Oscilloskop var förr knappast lämpade för EMC-felsökning med sin låga känslighet och svåranvända FFT-funktioner med svaga prestanda. Dr Markus Herdin, Rohde & Schwarz, München Senior Marketing Experte für Oszilloskope beskriver hur R&S RTO från Rohde & Schwarz tack vare sitt lågbrusiga ingångssteg och mycket goda FFT-egenskaper kan vara ett kraftfullt verktyg för EMC-felsökning.
Introduktionen av det digitala oscilloskopet R&S RTO från Rohde & Schwarz innebär en förändring. Med en känslighet av 1 mV/div, med bandbredd upp till 4 GHz och väldigt lågt ingångsbrus är oscilloskopet tillsammans med närfältsprobar idealiskt för att analysera utstrålade störsignaler. Baserat på resultat från EMC-mätningar mot standardiserade krav kan man i utvecklingslaboratoriet analysera oönskade emissioner från elektronikenheter och ta reda på vad som orsakar dem.
Vilka oscilloskopsfunktioner som är avgörande för att man framgångsrikt skall kunna använda utrustningen vid EMC-felsökning framgår ur den här artikeln med hjälp av följande exempel.

FFT som en spektrumanalysator
Det viktigaste elementet vid EMC-felsökning med hjälp av oscilloskop är FFT-funktionen (Fast-Fourier-Transformation). Traditionella FFT-implementeringar i oscilloskop har inte varit flexibla när man skall använda dem, eftersom det visade frekvensbandet och upplösningsbandbredden har varit knutna till inställningarna i tidsdomän. Därför har det varit svårt att förflytta sig i frekvensdomän och analysen av signaler i frekvensspektrat har varit tidskrävande.
Tack vare sina erfarenheter från området spektrumanalys har Rohde & Schwarz valt att använda ett intuitivt användargränssnitt för R&S RTO. Handhavandet av FFT-funktionen grundar sig på en spektrumanalysator, så att användaren direkt kan ställa in typiska parametrar som start- och stoppfrekvens, upplösningsbandbredd och detektortyp.
R&S RTO gör då nödvändiga inställningar i tidsdomän och använder på ett intelligent sätt sina goda signalbehandlingsegenskaper och sitt stora minnesdjup för insamlade data. Tack vare detta kan användaren inom vissa gränser ställa in tids- och frekvensparametrar oberoende av varandra för att enkelt kunna analysera utstrålade störningar både i tids- och frekvensdomän. På så sätt kan användaren mycket snabbare dra slutsatser om orsakerna till oönskade utstrålade signaler.

Fig 2. Användargränssnittet för FFT-funktionen i det digitala oscilloskopet R&S RTO är nästan som hos en spektrumanalysator.

Färgkodat spektrum synliggör sporadiska störning
En speciell egenskap hos FFT-implementering i R&S RTO är den överlappande FFT-behandlingen, som ger en hög känslighet när man skall registrera oönskade emissioner.
Dessutom ger FFT-funktionen en möjlighet att synliggöra också tidsförloppen för de störningar man betraktar i frekvensspektrum. Innan FFT-behandlingen delar oscilloskopet i ett första steg upp den insamlade signalen i många segment och beräknar det spektrala innehållet från varje segment för sig. Sporadiskt uppträdande signaler med låg energi blir därmed synliga i enskilda segment. I nästa steg blir dessa enskilda spektrum sammanslagna till ett gemensamt spektrum, men med en färgkodning som beror på hur ofta signalerna uppträder. Emission från konstant närvarande signaler, exempelvis från klockledningar, visas således med annan färg än sporadiskt förekommande störsignaler som spänningsglitchar från en switchad nätenhet. Det färgkodade sammanvägda frekvensspektrat ger därmed en mycket god överblick av både typ och förekomst när det gäller de störningsemissioner som uppträder.

Fig 3. Övre bilden: Klassisk, icke överlappande FFT-behandling. Nedre bilden: Överlappande FFT-behandling i R&S RTO.

När man använder överlappande FFT-behandling delas den insamlade signalen i tidsdomän upp i ett stort antal segment, innan den egentliga FFT-behandlingen görs. På så sätt säkerställer man en hög känslighet för att registrera sporadiskt förekommande oönskade emissioner. Dessa individuella spektra färgkodas sedan för att markera hur ofta de uppträder.

