实时频谱分析增强EMI接收机的诊断分析能力
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实时频谱分析 增强EMI接收机的诊断分析能力
杨培文 Keysight EMC产品规划经理
是德科技（中国）有限公司 以是为本 以德致远 专注测量75载
是德科技 (Keysight Technologies) 简史
1939–1998: 惠普时代
一家从电子测量业务起家的公司
1999-2013: 安捷伦科技时代
• 实时频谱分析在EMI测试中的应用
• Keysight N9038A MXE EMI接收机产品更新
是德科技（中国）有限公司 以是为本 以德致远 专注测量75载
Page 12
实时频谱分析仪经典显示
频谱
• 实时频谱叠加起来 就是频谱密度显示 • 可以方便使用 marker功能
频谱密度
• 也叫Histogram Persistence • 颜色代表频谱出 现的次数 • 屏幕每30秒更新 一次
• 实时频谱分析在EMI测试中的应用
• Keysight N9038A MXE EMI接收机产品更新
是德科技（中国）有限公司 以是为本 以德致远 专注测量75载
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N9038A MXE EMI接收机 兼容最新的民标和军标标准
• 三个频率型号
3 Hz to 3.6 GHz 3 Hz to 8.4 GHz 3 Hz to 26.5 GHz 3 Hz to 44 GHz
44 GHz 26.5 GHz
Application:
8.4 GHz
Mil-STD FCC
Investment $$
Application:
Some CISPR standard
3.6 GHz
Application:
ITE
Application:
Medical, Automotive, Power tools
Page
重叠的FFT处理— Overlap Processing
Overlap 0%
Overlap 50%
Processor Idle
Window Function
Window Window
Samples
是德科技（中国）有限公司 以是为本 以德致远 专注测量75载 Page 11
日程
• 实时频谱分析（RTSA）原理
Receiver FFT BW
frequency Swept or Stepped Frequency Scan
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7
Time Domain Frequency Scan
frequency
Page
实时频谱分析的关键技术
无缝捕获与连续处理
• ADC采样无间断 • 所有采样点被连续处理，无 数据丢失
Data 1
On On Off
Data 7
Off
Data 2
Off
Data 3
On On Off
Data 4
Off
Data 5
On Off
是德科技（中国）有限公司 以是为本 以德致远 专注测量75载
More
2 of 2
More
1 of 2
More Customizable in 2 of 2 Footer
• 由于和信号列表同时显示
• 简化了识别最大辐射 频率过程 • 更容易更新怀疑点信 号列表
可用来对怀疑点辐射最 大化并更新信号列表
频谱迹线和Meters同时显示
是德科技（中国）有限公司 以是为本 以德致远 专注测量75载 20 MXE VIP 2015 Page
日程
• 实时频谱分析（RTSA）原理
适用于诊断分析时变、跳频信号的时域驻留和频域跳频特性
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Page
MXE V百度文库P 2015
功率时间显示 - Power versus Time Display
•表征所有用于FFT处理的时域数据 •可以采用Average, Peak, Sample and Negative Peak 检波器 •可选择与实时频谱以及频谱瀑布图同 时显示 •可使用电平触发
从惠普拆分出来，成为世界领先的测试测量公司 2013年9月宣布公司拆分
2014: 是德科技开始运营
100% 专注于电子测量领域
是德科技（中国）有限公司 以是为本 以德致远 专注测量75载
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什么是实时频谱分析仪？
实时频谱分析仪是随着现代FPGA技术发展起来的一种新式频谱分析仪，
与传统频谱仪相比， 它的最大特点在于 在信号处理过程中能够完全利用所采集的时域采样点，从而实现无缝 的频谱测量及触发。
Page 26
最大扫描点数：4百万个
4,000,001 Use cases:
30 MHz-1 GHz, 1 kHz RBW, 4 points/RBW 3, 880,008 points needed
500,001 Use cases: 40,001 Use cases:
时域扫描 不是 实时频谱分析
时域扫描 用FFT 技术加速EMI扫描 FFT带宽取决于预选器的带宽和FPGA能力 高重叠FFT保证CISPR要求的幅度精度 是CISPR认可的全兼容EMI测试方法
实时频谱分析 用FFT技术提高信号分析能力 FFT带宽取决于ADC带宽和FPGA能力
特别适用于分析高速瞬变信号
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实时频谱分析的关键技术
FFT速度恒定
• FFT计算在FPGA硬件中实现，不受 Windows多任务影响
高速显示
• 多维显示 • 对高速FFT结果进行瞬时及历史 统计显示 • 时域，频域并行显示
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Input/ Output
Input/Output Data Source
Inputs
AUX I/O Control Data 0
On Off
AUX I/O Control Data 6
On On Off
Corrections Freq Ref In Sense Output config AUX I/O Control RF Output Port & Test Set Config
14
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MXE VIP 2015
频谱密度显示 - Density Display
Primary Measurement in a Real Time Analyzer
• 频谱历史统计显示 • 将实时FFT的结果进行统计，通过颜 色深浅表征其出现概率
• FFT计算速度为292,969 次/秒；屏 幕刷新速率为30ms一次。
New
• 兼容CISPR 16-1-1 2010
- CISPR 带宽 (6dB and impulse BW) - Quasi-Peak, EMI-Avg, RMS- Avg detectors and APD
• 兼容MIL STD 461 F
- 6dB 带宽 - Peak detector
