CN101975895B - 一种针对谐波分量量化推算迭代的emi诊断修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对谐波分量量化推算迭代的EMI诊断修复方法，在该方法中依靠对EMI产生设备的谐波发射的预先判断，对测试点做出了优先级地选择，采用量化推算迭代策略解决了传统标准中逐点测试针对性不强，费时费力的问题。考虑谐波发射分量与其附近的强发射值关联性强的因素，针对主导谐波EMI发射的先期调整，降低了谐波发射频段出现问题的可能性，提高了电磁兼容整改工作的针对性和有效性。

Description

一种针对谐波分量量化推算迭代的EMI诊断修复方法

技术领域

本发明涉及一种EMI(Electromagnetic Interference，电磁干扰)快速诊断方法，更特别地说，是一种利用先验的谐波分量来简化测试手段，从而形成的一种针对EMI的快速诊断方法，属于电磁兼容技术测设领域。

背景技术

在多个设备协同工作的电子、电气系统中，某一设备的产生的电磁干扰会通过传导发射(CE)和辐射发射(RE)等方式耦合至另一设备上，造成另一设备的性能下降，甚至无法正常工作。随着集成电路的越来越精密化和系统设备的日益复杂化，系统对电磁兼容的要求一直受到人们的广泛关注。

在电子、电气系统中设计制造后期。会对其进行各种EMC(Electro MagneticCompatibility，电磁兼容)标准的测试，以表明该产品的电磁兼容性能合格。例如GJB152A-97《军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量》中有一套非常细致、详尽的测试方法。而厂家在做先期调整过程中，往往也是先完全过一遍军标涉及的指标，仿真拟合得到测试曲线后再做调整。而完全过一遍军标中列举事项需要好几天时间，进行几轮调整，需要一个漫长的过程，大大加长了产品的研发时间。

发明内容

为了能在电磁兼容调整期间内，能够快速有效地定位多个设备协同工作的电子、电气系统中EMI发射频点，本发明提出了一种基于先验谐波分量，对EMI测试的快速整改方法。在该方法中依靠对EMI产生设备的谐波发射的预先判断，对测试点做出了优先级地选择，采用量化推算迭代策略解决了在原先依照军标逐点测试针对性不强，费时费力的问题。考虑谐波发射分量与其附近的强发射值关联性强的因素，针对主导谐波EMI发射的先期调整，降低了谐波发射频段出现问题的可能性，提高了电磁兼容整改工作的针对性和有效性。

本发明的一种在已知谐波分量下的适于EMI的量化推算迭代策略的整改方法，依据该方法进行的整改包括有下列步骤：

第一步：计算GJB152A-97标准中所需测频点及其带宽P_i(f，B)；

第二步：计算多个设备协同工作的电子、电气系统中的三阶谐波发射点，针对对应的所述P_i(f，B)进行测试，并对其结果进行EMI调整；

第三步：计算多个设备协同工作的电子、电气系统中的五阶谐波发射点，以及迭代包含在第二步骤中出现问题频率组合方式的的七阶谐波发射点，针对对应的所述P_i(f，B)进行测试，并对其结果进行EMI调整；

第四步：计算多个设备协同工作的电子、电气系统中的余下七阶谐波发射点，以及迭代包含在第三步骤中出现问题频率组合方式的的九阶谐波发射点，针对对应的所述P_i(f，B)进行测试，并对其结果进行EMI调整；

第五步：计算多个设备协同工作的电子、电气系统中余下九阶谐波发射点，针对对应的所述P_i(f，B)进行测试，并对其结果进行EMI调整；

第六步：对剩余非谐波的杂散波分量，采取变步长测试，进行测试并针对其结果进行EMI调整。

在本发明中，每个步骤中的电磁兼容整改包括有(a)在大功率信号输出端增加滤波器；或(b)选用线性特性更好的功率放大器；或(c)干扰设备采用良好接地措施；或(d)加强干扰设备机箱屏蔽效果。

