EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 1AWTS 2009EMI 测试吞吐率EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 2提纲EMI 测试概述 EMI 测试吞吐率接收机对EMI 测试吞吐率的影响安捷伦EMI 接收机简介EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 3EMC 测试概述¾按内容分类抗扰度(EMS)测试 电磁骚扰发射(EMI)测试¾按目的分类预兼容测试 全兼容测试辐射发射(RE)传导发射(CE)传导抗扰度(CS)辐射抗扰度(RS)电磁兼容(EMC): 设备或系统在其电磁环境中能正常工作，且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。

--GB/T 4365EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 4电磁骚扰发射(EMI)测试¾辐射发射(RE)磁场(H)测试9kHz ~ 30MHz 大环天线(LLA)法单小环天线法电场(E)测试30MHz ~ 1GHz 1GHz ~ 18GHzEMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 5辐射发射(RE)测试Ground PlaneAntennaA. 测试环境•开阔场, 暗室, 混响室, TEM 小室符合归一化场地衰减的要求B. 测试附件•转台, 天线架, 天线, 线缆, 探头, EMC 扫描仪控制软件, 方位控制, 线缆损耗, 天线因子C. EMI 接收机•CISPR 16全兼容EMI 接收机, 预兼容接收机, 通用频谱仪, 示波器, 网络分析仪接收机控制软件(内嵌vs. 外置)D. 测试流程控制软件•(外置PC 软件, C++, C, Visual Basic, LabView, VEE)反映了测试方法E. 数据库软件•Excel, 关系数据库(Access, MySQL)统一管理测试数据G. 数据分析软件•Excel, CAD (Ansoft, Flomerics, EMScan)深入分析数据F. 测试报告•Excel, Word, PDF 书面测试报告H. 测试人员•知识, 能力测试效率EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 6提纲EMI 测试概述 EMI 测试吞吐率接收机对EMI 测试吞吐率的影响安捷伦EMI 接收机简介EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 7EMI 测试吞吐率至关重要测试成本–固定资产利用率（暗室和设备成本）–新产品上市时间（丢掉市场最佳时机的成本）–“按件收费”的第三方测试实验室（更高的吞吐量意味着更高的利润）–“按时收费”的第三方测试实验室（更高的吞吐量意味着更大的竞争力）EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 8OATS$20k Æ$500k ~$200 /小时 3 m 暗室$500k 最少~$300 /小时10 m 暗室$2M 最少~$350 /小时15 m 暗室$20M 最少> $6k /小时描述成本收费定义:OATS Æ开阔场(Open Area Test Site)全电波暗室Æ无反射的暗室，6个墙/地面全部装有吸波材料半电波暗室Æ地面反射，其他5个墙面装有吸波材料，特性与OATS 类似需要更高的测量吞吐率以快速收回投资Î辐射发射(RE)测量环境EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 9辐射发射(RE)是多维变量的函数，给测试带来挑战41.2563MHz218.120MHz1500.260MHz1 –方位角2 –天线高度3 –场强4 –频率5 –时间辐射发射(RE)测试的挑战EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 10–辐射发射测试30MHz 到1GHz寻找最大辐射位置准峰值检波–辐射发射测试1GHz 以上寻找窄波瓣–诊断测试查找辐射发射问题根源辐射发射(RE)测试吞吐率的瓶颈EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 11典型辐射发射(RE)测试流程预扫描筛选频率空间最大化诊断整改审查测试准备报告测试记录文档准备5%10%5%25%50%半天全频段扫描(使用PSA 的峰值检波器)产生需要进行单点测量的频率列表在可疑频率点上调整转台、天线架，寻找发射最大的位置(使用PSA 的准峰值检波器) ，并与极限值进行比较最终确认产品满足EMI 要求记录测量结果并产生报告找到并解决发射超标问题5%测试时间百分比:EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 12提纲EMI 测试概述 EMI 测试吞吐率接收机对EMI 测试吞吐率的影响安捷伦EMI 接收机简介EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 13接收机的测试速度A/DEMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 14接收机的频率精度与分辨率EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 15接收机的频率精度与分辨率(续)8566/688542/46Non-HP PSA扫宽精度数据点数2.5 %2 %1 %.02 %1001401~500819212.5 MHz 10 MHz 5 MHz 100 kHz0.5 MHz 1.25 MHz 1 MHz 61 kHz频率精度频率分辨率500 MHz 扫宽时EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 16接收机的频率精度与分辨率(续)对于相同的数据点数:•8566B 需要8次扫描•PSA 只需要1次扫描“The PSA is like having eight 