TWI445971B - 信號量測系統 - Google Patents

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TWI445971B TW101126259A TW101126259A TWI445971B TW I445971 B TWI445971 B TW I445971B TW 101126259 A TW101126259 A TW 101126259A TW 101126259 A TW101126259 A TW 101126259A TW I445971 B TWI445971 B TW I445971B
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Description

信號量測系統
本發明係指一種量測系統，尤指一種可透過一探針接觸一接點，以準確地測量該接點之一信號之特性，並透過複數個電容，針對所欲測量之一特定頻率範圍進行濾波，於一頻譜分析儀顯示該信號的能量相對於頻譜之資訊的量測系統。
隨著科技的進步，現今電子產品都以小型化及高性能為目標，使得電路板上元件的分佈密度不斷提升，電路的體積也大大地縮小。然而，當電路體積變得更小，更多元件擠在狹小的空間中，因而增加了彼此之間干擾的機會，其中電磁干擾(Electromagnetic interference,EMI)是最令業界感到困擾的問題之一。由於電磁干擾所牽涉的因素繁多，以及處理時所需的專業知識較廣，長久以來，電磁干擾一直困擾著電子系統的設計工程師。然而，當科技產業的高度競爭，新產品的生命週期越來越短之時，如何快速解決電磁干擾問題，成為所有電子工程師所面臨的一大挑戰。
用來量測電磁干擾之一習知量測系統10可參考第1圖。量測系統10包含有一頻譜分析儀104及一探棒106，用以量測一電路板102之電磁干擾。電路板102包含有電子元件E1 ~E3 及接點N1 ~N6 ，電子元件E1 ~E3 透過接點N1 ~N6 以及線路相互連接。探棒106的架構如第2圖所示，探棒106包含有一圓形探針202、一連接線204及一輸出介面206。若欲測量接點N1 之電磁干擾，可將圓形探針202 放置於接點N1 旁，以測量接點N1 所散發出的電磁干擾信號，接著，將此信號透過連接線204以及輸出介面206傳輸至頻譜分析儀104，並於頻譜分析儀104上顯示該信號的能量相對於頻譜之資訊。
然而，電路板102上每一接點N1 ~N6 皆有可能散發出電磁干擾信號。以習知電磁干擾之量測方法測量接點N1 之電磁干擾信號時，圓形探針202亦可能接收到其它接點N2 ~N6 所散發出之電磁信號，距離圓形探針202愈近的接點N2 ~N6 ，愈可能造成量測的誤差，進而影響量測結果。再者，當已知電路板102上具有超量電磁干擾，欲找出該超量電磁干擾源自於電路板102上哪一接點或哪一元件時，習知以圓形探針202測量電磁干擾的方法亦無法取得精確的結果。
此外，針對電子裝置的電磁相容(Electromagnetic compatibility,EMC)以及電磁干擾，世界主要先進國家皆制定了規範標準，目前主流的規範標準係針對頻率範圍30MHz~1GHz之間的電磁干擾，其信號能量必須低於一特定值。然而，一般頻譜分析儀104為滿足各種不同需求，提供了較大的頻率量測範圍(例如：3MHz~3GHz)，無法針對特定需求，於一特定頻率範圍提供更精準的量測結果。有鑑於此，習知技術實有改進之必要。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種可透過一探針接觸一接點，以準確地測量該接點之一信號之特性，並透過複數個電容，針對所欲測量之一特定頻率範圍進行濾波，於一頻譜分析儀顯示該信號的能量相對於頻譜之資訊的量測系統。
