CN111781457A - 一种用于电子产品emc传导发射的测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于电子产品EMC传导发射的测试系统及方法，所述测试系统包括电源、采集设备以及待测电子产品，所述电源与所述待测电子产品连接，所述采集设备的探头连接至所述电源与所述待测电子产品之间的端口，所述采集设备将采样获得的时域波形数据通过预设软件进行FFT频域分析以获得频域幅值，并根据所述频域幅值对所述待测电子产品进行变更，并对所述待测电子产品进行多次采样和FFT频域分析以达到变更后的频域幅值降低到预期值以下。本发明的一个或多个实施例可有效降低电子产品EMC测试成本，缩短了产品开发整改周期，提高开发效率，并且测试灵活，可针对不同的信号线或电源线做独立分析。
Description
技术领域
本发明涉及电磁兼容性测试技术领域，特别是涉及一种用于电子产品EMC传导发射的测试系统及方法。
背景技术
传导发射测试作为EMC(电磁兼容)测试中不可或缺的一部分，其主要是考察产品通过导体(如信号线，电源线或其他金属体等)传播的电磁噪声能量的大小。以汽车电子产品为例，若其传播的电磁噪声能量过大，很有可能造成整车中其他组件工作状态异常，甚至影响行车安全。为了在整车复杂的电磁环境下，各部件都能满足正常工作的需求，国际上各电磁兼容组织机构针对汽车零部件在正常工作时传播的电磁噪声能量均提出了限值要求。
传导发射电压法的测试设备通常由测量接收机、LISN(人工电源网络)、电池、50Ω负载及同轴电缆组成。
电池的供电经人工电源网络滤波后连接至DUT(待测样品)，人工电源网络的其中一个测量端口通过连接性良好的同轴电缆和测量接收机相连，另一测试端口连接50Ω负载。当DUT模拟典型工作状况运行时，所产生的射频骚扰信号将会通过人工电源网络上靠近DUT一侧的耦合电容，转接至测量接收机，测量接收机能够将由人工电源网络输入的干扰信号中预先设定的频率分量以一定的通频带选择出来，予以显示和记录，连续改变设定频率便能得到干扰信号的频谱。
若电子产品研发部门的EMC试验资源有限，对于传导发射问题的整改大多数会在第三方EMC实验室进行。这种做法有很多弊端：
第一、验证周期长，实验室资源需要提前半个月或一个月预约；
第二、试验费用高，每次整改价格不菲，且每类产品基本上都需要多次整改；
第三、产品迭代慢，延长了硬件设计优化的周期，违背新产品开发周期短的要求。
发明内容
基于此，有必要针对现有传导发射测试系统存在的问题，提供一种用于电子产品EMC传导发射的测试系统及方法。
本发明的一个或多个实施例公开的一种用于电子产品EMC传导发射的测试系统，所述测试系统包括电源、采集设备以及待测电子产品，所述电源与所述待测电子产品连接，所述采集设备的探头连接至所述电源与所述待测电子产品之间的端口，所述采集设备将采样获得的时域波形数据通过预设软件进行FFT频域分析以获得频域幅值，并根据所述频域幅值对所述待测电子产品进行变更，并对所述待测电子产品进行多次采样和FFT频域分析以达到变更后的频域幅值降低到预期值以下。
一个或多个实施例中，所述测试系统还包括负载，所述负载接于所述电源的正负极，所述负载与所述待测电子产品连接。
一个或多个实施例中，所述测试系统还包括人工电源网络，所述电源通过所述人工电源网络与所述待测产品连接，所述采集设备的探头连接至所述人工电源网络的端口。
一个或多个实施例中，所述待测电子产品和所述负载通过大铜板或镀锌钢板接地。
一个或多个实施例中，所述待测电子产品的底部设有绝缘支撑板。
一个或多个实施例中，所述采集设备为示波器，所述示波器的带宽为500MHz以上。
本发明的一个或多个实施例还公开了一种用于电子产品EMC传导发射的测试方法，所述测试方法在所述的用于电子产品EMC传导发射的测试系统执行如下步骤：