8566B spectrum analyzers in one.”EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 17接收机的数据点与像素点同步迹线放大(SZT)EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 18全数字中频技术对接收机速度的影响--PSA 创新的全数字中频技术预滤波器混频器高频抖动(Dither)本振ΣADC全数字中频ASIC 数字RBW 滤波器数字中频放大器数字对数放大器数字VBW 滤波器数字包络检波器自动幅度调整EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 19•可变的RBW 滤波器带宽–10%步进取代1-3-10步进，160个RBW 滤波器可供选择–有利于诊断测试中优化速度、动态范围和分辨信号K (Span)RBW 2Sweep Time =Swept too fastMeas Uncal全数字中频技术对接收机速度的影响(续)--PSA 创新的全数字中频技术EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 20•RBW 滤波器形状因子(60dB 带宽与3dB 带宽之比)–模拟12:1 vs PSA 4.1:1–分辨信号的能力更强，扫描速度更快全数字中频技术对接收机速度的影响(续)--PSA 创新的全数字中频技术EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 21•RBW 滤波器扫描速度更快–模拟RBW 滤波器较快的扫描速度会降低幅度/频率精度–PSA 比使用模拟RBW 滤波器的频谱仪/接收机快一倍，精度也更高8563E Analog RBW ST=280sPSA Digital RBW ST=134s全数字中频技术对接收机速度的影响(续)--PSA 创新的全数字中频技术EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 22测试更准确可靠，简单易用PSA 全数字中频技术RBW 切换不确定度–确定的插入损耗–测试重复性与可靠性提高数字中频放大器 数字对数放大器绝对幅度精度典型值0.19 dBPSA 用户界面简单易用诊断测试多采用人工操作 SZT 功能测试的精度和可重复性以及友好的用户界面有利于提高诊断测试的效率EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 23接收机的数据传输时间GPIB LAN USB2.0EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 24提纲EMI 测试概述 EMI 测试吞吐率接收机对EMI 测试吞吐率的影响安捷伦EMI 接收机简介EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 25高性能频谱仪PSA:6.7, 13.2, 26.5, 42.98, 44, 50GHz 频率型号优秀的幅度和频率精度优秀的动态范围CISPR & MIL-STD 检波器和带宽基于各种标准的极限线幅度校正因子第三方EMI 测试软件兼容结合新的N9039A 射频预选器:CISPR 全兼容EMI 接收机PSA 的EMI 测试功能EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 26安捷伦基于PSA 的全兼容EMI 接收机9基于PSA–1999年推向通信市场–全频段频率综合扫描•典型扫宽精度0.02%–全线性数字中频•对数放大器由数值描述•无论线性刻度还是对数刻度，屏幕上任何点的幅度精度都有保证–动态范围比8566大30dB –101至8192数据点可调–2dB 步进衰减器9内置CISPR & MIL-STD 检波器和带宽--20059外置射频预选器--20079安捷伦多种信号源用于系统校准–幅度精准的信号源•源控制选件•EMI 工具(线缆损耗, 归一化场地衰减)–不需要梳状信号源测试更快配置更灵活测试更准确可靠EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 27安捷伦PSA EMI 接收机CISPR 16-1认证2007年12月World Cal, USA (A2LA)CISPR 16-1-1: 2006EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 28•正有越来越多的第三方EMI 软件兼容安捷伦PSA-EMI 接收机•目前已经兼容PSA-EMI 接收机的几个软件:•Hitech•ETS-Lindgren (TILE)•Teseq (C3)•TOYO •TDK •DARE•不同软件反应了不同的测试方法，对于不同应用的测试效率不同•用户也可以自行开发EMI 软件，安捷伦会提供必要的技术支持，以兼容PSA-EMI 接收机第三方合作伙伴的EMI 软件EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 29安捷伦PSA-EMI 接收机得到全球客户认同EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 30安捷伦全兼容PSA-EMI 接收机基于业界遥遥领先的频谱仪技术设计，变革性的全数字中频技术给EMI 用户带来更多便利9测试更快9配置更灵活9测试更准确可靠EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 31安捷伦预兼容EMI 分析仪ESA-E (E4402/4/5/7B)E7400A (E7402/5A)PSA (E4440/3/5/6/7/8A)84115EM 预兼容测试系统E7415A EMI 测量软件EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 32CISPR 16-1-1 :2007兼容检波器Quasi Peak EMI Average RMS-AvgEMI -6 dB 带宽(CISPR & MIL) EMI 预置设置单点测量(Measure at Marker) Tune & Listen 限制线幅度校正因子40001数据点(一次扫描) 与PSA EMI 功能代码兼容安捷伦X 系列频谱仪EMI 预兼容测试功能EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 33测量接收机技术--安捷伦N5531S安捷伦科技有限公司信号分析事业部应用工程师孙彤EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 34提纲•安捷伦信号/频谱分析仪产品线•N5531S 测量接收机概述•N5531S 射频电平测量不确定度分析•模拟调制与音频分析•N5531S 的远程控制•总结EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 35EXA业界最新的经济型9 KHz ~26.5 GHzCSA低成本便携100 kHz ~6 GHz安捷伦频谱仪/信号分析仪产品线N9320A基本台式9 kHz ~3 GHz性能ESA业界最流行、经济便携100 Hz ~26.5 GHz价格N9340B基本手持式100 kHz ~3 GHzMXA中高档性能20 Hz ~26.5 GHzPSA业界最领先的性能3 Hz ~50 GHz代码兼容89600矢量信号分析软件业界功能最强大的分析及诊断软件8560系列结实便携30 Hz ~50 GHz07年9月06年9月EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 36N5531S 测量接收机•基于通用高性能仪器平台•频率范围高达50 GHz•射频电平测量动态范围十分出色•模拟调制分析•音频分析•功率探头模块覆盖4, 18, 26.5和50 GHz8902AN5531S•步进衰减器校准•信号源校准HP/Agilent 8902A 测量接收机的替代品:EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 37音频输入(100 k Ω)P 系列功率计(N1911A/12A)基于LAN 的仪器间通讯支持所有PSA 型号(6.7, 13.2, 26.5, 42.98, 44, 50 GHz)PSA 内置的测量接收机选件(选件233) PSA友好的用户界面频率高达50 GHz 的N5532A 功率探头PC 上的远程控制软件(可选)GPIB (SCPI)N5531S 测量接收机–基于PSA/opt 233EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 38N5532A 功率探头: 输入与输出PSA/#233N5532A 功率探头模块848x 功率传感器3 dB pad频谱仪信号路径功率计信号路径连接到DUT 的单端输入接口功分器选件504: 100 kHz ~ 4.2 GHz 选件518: 10 MHz ~ 18 GHz 选件526: 30 MHz ~ 26.5 GHz 选件550: 30 MHz ~ 50 GHzN191xA P 系列功率计LAN功率探头校准因子EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 39N5531S 测量接收机的应用信号源校准信号源(DUT)射频频率计数器极宽动态范围的射频功率测量调制分析失真分析音频测量步进衰减器校准信号源Pad步进衰减器(DUT)Pad极宽动态范围的射频功率测量+30 dBm ~ -140 dBm0 ~ 120 dBEMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 40超外差接收机低功率电平信号测量技术单通道中频替代法信号源DUT射频增益中频增益检波器显示本振混频器•最容易实现的技术方案•调谐射频电平(TRFL) 测量•要求使用非常精确且线性度很好的接收机–PSA 对于该应用是个理想选择•与功率计组合可以进行绝对功率电平测量•为相对和绝对调谐射频电平测量提供了极宽的动态范围中频滤波EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 41TRFL 测量不确定度分析TRFL 测量不确定度的主要来源:TRFL 测量不确定度阻抗匹配SNR*PSA 的线性度量程(range) 切换不确定度*: 信噪比(Signal to Noise Ratio)•增加PSA 输入衰减有利于改善阻抗匹配•对于全量程测量，PSA 需要在3个不同的功率电平范围中改变设置. 量程的重新校准有利于减小由于量程改变所带来的测量不确定度.•优化PSA 的设置以提供最好的线性度•当信号电平接近噪底时影响最大EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 42线性度测量不确定度预算单音压缩ADC 线性度ADC 量程增益校准晶体滤波器滞后效应处理分辨率0.002 dB0.002 dB可忽略0.001 dB0.004 dBN5531S 线性度指标: ±(0.009 dB +0.005 dB/10 dB)•与被测信号电平成正比的线性度测量不确定度部分u 1u 2u 3u 4u 5线性相加(最坏情况)EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 43调谐射频电平(TRFL) 测量频率+30 dBm -20 dBm3 GHz50 GHz100 kHz-50 dBm-80 dBm-140 dBm功率计功率探头T R F L (P S A )功率电平R a n g e 1R a n g e 2R a n g e 350 MHz 功率参考自动量程重新校准@ Range 2切换电平Range 1:Range 2:Range 3:输入衰减器(28 dB)预放关断输入衰减器(10 dB)预防关断输入衰减器(4 dB)预放打开绝对功率参考自动量程重新校准@ (Range) 3切换电平EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 44阻抗失配影响测量不确定度(MU)•DUT 阻抗≠接收机阻抗•由于反射, 信号能量没有100%进入测量接收机•MU (dB) = -20 log [1 ±|(ρMR )( ρDUT )|]•ρ是反射系数ρ=VSWR-1VSWR+1Mismatch