EMI輻射干擾用示波器測試的方法有哪些

手機，藍牙耳機，衛星廣播，AM/FM廣播、無線互聯網、雷達和無數其他潛在電磁干擾源發射的電磁波混合在現實世界中。為了確保汽車中的電子元件仍然穩定有效，它們需要在受控環境中進行EMI測試。

輻射抗擾室是一個理想的完全密封的傳導空間EMI測試環境，因為它可以完全控制空間中產生的電磁場的頻率、方向和波長。此外，由于電磁場不能進入封閉空間，抗干擾室測試的汽車部件在測試過程中可以接收到準確、高度可控的電磁波。同時，電磁波不能離開干擾室。用于測試的測量儀器和在抗干擾室外控制的工程師可以避免干擾室內產生的強電磁波損壞。

現代汽車包含數百個電子電路，以實現與安全、娛樂和舒適相關的各種功能。這些汽車電子部件，也被稱為電子控制單元（ECU），必須嚴格EMI干擾標準。

電磁干擾室配置

在電磁干擾室內，典型的設備級抗干擾試驗設置包括測量的電子控制單元（ECU），電線束，以及模擬器，包際或等效的電子負載，以及一系列外圍設備，以代表汽車電子控制單元（ECU）接口；傳輸和接收天線用于產生高場強電磁波；模式調諧器被放置在干擾室中，以改變空間的幾何形狀，以創建測試所需的電磁場效應。汽車電子控制單元（ECU）在預設模式下運行并暴露于電磁干擾場。

在接觸干擾源的過程中，通過監控汽車電子控制單元，監控汽車電子控制單元（ECU）響應驗證其是否超過允許的容量。對大多數人來說RF對于干擾測試，需要通過逐漸調整干擾源的范圍來確定設備的抗干擾閾值，直到汽車電子控制單元（ECU）確定功能偏離的方法。

測試的汽車電子控制單元（ECU）要嚴格ISO(標準化國際組織)規則、汽車制造商和汽車電子控制單位（ECU）零部件供應商之間的需求。由于每個電子部件對電磁場的抗干擾能力有輕微差異，因此檢測與可接受標準之間的性能偏差，以及決定這些值何時超過測試計劃規則EMI測試工程師的任務和職責。

在EMI在測試過程中確定了汽車電子控制單元（ECU）是否仍然正常工作的方法是讓它通過ECU輸出端口如CAN總線輸出其工作狀態。ECU輸出還包括模擬傳感器輸出和脈沖寬度調制輸出驅動執行器。

場的強度及考慮

ISO/IEC61000-4-21中描述的輻射（RF）抗干擾試驗中使用的場強度和頻率類型是一個典型的例子。它使用包含機械模式調諧器的混響室。當在給定的測試頻率下獲得足夠的調諧器位置時，混響室的可用空間產生測試頻率范圍為0.4~3GHz，場強高達200V/m（CM和AM）以及600V/m(雷達脈沖)均勻場。

另一個示例，ISO11452-4RF在抗干擾試驗中，一個嵌入式電流注入探頭用于誘導RF電流進入DUT頻率范圍為1-400MHz，電平的范圍是幾十到幾百mA，這樣就可以在測試平臺附近創造足夠強大的場地，影響非屏蔽設備的運行。這種測試環境避免了從測試儀器到測試設置的直接連接。

一個挑戰是汽車電子控制單元（ECU）輸出數據來自與測試區域隔離的封閉空間。測試儀器和測試人員位于封閉空間外，因此必須有一種方法將封閉空間產生的數據傳輸到封閉空間外進行分析。因為傳統的電纜，如BNC或SMA電纜本身是導電的，容易受到干擾室內電磁波的影響。因此，需要使用光發送和接收單元以及光纖干擾室內部ECU發送的信號傳輸到位于干擾室外的測試設備。光纖是非導體的，因此不會受到干擾室內電磁場的影響。為了將電纜從干擾室內部連接到測試設備，使用波導管在干擾室邊界輸出光信號，從而允許干擾室進入ECU在信號輸出期間，它仍然完全關閉。光纖波導頻率高于干擾室測試的頻率范圍，因此不會干擾干擾室內創建的環境。

電磁干擾試驗設備設置

下圖1是在封閉干擾室（當發送天線關閉時）空間中拍攝的一張實際設置的圖片。模式調諧器位于干擾室的右側，在干擾室的左側有一個CAN總線光纖發射器放置在泡沫平臺上，相對介電常數為1.4.位于混響室的可用空間。光纖發射器將使用ECU輸出信號轉化為光，進入光纖，不受射頻干擾，通過波導離開混響室。用于測試的ECU，而且發送和接收天線也位于混響室內，沒有顯示在此圖中。

