摘要：CISPR 16-1-1标准中明确了基于FFT的测量方法也可用于EMI测试。FFT方法的扫描时间将比传统频域扫描的方法缩短几个数量级，但在实际测试中面对各种具有不同骚扰特性的样品，该方法的适用性如何？通过大量的测试分析，验证了基于FFT的测量方法不仅可以提高测试效率，同时应对各种特性复杂的骚扰都具有良好的测量精度和准度。 关键词：基于FFT的测量方法 扫频方法 EMI 接收机 电磁兼容 The Application Research of the FFT-based Receiver in EMI test Abstract: CISPR 16-1-1 specifies that FFT-based method can also be used in EMI test, and the scanning time of FFT-based method will be several orders of magnitude shorter than that of traditional frequency domain scanning method. But what is the applicability of this method in the actual test for various samples with different disturbance characteristics? Through a large number of measurement results, it is verified that the measurement method based on FFT can not only improve the test efficiency, but also has good measurement accuracy in dealing with various complex disturbances. Keywords: FFT-based method Sweep frequency method EMI Receiver EMC 引言 CISPR 16-1-1:2019标准附录J.4中提到了基于FFT方法的测试系统。在CISPR TR 16-3-2015章节10.4里详细描述了基于FFT方法的测试机理。但由于各种原因，在EMI行业几乎没人使用该方法进行常规测试。究竟该方法在实际测试过程中表现如何？本次研究分别使用基于FFT的接收机（ESW44型）和传统扫频接收机（ESU8型）对3种类型的样品（详细描述详见表1）进行传导测 表1 3种典型的被测样品特性描述 样品类型 | 具体描述 | 1．骚扰特性稳定的样品 | 在被测频带内，各频率点的骚扰值不随时间发生大的变化，即多次测量，扫描曲线基本相同的样品。如：适配器、显示器、灯具等 | 2．骚扰特性不稳定的样品 | 在被测频带内，各频率点的骚扰值随时间发生较大的变化，或在测试过程中工作状态的频繁变化引起骚扰特性的改变，即多次测量，测试结果变化较大的样品。如：具有多组电机的按摩器、洗衣机、封口机、电动工具等 | 3．较强窄带骚扰被宽带骚扰淹没的样品 | 该样品骚扰特性属于稳定的，但其危害较大的窄带骚扰往往被同时具有的较大宽带骚扰而淹没，在扫频测试过程中，经常造成遗漏。如：带数字电路的电机类产品、多功能设备等 | 试，根据试验结果，佐证基于FFT的接收机对不同类型样品测试的普遍适用性，比较两种试验方法的优缺点，对该方法的推广提供数据支持，引导从业人员对该方法加强实际应用。 1 对类型1样品的测试结果分析 我们选取了3个样品进行测试，分别是电源适配器（带纯阻负载）、LED筒灯、梳状信号发生器。测试方法依据GB/T 9254-2008标准执行。测试在同一时间段内进行，尽可能消除环境和布置的影响。 通过测试发现FFT方法和传统扫频方法的测试结果一致性非常好（最大差值≤2.5dB），由于被测样品骚扰特性稳定，同一方法分别进行3次测试，在选取的3个特征频率点的测试结果的标准差也非常小（<2），我们还发现扫频法的测试时长约为FFT法的50倍。测试结果如表2所示。 针对以上结果可以得知，在时效性没有太苛刻要求的情况下，扫频方法还是可接受的。而FFT方法不管从效率上、准度上都表现优秀，特别是测试效率让人叹为观止，让人有种“欲罢不能”，爱上测试的感觉！在短短3秒钟的时间就可以给出频段内所有点的QP值。 2 对类型2样品的测试结果分析 我们挑选了2个样品进行测试，分别是按摩器（带多组电机，工作状态不稳定）、包装封口机（10秒一个工作周期），测试方法依据GB 4343.1-2018标准执行。