本发明基于对测试频带内频点出现问题概率大小不同，对测试频带进行优先级区分，并螺旋式调整，其优点在于：

(1)针对EMI问题主要由谐波发射所引起的特性，集中对少量频段利用量化推算迭代策略进行测试，对电磁兼容调整更有针对性。

(2)三阶以内的谐波发射对结果影响最大，五阶次之，七阶和九阶再次之，对他们进行优先级区分，并进行边测试边调整的方式，可以对谐波影响方式更有把握。

(3)由于杂散发射与其附近谐波发射有非常大的关系，在先期对谐波发m射的多次调整中，也间接地改善了杂散发射。

(4)对出现干扰概率较低但占据绝大部分测试频带的杂散发射分量，采取粗略测试，大大加快了测试的速度。

附图说明

图1是一般干扰设备的发射频谱图。

图2是基于干扰设备的九次以内谐波发射量化示意图。

图3是本发明的三阶以内谐波测试量化示意图。

图4是本发明的五阶及部分七阶谐波测试量化示意图。

图5是本发明的七阶及部分九阶谐波测试量化示意图。

图6是本发明的余下九阶谐波测试量化示意图。

图7是本发明的杂散波变步长测试区域示意图。

图8是本发明的杂散波区域变步长测试量化具体步骤示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

为了能在进行电磁兼容调整期间有效缩短研发工期，本发明提出了一种基于先验谐波分量，对EMI测试的快速整改方法。由于谐波发射的能量较之杂散发射的能量约高出20dB，而杂散发射分量也往往与之附近的谐波发射分量的能量值有较大关系。出于对费效比的考虑，首先对谐波发射分量进行测量、调整，再对杂散发射分量进行测量、调整的方式可以缩短测试工期，对调整更有针对性。其中对于容易产生EMI干扰设备可从以下几个方面进行EMI整改：(a)在大功率信号输出端增加滤波器；或(b)选用线性特性更好的功率放大器；或(c)干扰设备采用良好接地措施；或(d)加强干扰设备机箱屏蔽效果。

在《微波工程(第三版)》第430-433页公开了，一个普通的非线性网络，它有输入电压v_i和输出电压v_o。在最为一般的情况下，非线性电路的输出响声应可展开成输入电压v_i表示的泰勒级数

在第432页中，考虑一个双音调输入电压，它含有两个靠得很近的频率ω₁和ω₂，即v_i＝V₀(cosω₁t+cosω₂t)，t表示信号传输时间。

依据泰勒级数

得到一个双信号的交调输出：

v_i＝V₀(cosω₁t+cosω₂t)

$v_o=a_0+a_1{V}_0(\cos {\mathrm{\ω}}_{1}t+\cos {\mathrm{\ω}}_{2}t)+a_2{V}_0^2{(\cos {\mathrm{\ω}}_{1}t+\cos {\mathrm{\ω}}_{2}t)}^2$

$a_3{V}_0^3{(\cos {\mathrm{\ω}}_{1}t+\cos {\mathrm{\ω}}_{2}t)}^3+\·\·\·$

$=a_0+a_1{V}_0\cos {\mathrm{\ω}}_{1}t+a_1{V}_0\cos {\mathrm{\ω}}_{2}t+\frac{1}{2}{a}_2{V}_0^2(1+\cos 2{\mathrm{\ω}}_{1}t)+\frac{1}{2}{a}_2{V}_0^2(1+\cos 2{\mathrm{\ω}}_{2}t)$

$+a_2{V}_0^2\cos ({\mathrm{\ω}}_1-{\mathrm{\ω}}_2)t+a_2{V}_0^2\cos ({\mathrm{\ω}}_1+{\mathrm{\ω}}_2)t+$

$+a_3{V}_0^3(\frac{3}{4}\cos {\mathrm{\ω}}_{1}t+\frac{1}{4}\cos 3{\mathrm{\ω}}_{1}t)+a_3{V}_0^3(\frac{3}{4}\cos {\mathrm{\ω}}_{2}t+\frac{1}{4}\cos {\mathrm{\ω}}_{2}t)+$

$+a_3{V}_0^3[\frac{3}{2}\cos {\mathrm{\ω}}_{2}t+\frac{3}{4}\cos \left(2{\mathrm{\ω}}_1{-\mathrm{\ω}}_2\right)t+\frac{3}{4}\cos (2{\mathrm{\ω}}_1+{\mathrm{\ω}}_2)t]+$

