利用泰克實時頻譜儀發現瞬態EMI問題
2015-10-09
該電子裝置為2.4GHz FSK 射頻發射裝置，FSK 速率約10KHz。該裝置安裝在某大型設備內部，定期將設備的工作參數傳送到中央控制機房。該裝置一般情況下工作正常，但如果有操作人員對大型設備進行控制面板的操作，該發射裝置傳送回的數據有問題，使得大型設備存在安全隱患。檢修時用誤碼儀測試，發現操作人員每次按大型設備控制面板按鍵，該電子裝置發射的FSK 信號誤碼將劇增。更換大型設備控制面板及相關連接線，情況依舊。用頻譜儀監測操作大型設備控制面板時的FSK 頻譜，并未發現問題。
實測過程
我們首先拿MDO 到客戶現場，依然用頻譜功能監測操作大型設備面板時的頻譜，也沒有發現問題。我們分析可能是存在問題為瞬態問題，由于FSK 頻譜可能對發現問題造成影響，我們建議客戶讓該電子裝置僅發射2.4GHz 載波，操作大型設備面板，用RSA5106 DPX功能去查找問題。由于RSA DPX 功能可以100% 發現頻域上駐留時間大于3.8uS 的偶發事件，在按壓大型設備控制按鍵時，觀測到如下DPX 頻譜：
在DPX 頻譜中，顏色越蘭，表示信號駐留時間較長，2.4GHz 載波和底噪顏色較深，而那些暗淡的藍色表示在操作大型設備控制面板時，FSK 發射裝置頻率發生了改變，只不過這個改變持續時間很短。利用RSA5106 的頻域觸發功能，我們輕松將這一過程捕捉下來，然后進行時間相關的多域分析，其結果如下：
在這一結果中，左上角顯示了FSK 發射裝置2.4GHz載波在這一變化過程中的三圍頻譜，右上角顯示這一變化過程中的2.4GHz 載波的幅度隨時間的變化，左下角為2.4GHz 載波的頻譜，右下角為2.4GHz 載波頻率隨時間的變化。由此測試結果可知，該2.4GHz 載波在操作大型設備控制面板時，幅度基本不變，但頻率有瞬態畸變，最大變化約-16MHz，變化持續時間約470uS。由于大型設備控制面板按鍵為人工手動，其重復時間約秒的量級，也就是說，在1 秒的重復周期內，2.4GHz 載波的頻率在420uS 瞬時內變化了16MHz，這種情況，普通頻譜儀很難監測到，這就是以前未能找到問題的原因。由于該FSK 發射裝置調制速率約10KHz，即周期約100uS，420uS 頻率的變化足以引起誤碼。雖然找到了問題，但如何解決此問題？誤碼必須找到引起該問題的根源。誤碼分析一下引起該問題的前因后果：操作人員按了大型設備的按鍵引起監控發射裝置的性能變化。一般情況下，按鍵所能造成的干擾，不是在地線上，就是在電源上。于是我們將MDO4104-6 的示波器通道1 連接到FSK 的供電電源上，按壓大型設備控制按鍵，果然在波形上監測到干擾毛刺：
雖然在按壓控制面板時FSK 發射裝置的電源上有干擾毛刺，我們如何判斷這個干擾就是引起誤碼的根源？MDO 獨特的跨域分析功能，跨域很好地將2.4GHz 射頻信號與電源毛刺關聯起來。我們用MDO 示波器通道1 的電源毛刺做觸發，同時采集2.4GHz 載波，并在時域中顯示2.4GHz 載波的頻率隨時間變化的波形，得到如下結果：
由測試結果可以看出，電源毛刺出現后，2.4GHz 載波的頻率隨之發生畸變，其變化的波形與RSA5106 所測試的波形相同，持續時間都是470uS 左右。調整上圖上半部分代表頻譜分析時間窗的橙色條在時間軸上的位置，我們可以看到2.4GHz 載波頻譜變化的過程：
通過這一測試，我們可以斷定引起FSK 發射裝置誤碼的根源就是按壓大型設備控制按鍵所造成的傳導EMI干擾問題，只需在FSK 發射裝置電源上適當濾波，就很容易解決。
總結：
本案充分展現了EMI 診斷與EMI 預認證的關系。泰克實時頻譜儀相當于EMI 預認證測試儀，該儀表具有發現瞬態EMI 的優勢，并且能夠測試EMI 的影響。即使如此高端的頻譜儀，也無法追蹤EMI 的真正來源。MDO 跨域分析特性，輕松診斷出該EMI 與電源瞬態波動的關系，順利地追蹤到EMI 的根源。
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