S1.所述测试系统的采集设备采样待测电子产品工作时的时域波形数据；
S2.采取预设软件对所采集的时域波形数据进行FFT频域分析，得到第1次频域幅值；
S3.将所述第1次频域幅值与预设EMC测试值进行比较，并以所述第1次频域幅值为基准，对待测电子产品进行设计变更的修改；
S4.重复步骤S1和步骤S2，得到第2...n次频域幅值，并对比变更前后的频域幅值，直至变更后频域幅值降低至预期值以下。
一个或多个实施例中，步骤S3中，
所述预设EMC测试值是基于相关的测试标准在第三方EMC实验室进行传导发射测试以获得的EMC测试值，并基于所述预设EMC测试值分析传导发射噪声分量的噪声源和传播路径。
一个或多个实施例中，步骤S2中，采取预设软件对所采集的时域波形数据进行FFT频域分析的步骤包括：
S20.在所述预设软件中导入步骤S1的时域波形数据，并按照带宽进行分段，分别对每段带宽的数据进行FFT变换；
S21.调用所述预设软件的绘图命令对所述FFT变换的结果绘制频谱图，所述频谱图的横坐标代表频率，纵坐标代表幅值。
一个或多个实施例中，所述步骤S20包括：
S200.在带宽分段时，对频率在30MHz以下，取带宽为9K；对频率在30MHz以上，取带宽为120K；
S201.在FFT变换时，采取减去均值的方法去掉直流分量，以提取交流量。
本发明的一个或多个实施例提供的一种用于电子产品EMC传导发射的测试系统及方法，可以使一般的电子工程师经过简单的培训，就能完成出电子产品的传导发射测试，操作简单，省时，易于推广。同时，本发明的一个或多个实施例可有效降低电子产品EMC测试成本，使用示波器、电源、电脑等常见设备便可完成测试，无额外的研发成本。其次，不受限于第三方实验室排期，随时测试，能快速的验证不同的整改方案，缩短了产品开发整改周期，提高开发效率。另外，本发明的一个或多个实施例测试灵活，可针对不同的信号线或电源线做独立分析。
附图说明
图1为一个或多个实施例中用于电子产品EMC传导发射的测试系统的框图；
图2为一个或多个实施例中用于电子产品EMC传导发射的测试系统的FFT分析的流程图；
图3为一个或多个实施例中用于电子产品EMC传导发射的测试方法的流程图。
标号说明：
100：电源；200：采集设备；300：待测电子产品；400：人工电源网络；500：负载；600：绝缘支撑板；700：接地铜板；800：第一端口；900：第二端口。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一端口称为第二端口，且类似地，可将第二端口本称为第一端口。
传导发射(Conducted Emission)测试，通常也会被成为骚扰电压测试，只要有电源线的产品都会涉及到，包括许多直流供电产品，另外，信号/控制线在不少标准中也有传导发射的要求，通常用骚扰电压或骚扰电流的限值(两者有相互转换关系)来表示。传导发射测试限值：随不同标准，不同的产品分类(Group 1/2，Class A/B)而限值不同。
图1为一个或多个实施例中的框图，如图所示。一种用于电子产品EMC传导发射的测试系统，所述测试系统包括电源100、采集设备200以及待测电子产品300。
电源100与待测电子产品300连接，采集设备200的探头连接至电源100与待测电子产品300之间的第一端口800，采集设备200将采样获得的时域波形数据通过预设软件进行FFT频域分析以获得频域幅值，并根据所述频域幅值对待测电子产品300进行变更，并对待测电子产品300进行多次采样和FFT频域分析以达到变更后的频域幅值降低到预期值以下。
需要说明的是，以第一次获得的频域幅值为基准，之后进行每次设计变量的修改，修改后的频域幅值与基准做对比，以判断整改后的EMC效果，这样无需在第三方EMC实验室测试即可迅速得到整改后的效果，大大提升了整改的效率。