本發明揭露一種量測系統，用來測量一接點之一信號特性，該量測系統包含有一接觸式測量單元，該接觸式測量單元包含有一探針，用來接觸該接點，以擷取該接點之信號；一輸出介面；複數個電容，電性連接於該探針與該輸出介面之間，每一電容之一電容值相對應於一頻率範圍；以及一保護電路，其一端電性連接於該探針與該輸出介面之間，另一端電性連接於一地端；以及一頻譜分析儀，電性連接於該輸出介面，用來顯示該輸出介面所輸出之信號的能量相對於頻譜之資訊，以測量該接點之該信號特性。
本發明另揭露一種量測方法，用來測量一接點之一信號特性，該量測方法包含有以一探針接觸該接點，以擷取該接點之信號；以及透過複數個電容及一保護電路，將該接點之信號傳送至一頻譜分析儀，以透過該頻譜分析儀顯示信號的能量相對於頻譜之資訊，以測量該接點之該信號特性；其中，該複數個電容之每一電容之一電容值係相對應於一頻率範圍。
請參考第3圖，第3圖為本發明實施例一量測系統30之示意圖。如第3圖所示，量測系統30之架構與第1圖之量測系統10類似，故相同元件以相同符號表示。量測系統30與量測系統10不同之處在於量測系統30以一接觸式測量單元306取代量測系統10之探棒106，以透過接觸式測量方式，量測特定接點的電磁干擾情形。
詳細來說，接觸式測量單元306的架構如第4圖所示，包含有一探針402、一連接線404及一輸出介面406。探針402係用來接觸一待測之接點，以擷取該接點之信號。舉例來說，若欲測量接點N1 之信號，可藉由探針402接觸接點N1 ，以擷取接點N1 之信號。連接線404電性連接於探針402，係用來傳輸該信號。而輸出介面406電性連接於連接線404，用以銜接接觸式測量單元306以及頻譜分析儀104。輸出介面406通常為一接頭，常見的接頭規格為一尼爾-康賽曼(Bayonet Neill-Concelman,BNC)連接器之規格。藉由探針402所接收到的信號，可透過連接線404以及輸出介面406傳輸至頻譜分析儀104，並於頻譜分析儀104上顯示該信號的能量相對於頻譜之資訊。
以常見的電磁干擾信號量測為例，若欲測量接點N1 之電磁干擾信號，可藉由探針402接觸電路板102上之接點N1 ，以擷取接點N1 之電磁干擾信號，並透過連接線404以及輸出介面406將該電磁干擾信號傳輸至頻譜分析儀104，並於頻譜分析儀104上顯示該電磁干擾信號的能量相對於頻譜之資訊。其中，電路板102上每一接點N1 ~N6 皆可能散發出電磁干擾信號。而以探針402接觸接點N1 以擷取電磁干擾信號之方式，可避免同時接收到其它接點N2 ~N6 所散發出之電磁干擾信號。此外，當已知電路板102上具有超量的電磁干擾，欲找出該電磁干擾源自於電路板102上哪一接點或哪一元件時，可透過探針402一一接觸於電路板102上每一接點N1 ~N6 ，分別測量每一接點N1 ~N6 之電磁干擾信號，以找出哪一接點具有超量電磁干擾。
值得注意的是，針對電子裝置的電磁相容以及電磁干擾，世界主要先進國家皆制定了規範標準，目前主流的規範標準係針對頻率範圍30MHz~1GHz之間的電磁干擾，其信號能量必須低於一特定 值。若欲測量一特定頻率範圍(如：30MHz~1GHz)之間的電磁干擾信號，為求量測結果準確，須排除其它頻率範圍的電磁干擾信號，僅允許該特定頻率範圍之電磁干擾信號通過。請參考第5圖，第5圖為本發明實施例一電路50之示意圖。電路50可設置於探針402及輸出介面406之間，其包含有一輸入端502、一輸出端504、一保護電路506及電容C1 ~Cn 。輸入端502電性連接於探針402，提供信號輸入之介面。