$+a_3{V}_0^3[\frac{3}{2}\cos {\mathrm{\ω}}_{1}t+\frac{3}{4}\cos (2{\mathrm{\ω}}_2-{\mathrm{\ω}}_1)t+\frac{3}{4}\cos (2{\mathrm{\ω}}_2+{\mathrm{\ω}}_1)t]+\·\·\·$

这里已利用三角函数恒等式展开了原来的表达式。可以看出，输出频谱包含有以下形式的谐频mω₁+nω₂，m，n＝0，±1，±2，±3，…。

为了类推至k个信号同时通过一个非线性网络时，则对谐频mω₁+nω₂，m，n＝0，±1，±2，±3，…中的m可以换用n₁表征，n可以换用n₂表征，则有n₁ω₁+n₂ω₂，且n₁，n₂＝0，±1，±2，±3，…。当k个信号同时通过该非线性网络时，输出端的应包含以下形式的频谱n₁ω₁+n₂ω₂+…n_kω_k，且n₁，n₂…n_k＝0，±1，±2，±3，…，ω₁表示第1个信号的频率，ω₂表示第2个信号的频率，ω_k表示第k个信号的频率，V₀表示合成输出信号的电压包络。

由理想输出端频谱形式可知，带外发射能量主要集中在谐波频点上，且低次谐波的能量要比高次谐波在量值上要高。首先用频谱检测仪对干扰设备的带外发射进行一次快速检测，所得带外发射频谱如图1所示。在本发明中，将带外发射频谱图的谐波量值进行数学峰值量化后可得到9次以内谐波频谱图示意图可由图2所示。为了能在进行电磁兼容调整期间有效缩短研发工期，本发明提出了一种基于先验谐波分量，对EMI测试的快速整改方法，依据该方法进行的整改包括有下列步骤：

第一步骤：计算标准中所测频点及其带宽P_i(f，B)，f表示所需测试的频点的频率，B表示频点的带宽，如依照GJB 152A-97《军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量》第6页的表2中规定了带宽和测量时间：

第二步骤：计算三阶以内谐波发射点f_3H，j，即f_3H，j＝n₁ω₁+n₂ω₂+…n_kω_k，求所有组合(n₁，n₂…n_k)，使|n₁|+|n₂|+…+|n_k|≤3；然后找出f_3H，j所对应测试频带P_3H，j(f，B)，并进行EMI测试，得到P_3H，j(f，B)下的干扰状态；最后对该干扰状态进行电磁兼容整改(EMI整改)，如图3所示；

在此步骤中所述电磁兼容整改包括有(a)在大功率信号输出端增加滤波器；或(b)选用线性特性更好的功率放大器；或(c)干扰设备采用良好接地措施；或(d)加强干扰设备机箱屏蔽效果。

第三步骤：计算五阶谐波发射点f_5H，j，即f_5H，j＝n₁ω₁+n₂ω₂+…n_kω_k，求所有组合(n₁，n₂…n_k)，使|n₁|+|n₂|+…+|n_k|＝5；以及迭代包含在第二步中出现问题频率组合方式的的七阶谐波f_7H，j，找出f_5H，j、f_7H，j所对应测试频带P_5H，7H，j(f，B)，若P_5H，7H，j(f，B)未进行过测试，则进行EMI测试，从而得到P_5H，7H，j(f，B)下的干扰状态；最后对该干扰状态进行电磁兼容整改(EMI整改)，如图4所示；

在此步骤中所述电磁兼容整改包括有(a)在大功率信号输出端增加滤波器；或(b)选用线性特性更好的功率放大器；或(c)干扰设备采用良好接地措施；或(d)加强干扰设备机箱屏蔽效果。

第四步骤：计算剩余七阶谐波发射点f_7H，j，f_7H，j＝n₁ω₁+n₂ω₂+…n_kω_k，求所有组合(n₁，n₂…n_k)，使|n₁|+|n₂|+…+|n_k|＝7；以及迭代包含在第三步中出现问题频率组合方式的的九阶谐波f_9H，j，找出f_7H，j、f_9H，j所对应测试频带P_7H，9H，j(f，B)，若P_7H，9H，j(f，B)未进行过测试，则进行EMI测试，从而得到P_7H，9H，j(f，B)下的干扰状态；最后对该干扰状态进行电磁兼容整改(EMI整改)，如图5所示；