一个或多个实施例中，根据实际测试系统的需要，所述测试系统还可以包括人工电源网络400，电源100通过人工电源网络400与待测电子产品300连接。如果所述测试系统是通过人工电源网络的端口采集数据，那么采集设备200的探头可连接至人工电源网络400的第二端口900。
如果所述待测电子产品300不连接人工电源网络400，而是直接与电源100连接，那么在所述测试系统通过预设软件进行FFT频域分析时，则需要去掉信号包含的直流分量，才会得到骚扰信号转换后的频域幅值。
一个或多个实施例中，根据实际测试系统的需要，所述测试系统还可以包括负载500，负载500接于电源100的正负极，负载100与待测电子产品300连接。
一个或多个实施例中，根据实际测试系统的需要，如果待测电子产品300或负载500需要接地，可以通过接地铜板700(大铜板或镀锌钢板)接地，也可以利用较粗的电线或铜带进行接地。若待测电子产品300或负载500无需接地，则利用绝缘材料将其垫高，无需接地。
一个或多个实施例中，所述电源100可采用车载电池。
一个或多个实施例中，所述采集设备200可采用示波器。利用示波器代替现有技术的测量接收机采集待测电子产品300工作时电源线或信号线端的时域波形数据。测量接收机实际上是一台超外差式选频电压表，骚扰波形通常是由很多频率的波形组成的，测量接收机可用来测量这些频率的电压幅值，进行时域信号和频域信号的转换。而这种特性也可以利用示波器采集来实现，目前大多数示波器也自带有FFT(Fast FourierTransformation，简称“FFT”，快速傅氏变换)功能。快速傅氏变换，是离散傅氏变换(DFT)的快速算法，它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。
图3为一个或多个实施例中用于电子产品EMC传导发射的测试方法的流程图，如图所示。一种用于电子产品EMC传导发射的测试方法，所述测试方法在上述的用于电子产品EMC传导发射的测试系统执行如下步骤：
S1.所述测试系统的采集设备采样待测电子产品工作时的时域波形数据。
时域是描述数学函数或物理信号对时间的关系，例如一个信号的时域波形可以表达信号随着时间的变化。若考虑离散时间，时域中的函数或信号，在各个离散时间点的数值均为已知。若考虑连续时间，则函数或信号在任意时间的数值均为已知。所以在研究时域的信号时，常会用示波器将信号转换为其时域的波形。
S2.采取预设软件对所采集的时域波形数据进行FFT频域分析，得到第1次频域幅值。
虽然大多数的示波器自带有FFT功能，但是由于示波器自带的FFT功能，采样点数较少，转换结果并不准确。所以本发明的一个或多个实施例是采取自主开发的预设软件进行FFT分析。由于汽车传导骚扰信号的频率范围是0.15MHz-108MHz，因此示波器的带宽只要500MHz以上便可满足需求，大大节约了测试仪器的成本。此外，用自主开发的预设软件还有一个优势是可以实现多组时域波形数据的批量FFT分析，提高效率。
其中，采取预设软件对所采集的时域波形数据进行FFT频域分析的步骤包括(如图2所示)：
S20.在所述预设软件中导入步骤S1的时域波形数据，并按照带宽进行分段，分别对每段带宽的数据进行FFT变换。
所述步骤S20具体包括以下步骤：
S200.在带宽分段时，对频率在30MHz以下，取带宽为9K；对频率在30MHz以上，取带宽为120K。
所述带宽是根据频率进行分段的，因为高频段对频率分辨率要求较高，该实施例是以30MHz为界进行划分，但本发明的一个或多个实施例不限于此，根据测试系统的实际需要，也可以按照其它频率值进行划分。
S201.在FFT变换时，采取减去均值的方法去掉直流分量，以提取交流量。
其中，导入的时域波形数据格式为.csv数据。对带宽分段之后，分别对每段带宽进行FFT计算，然后通过纵、横轴单位换算，并将计算结果填入统一数据。
