電力電子電路不僅要具備主要功能，通常還需提供其他重要功能，例如能夠連接子模塊以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。因此，電源設(shè)計(jì)涉及和微控制器的總線通信。設(shè)計(jì)容易變得更加復(fù)雜，可能會(huì)對(duì)傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量造成不利影響。有時(shí)候，這些輔助功能會(huì)產(chǎn)生偶發(fā)性發(fā)射，導(dǎo)致難以查明和隔離發(fā)射源。具備快速 FFT 分析功能的儀器能夠有效查找這些偶發(fā)性事件。

R&S?MXO 5 系列示波器

您的任務(wù)

在有刷直流電機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等電源設(shè)計(jì)中，模擬和數(shù)字電路在同一個(gè)印刷電路板上共存。設(shè)計(jì)人員必須考慮這種復(fù)雜問(wèn)題，尤其是電源線上的傳導(dǎo)發(fā)射。如果印刷電路板設(shè)計(jì)不正確，微控制器的時(shí)鐘信號(hào)或 SPI 等總線通信會(huì)導(dǎo)致發(fā)射。總線活動(dòng)有時(shí)并不連續(xù)出現(xiàn)，通常會(huì)被其他外部系統(tǒng)控制器觸發(fā)。測(cè)量電源線上的傳導(dǎo)發(fā)射時(shí)，這些總線活動(dòng)一般會(huì)導(dǎo)致頻譜中出現(xiàn)偶發(fā)性事件。示波器是用于在開發(fā)過(guò)程中調(diào)試傳導(dǎo)發(fā)射的標(biāo)準(zhǔn)儀器。但是，如要檢測(cè)頻譜中的偶發(fā)性短暫事件，具備標(biāo)準(zhǔn) FFT 功能的示波器有所局限性。這主要是因?yàn)槭静ㄆ餍枰M(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的計(jì)算，才能顯示 FFT 頻譜。計(jì)算 FFT 頻譜時(shí)，可能會(huì)遺漏罕見的偶發(fā)性短暫事件。查明和隔離發(fā)射源，需要更快的 FFT 性能。

圖 1：調(diào)試傳導(dǎo)發(fā)射。

羅德與施瓦茨解決方案

R&S?MXO 5 系列示波器能夠測(cè)量頻譜，并快速深入分析傳導(dǎo)發(fā)射，非常適合這種具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。借助快速 FFT 功能，用戶能夠以 45 000 FFT/s 的速率采集頻譜。結(jié)合使用低噪聲模擬前端時(shí)，用戶可以高效準(zhǔn)確地檢測(cè)罕見事件。

此外，F(xiàn)FT 不受時(shí)域設(shè)置影響，非常有益于 EMI 調(diào)試。標(biāo)準(zhǔn) FFT 功能的 FFT 更新率會(huì)由于分辨率帶寬而大幅降低。此外，近場(chǎng)探頭可用于確定系統(tǒng)中的噪聲源。這也需要利用快速 FFT。要進(jìn)行穩(wěn)定且可重復(fù)的測(cè)量，需要使用人工電源網(wǎng)絡(luò) (AMN)。

應(yīng)用

使用連接有刷直流電機(jī)的全集成式半橋驅(qū)動(dòng)器顯示傳導(dǎo)發(fā)射頻譜中的偶發(fā)性事件。此被測(cè)設(shè)備（見第一頁(yè)的圖 1）為電源部分提供兩個(gè)半橋，并且可以通過(guò) SPI 總線進(jìn)行配置。微控制器連接至總線，用于監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)器狀態(tài)以及控制電機(jī)的速度和方向。CAN 總線和系統(tǒng)外部的模塊進(jìn)行通信。

查找根源

此流程可以分為三步：

第 1 步：激活余暉模式（突出顯示任何不常見的異常事件），根據(jù) CISPR25 等所需標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量

第 2 步：使用不同尺寸的合適電磁近場(chǎng)探頭查找并定位根源（查找和特定電路板功能相關(guān)的發(fā)射）
注意：應(yīng)始終激活余暉模式以顯示非周期性事件

第 3 步：確定頻譜和特定功能之間的相關(guān)性后，關(guān)閉無(wú)限余暉模式；觸發(fā)可能是事件根源的信號(hào)（測(cè)量將確認(rèn)是否猜測(cè)正確，或是否需要重復(fù)進(jìn)行第 2 步）

圖 2：電源線上的傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量。

測(cè)量示例

圖 2 顯示有刷電機(jī)應(yīng)用的電源線上的傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量結(jié)果。快速 FFT 結(jié)合激活的余暉模式，能夠檢測(cè)到導(dǎo)致整個(gè)頻譜中出現(xiàn)強(qiáng)發(fā)射的罕見事件。噪聲包絡(luò)（參見白色箭頭指示的淺黃色區(qū)域）顯示寬帶噪聲源（例如總線通信或時(shí)鐘信號(hào)）造成的典型特征。完成傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量后，使用近場(chǎng)探頭在印刷電路板上靠近微控制器旁邊 SPI 數(shù)據(jù)軌跡的位置發(fā)現(xiàn)具有相似特征的發(fā)射。由此推測(cè) SPI 活動(dòng)可能是根源。

圖 3：傳輸 SPI 數(shù)據(jù)時(shí)的 EMI 頻譜。

可以通過(guò)最后一步進(jìn)行確認(rèn)（見圖 3）。在此測(cè)量中，標(biāo)準(zhǔn)觸發(fā)模式激活，并使用無(wú)源探頭測(cè)量 SPI 通信端口（通道 3）。頻譜會(huì)同時(shí)顯示。結(jié)果表明，一旦控制器和接收機(jī)開始 SPI 通信（觸發(fā)事件），顯示屏上會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)寬帶發(fā)射。SPI 總線活動(dòng)產(chǎn)生發(fā)射并反射到電源線的傳導(dǎo)發(fā)射中；了解詳細(xì)信息后，可以定義活動(dòng)以限制這種發(fā)射。

總結(jié)

混合信號(hào)應(yīng)用中可能出現(xiàn)偶發(fā)性發(fā)射，R&S?MXO 5 系列示波器非常適合驗(yàn)證這種應(yīng)用的傳導(dǎo)發(fā)射。結(jié)合高達(dá) 45 000 FFT/s 的快速 FFT 功能和低噪聲模擬前端，用戶能夠在混合信號(hào)電源設(shè)計(jì)的頻譜中發(fā)現(xiàn)所有罕見的異常問(wèn)題。