輸出端504電性連接於輸出介面406，提供信號輸出之介面。保護電路506之一端電性連接於輸入端502與輸出端504之間，另一端電性連接於一地端，以提供一放電路徑，避免由輸入端502流入的過大電流，透過輸出端504經輸出介面406流至頻譜分析儀104，而造成頻譜分析儀104燒毀。常見的保護電路包含有一電阻或一齊納二級體(Zener diode)。電容C1 ~Cn 電性連接於輸入端502及輸出端504之間，每一電容C1 ~Cn 之一電容值相對應於一頻率範圍，可根據所欲測量之頻率範圍，決定每一電容C1 ~Cn 之電容值。
詳細來說，若欲測量一較小特定頻率範圍之信號，可僅需使用一電容C1 ，將電容C1 之電容值設定為相對應於該特定頻率範圍之電容值，以通過該頻率範圍之信號。若欲測量一較大特定頻率範圍之信號，則需使用多個電容C1 ~Cn ，以在電容C1 ~Cn 之間進行選擇，其中，每一個電容具有不同電容值，每一電容值相對應於一頻率範圍，而該較大特定頻率範圍等於將每一電容值相對應之頻率範圍組合而得之一總合頻率範圍。舉例來說，若欲測量之頻率範圍為電磁干擾所規範之頻率範圍(即30MHz~1GHz)，可使用四個電容 C1 ~C4 ，將電容C1 之電容值設定為0.1微法拉(microfarad,μF)，0.1微法拉之電容值相對應於30MHz~200MHz之頻率範圍；另外，將電容C2 之電容值設定為0.01微法拉，其相對應之頻率範圍為200MHz~400MHz；將電容C3 之電容值設定為1000皮法拉(picofarad,pF)，其相對應之頻率範圍為400MHz~800MHz；再將電容C4 之電容值設定為10皮法拉，其相對應之頻率範圍為800MHz~1GHz。藉由電容C1 ~C4 的選擇，可將此四個電容之電容值所分別對應之四個頻率範圍組合而成之總合頻率範圍30MHz~1GHz，即所欲測量之頻率範圍。
電磁干擾之一量測結果可參考第6圖，第6圖為本發明實施例中，於頻譜分析儀104上顯示量測結果之一螢幕截圖60。螢幕截圖60包含有一信號強度分佈圖602，而信號強度分佈圖602中顯示以下資訊：一規範標準值604、一信號強度讀值606、複數個最大區間信號強度608以及一嚴格標準值610。信號強度分佈圖602之橫軸602X為頻率，單位為赫茲(Hz)，測量之頻率範圍等於電磁干擾所規範之頻率範圍30MHz~1GHz；縱軸602Y為信號強度，單位為分貝微伏特每米(dBμV/m)。規範標準值604係台灣經濟部標準檢驗局(Bureau of Standards,Metrology and Inspection,BSMI)所規範之電磁干擾的標準值，其中測試等級Class A訂定以下規範：介於頻率範圍30MHz~230MHz之間，電磁干擾之信號強度上限為40dBμV/m；介於頻率範圍230MHz~1GHz之間，電磁干擾之信號強度上限為47dBμV/m。信號強度讀值606係探針402接觸電路板102上之接點N1 ，於接點N1 所測量到之信號強度。最大區間信 號強度608係將頻率範圍30MHz~1GHz分為複數個頻率區間，於每一區間所取得之信號強度最大值。嚴格標準值610係將規範標準值604之信號強度限制再降低6dBμV/m，以提供更嚴格的規範。
值得注意的是，本發明之主要精神在於以探針402接觸一接點，以擷取該接點之信號，並利用複數個具有不同電容值的電容C1 ~Cn ，針對所欲測量之一特定頻率範圍進行濾波，以測量該特定頻率範圍下，該接點之一信號特性。本領域具通常知識者當可據以進行修飾或變化，而不限於此。舉例來說，本發明之應用不限於電磁干擾之量測，因此所欲測量之頻率範圍不一定為30MHz~1GHz，而可能是任何其它頻率範圍，如此一來，所使用之電容C1 ~Cn 將不限於上述之數目以及電容值，而可根據所欲測量之頻率範圍任意選擇。
