利用频谱功能检测混合信号电源设计中的偶发异常-上海信尔立测试设备有限公司

利用频谱功能检测混合信号电源设计中的偶发异常

摘要：R&S®MXO 5系列示波器非常适合验证混合信号应用中偶尔发生的传导发射。出色的45000 FFT/s快速FFT实现与低噪声模拟前端相结合, 使用户能够发现混合信号电源设计的频谱中的任何偶发异常。

你的任务

在电源设计中, 例如用于有刷直流电机的电机驱动器, 模拟和数字电路共存于同一印刷电路板上。设计者必须考虑这种复杂性, 特别是在电源线上存在的传导发射方面。如果印刷电路板设计不当,微控制器或SPI等总线通信的时钟可能会导致发射。有时总线活动并非连续发生；它们通常由其他外部系统控制器触发。在测量电源线上的传导发射时, 这些总线活动通常会在频谱中引起偶发事件。示波器是开发过程中调试传导发射的标准仪器。然而,对于检测频谱中非常短暂和偶发的事件, 具有标准FFT实现的示波器存在局限性。这主要是由于在显示FFT频谱之前需要耗费大量时间的计算过程。在计算FFT频谱时,可能会遗漏异常、短暂、偶发的事件。更快的FFT性能对于定位和隔离根本原因至关重要。

罗德与施瓦茨解决方案

R&S® MXO 5系列示波器非常适合这项具有挑战性的任务,因为它可以测量频谱, 并快速深入地分析传导发射。

快速的FFT功能使用户能够以高达45000 FFT/s的速度获取频谱。结合低噪声模拟前端,用户可以非常高效且准确地检测到异常事件。

此外,FFT与时域设置无关,这对于EMI调试非常有益。在标准的FFT实现中,由于分辨率带宽,FFT的更新速率会显著降低。此外,近场探头可用于定位系统中的噪声源。这也需要快速的FFT。为了实现稳定且可重复的测量,需要使用人工电源网络(AMN)。

应用程序

使用了一个完全集成的半桥驱动器, 包括一个已连接的直流有刷电机, 以展示传导发射频谱中的罕见事件。该被测设备 (请参阅第1页的图1)为功率部分提供了两个半桥,并可通过SPI总线进行配置。微控制器连接到总线上,用于监控驱动器的状态并控制电机的速度和方向。CAN总线用于与系统外部的模块进行通信。

查找根本原因

该过程可以分为三个步骤:

步骤1：按照所需标准(例如CISPR25)进行传导发射的测量, 并激活连续模式 (突出显示任何罕见的异常)
步骤2：使用不同尺寸的合适的电和磁近场探针(找到与特定电路板功能相关的发射), 查找并定位根本原因注：为提供非周期性洞察, 仍应保持连续模式
步骤3：在找到频谱与专用功能之间的相关性后,暂停使用连续模式；触发极有可能是根本原因的信号(测量将确认假设是否正确, 或者是否需要重复步骤2)

测量示例

图2展示了有刷电机应用程序电源线上的传导发射测量结果。快速FFT结合激活的连续模式, 能够检测到在整个频谱上引起高发射的罕见事件。这个噪声包络(参见浅黄色区域,用白色箭头标明)显示了由广泛噪声源(例如总线通信或时钟) 引起的典型特征。进行传导发射测量之后, 使用近场探头, 可以在靠近微控制器旁边的SPI数据轨道的印刷电路板上找到具有类似特性的发射。因此, 可以推测SPI活动可能是根本原因。