S21.调用所述预设软件的绘图命令对所述FFT变换的结果绘制频谱图，所述频谱图的横坐标代表频率，纵坐标代表幅值。
S3.将所述第1次频域幅值与预设EMC测试值进行比较，并以所述第1次频域幅值为基准，对待测电子产品进行设计变更的修改。
其中，所述预设EMC测试值是基于相关的测试标准在第三方EMC实验室进行传导发射测试以获得的EMC测试值，并基于所述预设EMC测试值分析传导发射噪声分量的噪声源和传播路径。
其中，对待测电子产品进行设计变更的修改，可以从硬件或软件上进行修改。
S4.重复步骤S1和步骤S2，得到第2...n次频域幅值，并对比变更前后的频域幅值，直至变更后频域幅值降低至预期值以下。
以下通过一个具体实施例对本发明的一个或多个实施例所述用于电子产品EMC传导发射的测试方法进行说明。
一实施例：以汽车电子产品为例。
步骤1：按照相关的测试标准在第三方EMC实验室进行传导发射测试，并基于该测试结果分析噪声源和传导路径。
步骤2：在自己的实验室内进行简易测试环境搭建，利用示波器、电池等常见设备进行试验台架搭建，获取原始数据。其搭建的具体步骤如下：
利用直流稳压源、车载电池、示波器等设备搭建简易测试环境，如果待测电子产品需要接地，则将直流电源和车载电池负极跟样品用较粗的电线或铜带相连接。
将待测电子产品和负载连接至电池，连接线束长度需满足试验要求。当待测电子产品在实车上的接地线长度大于200mm时，采用远端接地方式，否则，采用近端接地方式。连接时，线束应保持整齐有序。
若有人工电源网络，针对远端接地，示波器应分别采集人工电源网络的正负极测试端口的数据，另一侧用50Ω负载堵住(如有)。针对近端接地，仅测试人工电源网络的正极测试端口数据；若无人工电源网络，可将待测电子产品与电池直接相连，示波器通过电源线正负极端口采集数据，此时测取的信号包含直流量及电池本身带来的噪声。考虑到电源(电池)噪声一般为低频噪声，不会给分析带来大的干扰，故可以不考虑。直流分量将在FFT程序中进行处理。
若无接地的大铜板，可用较粗的电源线或铜带将需要接地的样件或负载连接至电池负极，若有，将需要接地的样件或负载及电池负极就近接地，就近接地的线束长度不得大于20mm，同时保证连接可靠性。以靠近电池负极或接地铜板作为示波器探头的接地点。
步骤3：利用示波器代替测量接收机采集被测样件工作时电源线或信号线端的时域波形数据。
测量接收机实际上是一台超外差式选频电压表，骚扰波形通常是由很多频率的波形组成的，测量接收机可用来测量这些频率的电压幅值，进行时域信号和频域信号的转换。这种特性也可以利用示波器采集来实现。
步骤4：利用预设软件对所采集的时域波形数据进行FFT频域分析，得到的频域幅值结果与步骤1的实验室结果作对比，并作为以后修改设计变量的基准。
具体的，对获取的原始数据(时域波形数据)，可导入如MATLAB软件进行FFT频域分析，得到处理后的频域幅值，如图2所示。
待分析数据为经采样后的离散型时域信号，若直接调用Matlab自身封装的FFT函数，其结果会比较笼统，为提高数据利用率，本发明的一个或多个实施例可采取自开发的预设软件中的FFT程序采用带宽分割法，分别对每个带宽内的数据做FFT计算，考虑到高频段对频率分辨率要求较高，可以以30MHz为界，30MHz以下取带宽为9k，30MHz以下取带宽为120k。此外，为提取交流量，在FFT变换时通过减去均值的方法去掉了直流分量。
虽然目前大多数示波器也自带有FFT功能，但采样点数较少，转换结果并不准确。因此本发明的一个或多个实施例利用自主开发的自动化软件进行FFT分析。由于汽车传导骚扰信号的频率范围是0.15MHz-108MHz，因此示波器的带宽只要500MHz以上便可满足需求，大大节约了测试仪器的成本。此外，利用自主开发的自动化软件可以实现多组时域波形数据的批量FFT分析，提高效率。