除此之外，接觸式測量單元306之實施亦不限於上述方式。請參考第7圖，第7圖為本發明實施例另一接觸式測量單元306’之示意圖。接觸式測量單元306’包含有一探針702、一輸出介面706及一殼體708。與接觸式測量單元306不同，接觸式測量單元306’並未包含連接線，然而，接觸式測量單元306’包含有一殼體708，用來包覆電容C1 ~Cn 及保護電路506以及固定探針402及輸出介面406。本領域具通常知識者可根據系統所需，決定是否需要連接線404及殼體708。此外，保護電路506之實施並不限於一電阻或一齊納二級體，亦可能為兩者之組合，或其它能夠提供放電路徑以避免電流流至頻譜分析儀104，而造成頻譜分析儀104燒毀的元件。若保護電路506為一電阻，該電阻之電阻值可為50歐姆、100歐姆， 或其它足以提供放電路徑之阻值，而不限於此。同樣地，輸出介面406之實施亦不限於尼爾-康賽曼連接器，其它實施方式可能包含F型(F-Type)連接器、M型(M-Type)連接器、N型(N-Type)連接器等，而不限於此。
在習知技術中，以圓形探針202測量接點N1 所散發出的電磁干擾信號時，圓形探針202亦可能接收到其它接點N2 ~N6 所散發出之電磁信號，造成量測的誤差，進而影響量測結果；再者，當已知電路板102上具有超量電磁干擾，欲找出該超量電磁干擾源自於電路板102上哪一接點或哪一元件時，習知以圓形探針202測量電磁干擾的方法無法取得精確的結果；此外，一般頻譜分析儀104為滿足各種不同需求，提供了較大的頻率量測範圍，無法針對特定需求，於一特定頻率範圍提供更精準的量測結果。相較之下，本發明提供一種可透過探針402接觸接點，以準確地測量接點之信號特性的量測系統；且當已知電路板102上具有超量電磁干擾，欲找出該超量電磁干擾源自於電路板102上哪一接點或哪一元件時，可透過探針402一一接觸於電路板102上每一接點N1 ~N6 ，分別測量每一接點N1 ~N6 之電磁干擾信號，以找出哪一接點具有超量電磁干擾；除此之外，本發明更利用複數個具有不同電容值的電容C1 ~Cn ，針對所欲測量之一特定頻率範圍進行濾波，以測量該特定頻率範圍下，接點N1 之信號特性。
綜上所述，本發明之量測系統可準確測量特定接點之信號特性，並可針對特定頻率範圍進行濾波，以測量特定頻率範圍下的信號特性。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧量測系統
102‧‧‧電路板
104‧‧‧頻譜分析儀
106‧‧‧探棒
E1 ~E3 ‧‧‧電子元件
N1 ~N6 ‧‧‧接點
202‧‧‧圓形探針
204‧‧‧連接線
206‧‧‧輸出介面
30‧‧‧量測系統
306‧‧‧接觸式測量單元
402‧‧‧探針
404‧‧‧連接線
406‧‧‧輸出介面
50‧‧‧電路
502‧‧‧輸入端
504‧‧‧輸出端
506‧‧‧保護電路
C1 ~Cn ‧‧‧電容
60‧‧‧螢幕截圖
602‧‧‧信號強度分佈圖
602X‧‧‧橫軸
602Y‧‧‧縱軸
604‧‧‧規範標準值
606‧‧‧信號強度讀值
608‧‧‧最大區間信號強度
610‧‧‧嚴格標準值
306’‧‧‧接觸式測量單元
702‧‧‧探針
706‧‧‧輸出介面
708‧‧‧殼體
第1圖為習知一量測系統之示意圖。
第2圖為習知一探棒之示意圖。
第3圖為本發明實施例一量測系統之示意圖。
第4圖為本發明實施例一接觸式測量單元之示意圖。
第5圖為本發明實施例一電路之示意圖。
第6圖為本發明實施例中，顯示一量測結果之一螢幕截圖。
第7圖為本發明實施例另一接觸式測量單元之示意圖。
