动来推断辐射骚扰所对应的特定CAN总线传输信号。



图4：顶部：时域中的CAN总线信号；中间：CAN总线协议解码；左下：完整时域信号的频谱；右下：选通窗口部分所对应的频谱。右边的频谱对应的是白色选通窗口中时域波形，该时刻下没有CAN信号传输。左下的频谱则在50MHz频段处观察到了噪杂的辐射骚扰。



在以上的内容里，我们仅仅是讨论了现代示波器进行EMI调试诊断的一小部分案例。在接下来的文章中，我们将深入探讨EMI调试设置：从近场探头的选择处理、相关信号的捕获和对辐射骚扰的分析。