实时频谱分析在EMI诊断中的应用

检测方法
尽管许多EMI测量可以使用简单的峰值检波器完成，功率电感但EMI测量标准规定了一种专用测量方法，即准峰值(QP)检波器。QP检波器用来检测信号包络加权后的峰值(准峰值)。它根据信号时长和重复率加权多个信号。QP检波器的特点是响应快、衰减慢，包含一个表示临界阻尼表的时间常数。发生频次较电感器类型高的信号，其QP测量值要高于偶发的脉冲。

准峰值检波器在传统上一直用于模拟设计中，如图1所示。

图1 模拟实现方案中的准峰值检测器。准峰值检波器的响应快(充电时间)、衰减慢(放电时间)特点源于该电路中的R-C常数

在工字电感图1中，只要Sin高于S1，那么信号Sin的包络就会对电容器C到电阻器R1充电。如果输入信号Sin小于S1，那么电阻R2会对电压S1放电。

为帮助查看准峰值检波器与相关仪表组合的响应，图2把输入响应(重复脉冲，用蓝色表示)、得到的准峰值检波器响应(具有响应快、衰减慢的特点，用绿色表示)及检波器与仪表的综合响应(用红色表示)分开。
对于带有QP检波器的接收机上的常数指标，图3表明了CISPR 16-1-1标准描述的幅度和重复频率之间的关系。

图2 对重复信号的准峰值响应

图3 准峰值检波器的脉冲响应曲线

图4是峰值检波和QP检波实例。这里，峰值检波和QP检波中查看了8μs脉宽和10ms重复率的信号。得到的QP值比峰值低10.1dB。在测量被测设备的EMI时，通常会先测量峰值，找到超过或接近规定极限的问题区域。然后只在接近或超过限制的信号上进行速度较慢的准峰值测量。通常使用带有标准峰值检波器的频谱分析仪，迅速评估任何问题区域。

图4 峰值和准峰值检波对8μs脉宽和10ms重复率的信号的影响，准峰值比峰值低10.1dB

平均和视频滤波器
除QP检波外，实时频谱分析仪还支持CISPR规范中规定的峰值和均值检波器。峰值检波器检测信号包络的峰值，均值检波器计算包络的平均值。实时频谱分析仪能够从同一输模压电感器入信号中同时测量QP、峰值和均值，以独一无二的方式了解DUT的信号特点。某些EMI测量指定了视频滤波器，视频滤波器是频谱分析仪中最早采用的方法，以降低测量噪声变化所产生的影响。视频滤波器一词源于最早的实现方案，即低通滤波器被放在检测到的输出与频谱分析仪CRT的Y轴模拟驱动输入之间。实时频谱分析仪和部分现代频谱分析仪采用数字技术来平滑信号上的噪声。

在大多数EMI测量中，视频滤波器指定为关闭，或视频滤波器指定工字电感器为至少比测量的指定RBW高出三倍(参见表1)。

指定视频滤波器关闭(或不小于3倍RBW)的目的，是为了消除视频滤波器对检测到的信号的影响。图4是视频带宽(VBW)与RBW之比变化时视频带宽的影响。在VBW≥3*RBW或10*RBW(或失效)时，噪声标准偏差保持在5.4dB。在VBW=RBW时，例如在TELEC规范部分章节中，噪声变化降低到大约4.7dB。

EMI滤波器、检波器和平均算法的数字实现方案
对基于离散傅里叶变换(DFT)技术的频谱分析仪，通过对离散采集数据应用窗口功能，可以以数字方式执行滤波。采样率取决于要求的滤波器的带宽。在采样频率相同时，要求更多的样点来实现更小的滤波带宽。

实时频谱分析仪采用Kaiser窗口仿真EMI滤波器。窗口功能的频响幅度决定着IF滤波器形状，必须满足CISPR 16-1-1中规定的带通选择限制。

在实时频谱分析仪中，准峰值检波器使用数字滤波器实现。可以使用数字滤波器，如无穷脉冲响应(IIR)滤波器，仿真传统EMI接收机使用的RC充电电路和放电电路。这种临界阻尼表还可以建模为二阶数字IIR滤波器。仪表上显示的最大值取为准峰值检波器器值。

在实时频谱分析仪上，视频滤波器采用平均技术实现。使用的平均数量取决于选择的视频带宽及测量时使用的RBW。在使用VBW时，得到的测量分析长度取决于选择的VBW，如果在没有视频带宽时使用RBW，那么会比较长。实时频谱分析仪选择平均数量，实现与噪声变化对VBW/RBW曲线的良好相关性，如图5所示。

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