在此步骤中所述电磁兼容整改包括有(a)在大功率信号输出端增加滤波器；或(b)选用线性特性更好的功率放大器；或(c)干扰设备采用良好接地措施；或(d)加强干扰设备机箱屏蔽效果。

第五步骤：计算剩余九阶谐波发射点f_9H，j，f_9H，j＝n₁ω₁+n₂ω₂+…n_kω_k，求所有组合(n₁，n₂…n_k)，使|n₁|+|n₂|+…+|n_k|＝9。找出f_9H，j所对应测试频带P_9H，j(f，B)，若P_9H，j(f，B)未进行过测试，则进行EMI测试，从而得到P_9H，j(f，B)下的干扰状态；最后对该干扰状态进行电磁兼容整改(EMI整改)，如图6所示。

在此步骤中所述电磁兼容整改包括有(a)在大功率信号输出端增加滤波器；或(b)选用线性特性更好的功率放大器；或(c)干扰设备采用良好接地措施；或(d)加强干扰设备机箱屏蔽效果。

在针对9阶谐波测试整改以后，大部分电磁兼容故障已可解决，所以对余下杂散波区域(如图7)进行宽频谱变步长测试。

第六步骤：针对杂散波区域采用8倍步长进行杂散波分量，而8倍步长的测试结构如图8所示，在图8中的频段A1、A2、A3…所示。以其中频段A2为例说明，频段A1、A3…可类推。

第6-1步骤：首先对频段A2进行8倍步长的发射值测量，若所测量值减去9.03dB在标准曲线下方或平行者可视为该频带内合格。可直接跳出该频段测试，进入下一频段A3测试。若不合格(标准曲线上方)，则进行频谱分为2个4倍步长频段区域B、C，进入第6-2步骤进行测试。

第6-2步骤：以B为例说明，C频段可类推，对频段B进行4倍步长的发射值测量，若所测量值减去6.02dB在标准曲线下方或平行者可视为该频带内合格。可直接跳出该频段测试，进入下一频段C测试。若不合格(标准曲线上方)，则进行频谱分为2个4倍步长频段区域D、E，进入第6-3步骤进行测试。

第6-3步骤：以D为例说明，E频段可类推，对频段D进行2倍步长的发射值测量，若所测量值减去3.01dB在标准曲线下方或平行者可视为该频带内合格。可直接跳出该频段测试，进入下一频段E测试。若不合格(标准曲线上方)，则进行频谱分为2个2倍步长频段区域H、I，进入第6-4步骤进行测试。

第6-4步骤：以H为例说明，I频段可类推，对频段H进行1倍步长的发射值测量，若所测量值在标准曲线下方或平行者可视为该频带内合格。可直接跳出该频段测试，进入下一频段I测试。若不合格(标准曲线上方)，则针对该频段进行电磁兼容整改(EMI整改)；

在此步骤中所述电磁兼容整改包括有(a)在大功率信号输出端增加滤波器；或(b)选用线性特性更好的功率放大器；或(c)干扰设备采用良好接地措施；或(d)加强干扰设备机箱屏蔽效果。

为了验证本发明方法的有效性，在一般的干扰发射频带上，本发明中采用变步长测试的杂散波频段占总的测试频段的95％以上，且在这些杂散波频段上出现超标现象的概率在8％左右。而经过先期5％的谐波分量的测试、整改后，这些杂散波频段上出现超标现象的概率可进一步降低到2％左右。

在电磁兼容测试过程中，在1000个测试频点的频段上，采用逐点测试的方式，需要测1000次；而采用本发明方法，5％的谐波分量(50个测试频点)，需要50次的测试，95％的杂散波分量(950个测试频点)以98％的概率(931个测试频点)在8倍步长中测试合格，只需要测试119次，2％的杂散波(19个测试频点)测试不合格，平均查找、测试次数为19次。本发明方法总共需要测试次数为50+119+19＝188次，仅为原始方法的18.8％，大大缩短了电磁兼容整改中花在测试上的时间。