50‧‧‧電路
502‧‧‧輸入端
504‧‧‧輸出端
506‧‧‧保護電路
C1 ~Cn ‧‧‧電容

Claims (19)

  1. 一種信號量測系統，用來測量一接點之一信號特性，該信號量測系統包含有：一接觸式測量單元，包含有：一探針，用來接觸該接點，以擷取該接點之信號；一輸出介面；複數個電容，電性連接於該探針與該輸出介面之間，每一電容之一電容值相對應於一頻率範圍；以及一保護電路，其一端電性連接於該探針與該輸出介面之間，另一端電性連接於一地端；以及一頻譜分析儀，電性連接於該輸出介面，用來顯示該輸出介面所輸出之信號的能量相對於頻譜之資訊，以測量該接點之該信號特性。
  2. 如請求項1所述之信號量測系統，其中該複數個電容之複數個電容值相對應於一總合頻率範圍，該總合頻率範圍係該每一電容之該電容值相對應之該頻率範圍之組合。
  3. 如請求項2所述之信號量測系統，其中該總合頻率範圍係相對應於所欲測量之該信號特性，並於該頻譜分析儀顯示該輸出介面所輸出之信號的能量相對於頻譜之資訊時，顯示該總合頻率範圍。
  4. 如請求項3所述之信號量測系統，其中該信號特性係電磁干擾(Electromagnetic Interference,EMI)。
  5. 如請求項1所述之信號量測系統，其中該保護電路包含一電阻。
  6. 如請求項5所述之信號量測系統，其中該電阻之阻值為50歐姆。
  7. 如請求項1所述之信號量測系統，其中該保護電路包含一齊納二極體(Zener diode)。
  8. 如請求項1所述之信號量測系統，其中該輸出介面符合一尼爾-康賽曼(Bayonet Neill-Concelman,BNC)連接器之規格。
  9. 如請求項1所述之信號量測系統，其另包含一連接線，該探針透過該連接線電性連接該輸出介面。
  10. 如請求項9所述之信號量測系統，其中該連接線之接頭符合一尼爾-康賽曼(Bayonet Neill-Concelman,BNC)連接器之規格。
  11. 如請求項1所述之信號量測系統，其中該接觸式測量單元另包含一殼體，用來包覆該複數個電容及該保護電路，以及固定該探針及該輸出介面。
  12. 一種信號量測方法，用來測量一接點之一信號特性，該信號量測方法包含有：以一探針接觸該接點，以擷取該接點之信號；以及透過複數個電容及一保護電路，將該接點之信號傳送至一頻譜分析儀，以透過該頻譜分析儀顯示信號的能量相對於頻譜之資訊，以測量該接點之該信號特性；其中，該複數個電容之每一電容之一電容值係相對應於一頻率範圍。
  13. 如請求項12所述之信號量測方法，其中該複數個電容之複數個電容值相對應於一總合頻率範圍，該總合頻率範圍係該每一電 容之該電容值相對應之該頻率範圍之組合。
  14. 如請求項13所述之信號量測方法，其中該總合頻率範圍係相對應於所欲測量之該信號特性，並於該頻譜分析儀顯示信號的能量相對於頻譜之資訊時，顯示該總合頻率範圍。
  15. 如請求項14所述之信號量測方法，其中該信號特性係電磁干擾(Electromagnetic Interference,EMI)。
  16. 如請求項12所述之信號量測方法，其中該保護電路包含一電阻。
  17. 如請求項16所述之信號量測方法，其中該電阻之阻值為50歐姆。
  18. 如請求項12所述之信號量測方法，其中該保護電路包含一齊納二極體(Zener diode)。
  19. 如請求項12所述之信號量測方法，其中該輸出介面符合一尼爾-康賽曼(Bayonet Neill-Concelman,BNC)連接器之規格。
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