Sporadiska störningar korreleras med händelser i tidsdomän
Genom den tidsbegränsade FFT-funktionen (också kallad ”Gated”, grindad) kan användaren definiera ett specifikt tidsintervall inom den insamlade tidssignalen som skall analyseras. Detta tidsfönster (Gate) kan läggas var som helst på den insamlade signalen och på så sätt kan man fastställa vilket tidsspann som ger specifika spektrala händelser. Då kan man exempelvis fastställa att kortvariga störningar uppstår då switchtransistorn i en switchad nätdel slår om och det blir översvängar. Också kortvariga störningar från snabba databussar, som orsakar störningar på grund av olämplig ledningsdragning, kan entydigt kopplas samman med vissa signalsekvenser med hjälp av den tidsbegränsade FFT-funktionen. När problemet väl identifierats, kan användaren med hjälp av oscilloskopet lätt och snabbt undersöka om de insatser som gjorts med exempelvis kondensatorer, förbättrad skärmning eller ändrad ledningsdragning för signalbussar har varit framgångsrika.

Fig 4. Den tidsbegränsade (Gated) FFT-funktionen visar spektrat för de definierade tidsavsnitten av den insamlade signalen. (Klicka här för större bild) . De båda tidsavsnitten för vilka FFT-analysen gjorts är gråmarkerade. Nedtill till vänster och höger visas resulterande spektrum. Med denna tidsbegränsade FFT-funktion är det möjligt att korrelera oregelbundet förekommande störsignaler med en viss tidssekvens i den insamlade signalen. Det rödmarkerade är en topp i spektrat som orsakats av en störpuls, det grönmarkerade är en topp i spektrat som finns där konstant och därmed uppträder både i det vänstra och det högra spektrat.

Sporadiska störningar analyseras med frekvensmask
Sporadiskt uppträdande störemissioner är bland de mest utmanande EMC-problemen. Å ena sidan är det svårt att över huvud taget registrera dessa, å andra sidan är det svårt att analysera de signaler man eventuellt lyckats registrera. Maskfunktionen hos R&S RTO ger en behändig lösning på detta problem. Med den kan användaren definiera en enkel och flexibel frekvensmask och med funktionen Stop-On-Violation kan man fånga just den signal som överskrider gränsen. Möjlighetan att ändra FFT-parametrar som det önskade frekvensintervallet och upplösningsbandbredden också för redan registrerade signaler gör denna funktion särskilt kraftfull. Också störsignaler som är svåra att fånga kan på det här viset undersökas i detalj.

Fig 5. Med maskfunktionen hos R&S RTO kan man registrera och i detalj undersöka sporadiskt förekommande störsignaler.(Klicka här för större bild) .

”History”-funktionen är också ett stöd för användaren vid analys av störsignaler. Genom den här funktionen sparas de senast registrerade förloppen upp till det maximala minnesdjupet för insamlade signaler. Med hjälp av detta kan användaren jämföra den aktuella insamlade signalen med föregående och analysera dessa utan begränsningar.

Oscilloskopet för EMC-felsökning
Det digitala oscilloskopet är ett viktigt verktyg för analys av elektronikkretsar på labbänken hos elektronikutvecklare. Genom att det nu innehåller kraftfull FFT signalbehandling och har ingångskretsar med hög känslighet har oscilloskopet också utvecklats till ett värdefullt hjälpmedel för EMC-felsökning.
Med omfattande insamlings- och analysmöjligheter har det digitala oscilloskopet R&S RTO satt en ny standard. Med tidsöverlappning i FFT-funktionen och en färgkodning för den spektrala presentationen baserad på hur frekvent signaler uppträder får användaren en snabb överblick av förekomsten av olika spektrala komponenter hos den registrerade signalen och kan snabbt dra slutsatser om källan till störningarna.
Att användargränssnittet påminner om det i spektrumanalysatorn gör det lätt att navigera i frekvensdomän, utan att behöva ta hänsyn till parametrar i tidsdomän. Ett brett sortiment av tillbehör, till exempel den kompakta och bredbandiga närfältsproben R&S HZ-15 kompletterar produktportföljen för EMC-felsökning.
Mer information finns på www.scope-of-the-art.de

Filed under: Avstorning