uncert. vs. VSWR-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.811.11.21.31.41.51.61.71.81.92PSA input VSWR (dB)M i s m a t c h u n c e r t . (d B )Assume: DUT Output VSWR = 1.5DUTPSA 射频前端入射反射PSA 输入射频衰减(3 GHz)≥8 dB4 dB0 dB•不使用N5532A 功率探头的情况下, PSA 的输入射频衰减直接影响失配不确定度输入衰减器没有N5532ADUTPSAN5532A功率计使用N5532A•N5532A 功率探头模块如何影响失配不确定度的的呢??EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 45N5532A 功率探头模块对匹配的影响7 dB10 dB至PSA 至功率计npoN5532A 的3端口模型nop输入端至功率计至PSA输入端的等效反射系数:输入端ΓEQMismacth Uncert. vs. PSA Input Attn.0.30.350.40.450.50.550.60.65>=8 dB4 dB0 dBPSA input attn. (dB)M i s m a t c h u n c e r t . (d B )w/ N5532A w/o N5532AAssume DUT output VSWR= 1.5在PSA 的测量接收机应用中不会使用0 dB 衰减值EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 46信噪比(SNR)•PSA 底噪(DANL)-在所有TRFL 测量频率上都对噪声功率有主要贡献举例: 为了达到0.48 dB 的测量不确定度, SNR 必须大于25 dB当信号电平减小到接近测量接收机底噪时，SNR 成为影响TRFL 测量不确定度的主导因素Measurement Uncertainty Due to SNR1234560102030405060SNR (dB)M e a s . U n c e r t a i n t y (d B )这是客观存在的物理现象，没有人可以改变!EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 47N5531S TRFL 测量不确定度指标nop n•不包括失配不确定度组合测量不确定度来源框图n : 线性度主导o : Range 切换不确定度p : 噪声主导no 最大功率残余噪声阈值最小功率Range 2 切换不确定度Range 3 切换不确定度Range 1Range 2Range 3测量不确定度取决于受线性度测量不确定度取决于信噪比测量不确定度输入信号功率n npoo 0.015 dB* (nominal)*: 考虑初始漂移，在线性度MU 中增加0.006 dB 的测量不确定度常量EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 48调制分析FM 解调器arctan(Q/I)PM 解调器相位AM 解调器√I 2+Q 2幅度d/dt相位频率arctan(Q/I)来自希尔伯特变换模块的I/Q 数据插值插值插值AM 检波器& 频率计数器LP HPLPLP HPHPDe-emphasis失真检测FFT调制失真调制深度调制速率调制速率调制速率调制频偏调制相偏IQA= √I 2+Q 2Φ= arctan (Q/I)FM 检波器& 频率计数器PM 检波器& 频率计数器EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 49FM 频偏测量(结果通过波形与数字显示)•FM 信号举例FM 频偏/速率/失真测量•结果通过波形与数字一起显示EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 50音频输入与测量(需要选件107)插值LP HP音频检波器& 频率计数器De-emphasis失真检测FFT音频失真/信纳比音频频率音频幅度数字化的音频信号数字化的音频信号Weighted filterLevel auto rangingEMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 51N5531S 支持CCITT 加权音频滤波器(需要选件23B)CCITT Weighting Filter Response-70.00-60.00 -50.00 -40.00 -30.00 -20.00 -10.00 0.0010.0010100100010000Frequency (Hz)R e s p o n s e (d B )Response (dB) Recommended Response (dB) PSA 8903B Upper Limit8903B Lower Limit•CCITT= Consultative Committee of International Telegraph & Telephone （国际电话与电报顾问委员会)•CCITT Recommendation P35 (ITU-T Recommendation O.41): Psophometric filter•插入音频信号路径•使用加权来模拟人的听觉灵敏度•用来测量音频噪声(信纳比SINAD)•PSA 选件23B: CCITT 数字滤波器•选件23B 还增加了400 Hz 高通、30 kHz/80 kHz 低通滤波器EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 52总结•包括PSA (带选件233)、P 系列功率计和单端输入功率探头•频率范围高达50 GHz•8902A 的替代品, 用于信号源与步进衰减器的校准•提供了最全面最详细的MU 分析与指标•已经被大多数权威计量用户购买使用(US AFMETCAL, US Army TEMOD)•已经顺利通过了国家计量院与航天203所的校准安捷伦N5531S 测量接收机EMC and Measuring ReceiverChina20 January 2009Page 53谢谢!。