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利用加速时域扫描功能加快EMC合规测试的速度

Paris Akhshi, PhD, Keysight Technologies

今天，快节奏的商业环境和开发周期使得具有稿测试效率、高吞吐量和精确测量的电磁兼容（EMC）测量设施成为当务之急。EMC测试必须满足EMC监管机构制定的严格规范标准，如国际无线电干扰委员会（CISPR）和军事标准，如MIL-STD-461。

EMC测试确保设备将按照设计运行，不会发出可能影响其他设备性能的辐射。EMC测试需要详细和严格的方法，以确保准确测量所有的辐射。然而，漫长的测试时间减少了测试设施的可用性，限制了可以认证的设备数量，减少了测试服务获得的收入。为在不增加新的测试点的情况下增加收入，需要简化EMC产品测试周期——设置、扫描、转台旋转和天线高度调整时间，以增加现有测试设施的吞吐量。

时域扫描缩短测试时间

为了确保脉冲信号得到正确的表征，商业和军事测试标准要求对每个信号进行特定的测量或驻留一定时间。在频域测试时，必须在单个分辨率带宽内收集数据。使用时域扫描（TDS）技术通过减少接收机的扫描时间来缩短整个测试周期，同时满足要求的驻留时间。通过TDS，快速傅里叶变换（FFT）同时分析一系列频率的发射，覆盖多个分辨率带宽，以减少接收机的扫描时间（见图1）。TDS的FFT采集带宽可以从1Hz到10MHz以上，远远超过CISPR和军事标准要求的分辨率带宽。接收及获取数据后，立即将其处理为适当的监管带宽，以确保测量符合监管要求。

图1 频域扫描依次测量单个分辨率带宽（a），而时域扫描在FFT采集带宽内测量多个分辨率带宽（b）。

比较这两种技术，频域扫描要求接收机在每次测量所需的分辨率带宽上停留。TDS通过对FFT采集带宽内的所有数据应用一次监管停留时间来节省测量时间。使用TDS可以节省时间，因为更宽的采集带宽需要更少的频率步骤来覆盖整个感兴趣的频段，这与步进式频域扫描不同。本地振荡器（LO）频率随每一频率步长而变化：步长越少，LO重锁时间越短。

计算FFT通常需要超过90%的高重叠度，以实现准确的幅度测量。与频域扫描仪不同，由于中频（IF）效应，TDS接收机的幅度精度随频率波动，必须保持在规范要求之内。时域中高度的FFT重叠确保了对脉冲信号的精确测量。

TDS的采集带宽必须考虑到微波和射频预选器的带宽。预选器滤波器在测量脉冲性信号时改善了接收机第一混频器的动态范围。TDS通过调整整个FFT采集带宽的幅度与频率响应来补偿预选器的边带响应。另外，最大FFT采集带宽可以减小，这样FFT幅度与频率的影响就不会明显改变预选器的幅度与频率响应。

加速的时域扫描进一步提高了吞吐量

高性能电磁干扰（EMI）接收机的进步使单个FFT采集的带宽在标准TDS中可达59MHz，在加速TDS中可达350MHz（见图2）。每个FFT采集的最大带宽可以根据混频器输出的中频滤波器来确定。对于标准和加速的TDS，中频可以实现可选择的中频带宽，最高可达350 MHz。高性能的模数转换器（ADC）可以对中频信号进行大带宽数字化处理。短时间FFT（STFFT）处理器可以在一次采集中分析多达16000个频率点，以支持宽FFT跨度，这比传统的EMI接收机好得多。

图2 高性能的EMI接收机

加速TDS在每次FFT采集中访问高达350MHz的带宽，以显著提高测试吞吐量。举例来说，非加速TDS通常需要大约25次FFT采集来扫描30MHz和1GHz之间的CISPR频段C/D，这比传统的步进式扫描快得多。加速TDS通常在相同的频率范围内不需要超过三次采集，并允许比传统TDS的扫描速度快8倍。

在EMC测试实验室中，预扫描辐射发射需要相当长的时间才能进行最终的一致性测量。加速TDS减少了每个被测设备（DUT）的这种预扫描测量时间。例如，带有加速TDS的EMI接收机可以将扫描时间减少到30秒以内，这比步进式扫描时间快5000倍以上（见表1）。此外，加速TDS可以在实时扫描测量过程中比传统方法增加数据采集带宽，在一个片段中分析高达350 MHz的数据频谱，以进行准确的EMC诊断。

最大限度地发挥测量潜力

在容量有限的测试设施中，TDS通过减少整个测量时间，显著提高了吞吐量，为引进新产品和创造额外收入提供了机会。加速TDS可以实现更快的测量，进一步减少EMC测试时间，以认证更多的设备，加快新产品上市的速度。

成功的电磁兼容性测试工具能够在更短的时间内实现更多的测量，同时确保符合EMI标准。一个提供标准和加速TDS功能的EMI接收机和诊断信号分析仪为测试实验室提供了这种能力。加速TDS在测量脉冲重复频率（PRF）≥10 Hz和带宽为350 MHz的信号时提供最快的吞吐量。这些能力提高了吞吐量，即使面对最具挑战性的低占空比EMI问题。一个准确的、可重复的和可靠的EMI接收机确保了在实验室和工作台上测试的信心。

表1 测试时间对比