Устранение электромагнитных помех при помощи осциллографов

Ситуация изменилась с появлением цифрового осциллографа R&S RTO (рис. 1) компании Rohde & Schwarz. Чувствительность, составляющая 1 мВ на деление, ширина полосы пропускания до 4 ГГц и очень низкие собственные шумы делают этот осциллограф оптимальным при анализе сигналов в зоне индукции для обнаружения и анализа излучаемых электромагнитных помех. Результаты испытаний на электромагнитную совместимость показали значимость этого осциллографа как ценного лабораторного инструмента, позволяющего быстро обнаружить нежелательные излучения и определить причину их возникновения.

Рис. 1. Цифровой осциллограф R&S RTO с низким уровнем шума и значительными возможностями БПФ

В статье рассмотрены некоторые практические примеры, демонстрирующие наиболее важные функции осциллографа для успешного устранения ЭМП.

Оперативная концепция БПФ для спектрального анализа

Быстрое преобразование Фурье (БПФ) является ключом к использованию осциллографов для устранения ЭМП. Традиционная реализация БПФ в осциллографах не обеспечивает достаточную оперативную гибкость, так как отображаемая полоса частот и полоса разрешения контролируются настройками временного интервала. Это затрудняет навигацию в частотной области, а спектральный анализ требует больших временных затрат.

Опираясь на свой опыт спектрального анализа, специалисты компании Rohde & Schwarz решили применить в осциллографах R&S RTO интуитивный подход. В осциллографе R&S RTO оперативная концепция БПФ для спектрального анализа обеспечивает непосредственный контроль пользователем стандартных параметров анализатора, таких как частота запуска и остановки, разрешение по полосе пропускания и тип детектора. Для автоматического расчета необходимых настроек временного интервала осциллограф R&S RTO использует значительные возможности по обработке сигнала и объем памяти для полученных данных. Пользователи могут самостоятельно установить временные и частотные параметры в определенных пределах и легко анализировать излучаемые ЭМП во временном и частотном интервале (рис. 2). В результате они имеют возможность распознавать причину нежелательных излучений гораздо быстрее.

Рис. 2. Пользовательский интерфейс БПФ цифрового осциллографа R&S RTO

Цветовая кодировка спектра для отображения спорадических излучений

Перекрытие БПФ является характерной особенностью R&S RTO, таким образом обеспечивается высокая чувствительность при обнаружении излучаемых ЭМП. БПФ также позволяет просматривать спектральные излучения в течение определенного периода. Осциллограф делит полученный сигнал на множество сегментов до обработки БПФ и вычисляет индивидуальный спектр для каждого сегмента сигнала во временной области, что делает даже спорадические, низкоэнергетические сигналы видимыми в отдельных спектрах. Эти спектры затем получают цветовую кодировку в зависимости от частоты обнаружения и объединяются в полный спектр.

Постоянные излучения, такие как линейные частоты, отличаются по цвету от редких событий, таких как кратковременные всплески напряжения от импульсных источников питания. Спектр с полной цветовой кодировкой обеспечивает очень хороший обзор типа и частоты возникновения излучаемых ЭМП.

Обработка БПФ с перекрытием разбивает записанный сигнал на несколько сегментов (рис. 3). Индивидуальные спектры получают цветовую кодировку в зависимости от частоты обнаружения.

Рис. 3. Обработка БПФ:
а) традиционная без перекрытия;
б) с перекрытием при помощи R&S RTO

Временное ограничение БПФ для временной корреляции спорадических излучений

Временное ограничение БПФ позволяет пользователю ограничивать анализ БПФ рамками временной области полученного сигнала. Пользователи могут перемещать это временное окно (ворота) через весь период сбора данных, чтобы определять, какие сегменты сигнала во временной области коррелируют с теми или иными событиями в спектре. Поэтому пользователи могут, например, определить, что нежелательные излучения от импульсных источников питания вызваны выбросами от переключающего транзистора. Используя временное ограничение БПФ, они могут также наверняка определить, какие сигнальные последовательности генерируют ЭМП в результате плохой маршрутизации высокоскоростных шин данных. Выявив проблему, с помощью осциллографа можно легко и быстро проверить эффективность различных решений, таких как блокирование емкостей, дополнительная защита или перенаправление сигналов шины.

Временное ограничение БПФ отображает спектр для определенных сегментов времени полученного сигнала (рис. 4). Два сегмента времени, прошедшие обработку БПФ, обозначаются серым цветом. Полученные спектры отображаются в нижней части слева и справа. Временное ограничение БПФ делает возможной корреляцию прерывистых ЭМП с сигналом во временной области. Красный квадрат показывает ту часть спектра, где возникли ЭМП, а зеленые квадраты обозначают ту часть спектра, которая является постоянной и, следовательно, присутствует в обоих спектрах.

Рис. 4. Отображение спектра временных ограничений БПФ для определенных сегментов времени полученного сигнала

Маски частоты и функция ведения записей для анализа спорадических излучений

Спорадические излучения представляют собой одну из наиболее сложных проблем ЭМП. Эти ЭМП чрезвычайно сложно выявить, и традиционное испытательное и измерительное оборудование имеет лишь ограниченные возможности для анализа сигнала при его обнаружении. Инструмент маски R&S RTO (рис. 5) предлагает удобное решение этой проблемы.

Рис. 5. Обнаружение спорадических излучений и изучение их в деталях

Этот инструмент позволяет пользователям легко определять частотные маски, а при помощи функции «остановка при нарушении» они могут точно определять, какие сигналы нарушают эти маски. Есть возможность настраивать параметры БПФ, такие как временное ограничение и разрешения по полосе пропускания, даже для сигналов, которые были получены ранее. Это повышает эффективность инструмента маски и позволяет детально изучать самые сложные для обнаружения ЭМП.

Функция ведения записей также помогает анализировать излучаемые ЭМП. Она использует все возможности памяти для сбора данных, чтобы автоматически сохранять последние полученные сигналы. Таким образом, пользователи могут свободно сравнивать и анализировать предыдущие и текущие данные.

Осциллографы — эффективный инструмент для устранения ЭМП

Цифровые осциллографы являются важным настольным инструментом для разработчиков, анализирующих электронные схемы. Значительные возможности по обработке сигнала БПФ и высокая чувствительность на входе превратили осциллографы в эффективный инструмент для устранения ЭМП. Возможности цифрового осциллографа R&S RTO от Rohde & Schwarz по комплексному сбору данных и их анализу установили новый стандарт.

БПФ с перекрытием и дисплей с цветовой кодировкой спектральных компонентов позволяют пользователям видеть, как часто спектральные компоненты встречаются в полученном сигнале, и быстро определять источник ЭМП. Благодаря оперативной концепции спектрального анализа пользователи могут легко перемещаться в частотной области, не беспокоясь о настройках параметров времени. Полный набор сопутствующего оборудования, например компактных широкополосных пробников зоны индукции R&S HZ‑15, дополняет линию приборов для устранения ЭМП.