步骤5：针对得到的频域幅值，对待测电子产品进行设计变更(可以从待测电子产品工作状况的硬件及软件方面进行变更)，再次进行测量和FFT分析。
步骤6：对比变更前后的FFT频域幅值，判断变更对EMC表现是否有改善。
步骤7：多次循环变更，以达到让关键频段的FFT频域幅值降到预期值以下的目的，得出有效的设计优化措施。
由此可见，本发明的一个或多个实施例，不受限于第三方实验室排期，随时测试，能快速的验证不同的整改方案，缩短了产品开发整改周期，提高开发效率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种用于电子产品EMC传导发射的测试系统，其特征在于，所述测试系统包括电源、采集设备以及待测电子产品，所述电源与所述待测电子产品连接，所述采集设备的探头连接至所述电源与所述待测电子产品之间的端口，所述采集设备将采样获得的时域波形数据通过预设软件进行FFT频域分析以获得频域幅值，并根据所述频域幅值对所述待测电子产品进行变更，并对所述待测电子产品进行多次采样和FFT频域分析以达到变更后的频域幅值降低到预期值以下。
2.如权利要求1所述的用于电子产品EMC传导发射的测试系统，其特征在于，所述测试系统还包括负载，所述负载接于所述电源的正负极，所述负载与所述待测电子产品连接。
3.如权利要求2所述的用于电子产品EMC传导发射的测试系统，其特征在于，所述测试系统还包括人工电源网络，所述电源通过所述人工电源网络与所述待测产品连接，所述采集设备的探头连接至所述人工电源网络的端口。
4.如权利要求2所述的用于电子产品EMC传导发射的测试系统，其特征在于，所述待测电子产品和所述负载通过大铜板或镀锌钢板接地。
5.如权利要求1所述的用于电子产品EMC传导发射的测试系统，其特征在于，所述待测电子产品的底部设有绝缘支撑板。
6.如权利要求1所述的用于电子产品EMC传导发射的测试系统，其特征在于，所述采集设备为示波器，所述示波器的带宽为500MHz以上。
7.一种用于电子产品EMC传导发射的测试方法，其特征在于，所述测试方法在所述权利要求1-6任一项所述的用于电子产品EMC传导发射的测试系统执行如下步骤：
S1.所述测试系统的采集设备采样待测电子产品工作时的时域波形数据；
S2.采取预设软件对所采集的时域波形数据进行FFT频域分析，得到第1次频域幅值；
S3.将所述第1次频域幅值与预设EMC测试值进行比较，并以所述第1次频域幅值为基准，对待测电子产品进行设计变更的修改；
S4.重复步骤S1和步骤S2，得到第2...n次频域幅值，并对比变更前后的频域幅值，直至变更后频域幅值降低至预期值以下。
8.如权利要求7所述的用于电子产品EMC传导发射的测试方法，其特征在于，步骤S3中，
所述预设EMC测试值是基于相关的测试标准在第三方EMC实验室进行传导发射测试以获得的EMC测试值，并基于所述预设EMC测试值分析传导发射噪声分量的噪声源和传播路径。
9.如权利要求7所述的用于电子产品EMC传导发射的测试方法，其特征在于，步骤S2中，采取预设软件对所采集的时域波形数据进行FFT频域分析的步骤包括：
S20.在所述预设软件中导入步骤S1的时域波形数据，并按照带宽进行分段，分别对每段带宽的数据进行FFT变换；
S21.调用所述预设软件的绘图命令对所述FFT变换的结果绘制频谱图，所述频谱图的横坐标代表频率，纵坐标代表幅值。
10.如权利要求9所述的用于电子产品EMC传导发射的测试方法，其特征在于，所述步骤S20包括：
S200.在带宽分段时，对频率在30MHz以下，取带宽为9K；对频率在30MHz以上，取带宽为120K；
S201.在FFT变换时，采取减去均值的方法去掉直流分量，以提取交流量。
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