测试在同一时间段内进行，尽可能消除环境和布置的影响。 在使用扫频法对封口机进行测试时,由于样品的一个工作周期才10s左右，测试过程中需要频繁暂停测试，等下一个工作周期开始时再继续测试， QP测试时更是“痛苦”，只能依靠人工观测的方法手动记录各点的最大值。整个频段测试下来，耗时巨长，而使用FFT方法测试就从容多了，样品的一个工作周期内，3秒钟就完成了所有数据的采集。 表2 扫频法和FFT法对3种类型样品的测试结果对比 类型 | 样品 名称 | 3个频率点（低、中、高频段各选1个特征点）3次测量结果的标准差?? | 两者最大差值（dB） | 扫频法 （先PK+AV预扫，再QP+AV终测） | 每相测试时长（s） | FFT法 （直接QP+AV扫描） | 每相测试时长（s） | 1 | 适配器 | 0.75 | 1.00 | 0.64 | 308 | 0.35 | 0.43 | 0.67 | 5 | 1.5 | | LED筒灯 | 1.21 | 0.83 | 0.95 | 310 | 0.64 | 0.55 | 0.58 | 5 | 1.7 | | 梳状信号源 | 0.23 | 0.41 | 0.44 | 324 | 0.19 | 0.22 | 0.18 | 5 | 0.6 | | 2 | 按摩器 | 2.34 | 1.42 | 2.33 | 320 | 1.42 | 1.08 | 1.38 | 5 | 2.4 | | 封口机 | 4.37 | 3.98 | 2.60 | 800 | 1.10 | 0.93 | 0.85 | 5 | 5.8 | | 3 | 电吹风+梳状信号源 | 2.43 | 2.21 | 1.98 | 320 | 0.24 | 0.16 | 0.32 | 5 | 8.2 | | 所选的按摩器内部具有多组电机，分别控制不同按摩部位的启停，电机还具有正/反转功能，正常使用时不同电机存在交替工作的情况。如果在不考虑样品的工作机制情况下直接进行测试，多次测量发现，两种方法均会出现较大的偏差，FFT法可采取加长观测时间的办法（让样品完成一个完备的工作状态），便可取得较为稳定的测试数据，而扫频法由于需要2分钟左右才能完成一次扫描，要想让每个频点都测得样品所有状态下的最大值变得很不现实。特别是样品电源部分的骚扰对后端带载变化较敏感的情况下，扫频法基本只能靠运气看是否能测得最大值了。这也解释了某些客户的反馈（我在某某实验室都测试合格了，为什么换一个实验室就不合格了，而且数据还差别很大）。 3 对类型3样品的测试结果分析 在日常测试过程中经常会出现这种情况：加了滤波电路把整个骚扰降下来了，但莫名其妙的怎么多了一些窄带的点。其实这些窄带骚扰并不是突然出现的，绝大部分是由于晶振、开关电路引起的，之前因为淹没在宽带骚扰之下未被发现而已。 为了更直观的对比，本次采用电吹风+梳状信号源的组合来模拟该情况，由电吹风提供足够大的宽带骚扰，且QP远小于PK，梳状信号源提供窄带骚扰，通过连接衰减器的办法调节骚扰大小使其骚扰淹没在宽带骚扰之下。测试连接图如图1所示。 从测试数据可以看出，扫频法的扫描曲线已经看不到属于梳状信号源的骚扰，导致选点进行QP测试时无法选到QP值较大的窄带信号。FFT法由于直接采用QP检波器进行扫描，能把梳子信号源的数据很好的区分出来。对于这种特性情况，显然扫频法无法取得正确的检测数据，存在非常大的结果误判风险，应该引起大家的足够重视。 结论 对比了三组试验结果，可以看到，扫频法对于骚扰特性稳定的样品，不会出现问题；对于骚扰特性不稳定的样品，往往需要经过多次测试，或通过有经验的工程师才能测得相对准确的数据；对于具有第三种特性的样品，测试结果大概率会出现误判，不管是对于认证实验室、生产者都存在较大风险。如果采用FFT法直接测试QP值，对三种特性的样品都能很好很快的测得正确的数据，极大减少了对人员的依赖。在日常检测中，强烈推荐使用。 参考文献 [1] CISPR 16-1-1:2019 Specification for radio disturbance and immunity measuring apparatus and methods – Part 1-1: Radio disturbance and immunity measuring apparatus – Measuring apparatus. [2] CISPR TR 16-3:2015 Specification for radio disturbance and immunity measuring apparatus and methods - Part 3: CISPR technical. |