圖1配有模式調諧器(右)和光纖發射器(左)的混響室。天線和天線ECU圖中沒有顯示，但也存在。

典型的測試方法是通過數據采集設備采集到達混響室外的信號，用戶需要定制軟件來確定ECU輸出的CAN總線信號，傳感器信號，或PWM輸出是否滿足特定要求。描述測試計劃中所有測試需求的軟件開發時間和成本將非常長且昂貴，因為有許多信號需要測試，并且有許多測試標準。使用示波器EMI測試領域是一種相對不被廣泛探索的方法，可以將一個陣列示波器放置在干擾室外，并使用多個示波器進行實時分析。由于示波器標準配備了模板測試和參數門限制測試能力，因此它可以在不花費大量軟件開發時間的情況下直接執行許多測試需求。

圖2中，銅色的通向EMC干擾室外的門位于測試平臺的右側。在左側，橙色光纖中的光信號通過功能測試結果轉換為電信號BNC在示波器通道上輸入電纜。

圖2在EMC示波器陣列用于抗干擾數據的動態分析

示波器中的波形模板用于分析相對于預定義的一致性要求的波形形狀。根據測量信號的功能標準，模板的尺寸可以通過計算機在測試過程中自動調整。

在下圖3、4、5中，一個示波器用于監控模擬ECU輸出。鑒于使用模擬數據的保密原因，它可以非常接近典型的觀察ECU輸出。通道1和通道2顯示模擬PWM用于控制輸出驅動執行器信號的信號。在通道3上捕獲模擬執行器信號，CAN在通道4上捕獲分離信號。

電磁兼容一致性試驗

下圖3顯示了關閉模板后由示波器收集的數據信號，可以清晰地顯示和觀察每個信號的波形形狀。示波器基于通道2的邊緣觸發，同時捕獲所有四個波形。

圖3 仿真的ECU輸出信號包括通道1和2的PWM信號，通道3的執行驅動器輸出信號，以及通道4的CAN分離信號

在下圖4中，模板測試被打開。模板的形狀可用于驗證測試計劃中描述的高信號水平、低信號水平、頻率、占空比和其他規格和標準。模板的厚度顯示了標稱值附近的指定容量帶。模板驗證了收集到的每個波形是否偏離了標稱值或標稱值的百分比。在這個例子中，每個波形都符合所有的測試標準。特別重要的是，示波器可以使用預定義的模板標準連續觸發邊緣，并連續監控是否有錯誤。示波器觸發的標準出現在通道2的邊緣，可以設置為識別和歸檔錯誤。

圖4 仿真的ECU輸出信號，通道1和2顯示的PWM信號，通道3顯示的執行器驅動輸出信號，通道4顯示的CAN分離信號均在定義的容限模板內，通過模板測試標準

圖5中，ECU室內干擾EMI其影響導致振幅調制、振幅降低、占空比和頻率的變化PWM由執行器驅動輸出信號的模板測試失敗。與其他三個信號不同，CAN未接收分離信號EMI影響并繼續通過測試。這種模板測試方法允許同時進行各種標準的快速測試。

圖5 當施加EMI后，仿真的ECU輸出PWM信號和執行器驅動輸出信號均不能通過模板測試，示波器會提示操作人員有錯誤出現

除波形模板測試外，Pass/Fail限定測試也適用于參數，以確保測量值結果是否符合特定的規定值。如圖5所示，示波器在測試標準下使用紅色“Fail”信息顯示了三個失敗。當模板測試或參數限制測試失敗時，示波器也可以自動執行一些動作，如保存波形數據進行直接比較和歸檔，保存屏幕圖像進行歸檔和評估，產生脈沖信號進行輔助自動測試，并向測試操作員發出警告。

結論

雖然在抗干擾試驗中，示波器可以快速執行以確定EMC偏離參數測量，但由于過去缺乏關注和足夠的示波器通道數量，示波器在抗干擾測試中經常被忽略。通常，參數結果的分析需要開發用戶自定義設計的軟件，而且可能需要用戶自己設計硬件——這兩者都是耗時和昂貴的。然而，許多都有pass/fail模板與參數限值測試能力的示波器可直接用于分析各部件的傳感器輸出。

在抗干擾測試中，示波器陣列是驗證傳感器輸出是否符合要求的最具成本效益的方法，因為大多數功能可以在示波器中使用pass/fail完成模板和參數限值測試功能，與開發自己的數據采集軟件的成本相比同樣嚴格EMI偏離測試，EMC工程師可以節省大量的時間和精力。