Claims (2)

1.一种在已知谐波分量下的适于EMI的量化推算迭代策略的整改方法，其特征在于整改包括有下列步骤：

第一步骤：计算所需测试频点及测试频点对应的带宽P_i(f，B)；

第二步骤：计算多个设备协同工作的电子、电气系统中的三阶谐波发射点，针对对应的所述P_i(f，B)进行测试，并对其结果进行EMI调整；所述EMI调整包括有(a)在大功率信号输出端增加滤波器；或(b)选用线性特性更好的功率放大器；或(c)干扰设备采用良好接地措施；或(d)加强干扰设备机箱屏蔽效果；

第三步骤：计算多个设备协同工作的电子、电气系统中的五阶谐波发射点，以及迭代包含在第二步骤中出现问题频率组合方式的的七阶谐波发射点，针对对应的所述P_i(f，B)进行测试，并对其结果进行EMI调整；所述EMI调整包括有(a)在大功率信号输出端增加滤波器；或(b)选用线性特性更好的功率放大器；或(c)干扰设备采用良好接地措施；或(d)加强干扰设备机箱屏蔽效果；

第四步骤：计算多个设备协同工作的电子、电气系统中的余下七阶谐波发射点，以及迭代包含在第三步骤中出现问题频率组合方式的的九阶谐波发射点，针对对应的所述P_i(f，B)进行测试，并对其结果进行EMI调整；所述EMI调整包括有(a)在大功率信号输出端增加滤波器；或(b)选用线性特性更好的功率放大器；或(c)干扰设备采用良好接地措施；或(d)加强干扰设备机箱屏蔽效果；

第五步骤：计算多个设备协同工作的电子、电气系统中余下九阶谐波发射点，针对对应的所述P_i(f，B)进行测试，并对其结果进行EMI调整；所述EMI调整包括有(a)在大功率信号输出端增加滤波器；或(b)选用线性特性更好的功率放大器；或(c)干扰设备采用良好接地措施；或(d)加强干扰设备机箱屏蔽效果；

第六步骤：对剩余非谐波的杂散波分量，采取变步长测试，进行测试并针对其结果进行EMI调整；所述EMI调整包括有(a)在大功率信号输出端增加滤波器；或(b)选用线性特性更好的功率放大器；或(c)干扰设备采用良好接地措施；或(d)加强干扰设备机箱屏蔽效果。

2.根据权利要求1所述的一种在已知谐波分量下的适于EMI的量化推算迭代策略的整改方法，其特征在于：在第六步骤中的变步长测试为8倍步长方式；具体处理方式为：

第6-1步骤：首先对频段A2进行8倍步长的发射值测量，若所测量值减去9.03dB在标准曲线下方或平行者视为该频带内合格；直接跳出该频段测试，进入下一频段A3测试；若不合格，则进行频谱分为2个4倍步长频段区域B、C，进入第6-2步骤进行测试；

第6-2步骤：以B为例说明，C频段类推，对频段B进行4倍步长的发射值测量，若所测量值减去6.02dB在标准曲线下方或平行者视为该频带内合格；直接跳出该频段测试，进入下一频段C测试；若不合格，则进行频谱分为2个4倍步长频段区域D、E，进入第6-3步骤进行测试；

第6-3步骤：以D为例说明，E频段类推，对频段D进行2倍步长的发射值测量，若所测量值减去3.01dB在标准曲线下方或平行者视为该频带内合格；直接跳出该频段测试，进入下一频段E测试；若不合格，则进行频谱分为2个2倍步长频段区域H、I，进入第6-4步骤进行测试；

第6-4步骤：以H为例说明，I频段类推，对频段H进行1倍步长的发射值测量，若所测量值在标准曲线下方或平行者视为该频带内合格；直接跳出该频段测试，进入下一频段I测试；若不合格，则针对该频段进行EMI调整；所述EMI调整包括有(a)在大功率信号输出端增加滤波器；或(b)选用线性特性更好的功率放大器；或(c)干扰设备采用良好接地措施；或(d)加强干扰设备机箱屏蔽效果。

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