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实时频谱分析对EMI测试的意义
– 问题：如何发现、诊断时变跳频 的瞬态干扰信号？
• 汽车电子信号 • WLAN、Bluetooth信号 • 雷达信号
– 实时频谱分析可以提供EMC工程 师
• 针对瞬态信号的无缝抓取和分析 • 新的显示方式可以观察频谱随时 间的变化和发生概率 • 新的FMT频域触发方式
最大限度保护用户的设备投资
可升级平台延长了设备使用寿命
• 可升级CPU、内存和I/O接口保证了接收机速度不断更新 • 业界独有的3年免费质保源自于可靠的平台 • 可移除固态硬盘保证了数据的安全性
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N9038A MXE EMI接收机 频率范围可升级
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日程
• 实时频谱分析（RTSA）原理
• 实时频谱分析在EMI测试中的应用
• Keysight N9038A MXE EMI接收机产品更新
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适用于诊断分析脉冲信号的时域特性
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MXE VIP 2015
频率模板触发 - Frequency Mask Trigger
• 区别于传统功率触发，FMT是针对特定 频谱条件触发
• 手动编辑频谱模板或者从频谱曲线中提 取模板
• 模板文件导入导出
高速FFT计算
• 每秒几十万次的FFT计算速度， 远高于常规软件FFT方式 • FFT速度高于ADC数据采集速 度
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实时处理模式
– 实时频谱分析的关键在于频谱分析计算的速度要高于数据捕获的速度，以保证数据 不被丢弃。
– 数据处理的时间包含FFT计算，平均以及显示处理等。
频谱瀑布
• 由实时的频谱切 片组成 • 最多10,000 个频 谱迹线 • 在每个迹线或迹 线之间可以用 marker
功率时间
• PvT可以和频谱以 及瀑布图同时显示 • 可以用电平触发
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实时频谱显示 - Real Time Spectrum Display
非常有用的诊断分析工具 不是全兼容EMC标准要求的测试
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时域扫描 （Time Domain Scan）
每个RBW都要驻留
Receiver Resolution BW amplitude amplitude
只需要在FFT BW内驻留 (多个 RBWs)
• 各种触发条件: Enter, Leave, Inside, Outside, Enter → Leave, Leave → Enter
适用于在大干扰信号存在的情况 下分析不同频点的瞬态小信号
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MXE的其他诊断工具 – Strip Chart
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Investment timing
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是德科技EMI接收机MXE的 实时频谱分析选件
– 最宽的实时分析带宽
• 85 MHz （频率小于 3.6 GHz） • 40 MHz （频率大于 3.6 GHz）
– 100%捕获概率最小时间 3.7usec – Frequency Mask Trigger (FMT)可触 发最小间隔17.4us
• 可以在时域无缝记录 三个不同检波器的值， 最长达 2 小时 适用于诊断分析时域 信号长时间变化规律 可用来寻找某可疑信 号随转台旋转的最大 辐射角度
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MXE的其他诊断工具 – Monitor Spectrum
• 统计时间可以为无限长或者自定义 设置。
适用于定性分析干扰信号在频域出现的概率分布
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MXE VIP 2015
频谱瀑布图显示 - Spectrogram Display
•三维频谱图：频率，幅度和时间
•和普通频谱仪中的频谱瀑布图区别在 于其无数据丢失 •时间轴上最多可显示10000帧频谱， 每帧的时长可配置为100us – 4ks •可观察频谱随时间变化情况；可使用 Marker进行定量测量
•将所有FFT的结果集中显示 •可使用Average, Peak, Sample和 Negative Peak检波器 •实时频谱显示在Density显示上也有体 现 •在频谱瀑布图上的某个时间片段即是 实时频谱图
适用于使用传统的频谱分析工具进行实时测量瞬态干扰信号
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– 需要RTSA选件RT1和宽带选件B85
– 已有MXE用户可以升级
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用户自定义AUX 接口 – 用于LISN等附件控制
用户自定义 AUX 接口允许用户用EMI接收机MXE直接控制多个品牌的LISN和前置 放大器 • R&S LISNs • Schwarzbeck LISNs • Some external Preamp
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是德科技 (Keysight Technologies) 简史
1939–1998: 惠普时代
一家从电子测量业务起家的公司
1999-2013: 安捷伦科技时代
• 实时频谱分析在EMI测试中的应用
• Keysight N9038A MXE EMI接收机产品更新
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实时频谱分析仪经典显示
频谱
• 实时频谱叠加起来 就是频谱密度显示 • 可以方便使用 marker功能
频谱密度
• 也叫Histogram Persistence • 颜色代表频谱出 现的次数 • 屏幕每30秒更新 一次
• 实时频谱分析在EMI测试中的应用
• Keysight N9038A MXE EMI接收机产品更新
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N9038A MXE EMI接收机 兼容最新的民标和军标标准
• 三个频率型号
3 Hz to 3.6 GHz 3 Hz to 8.4 GHz 3 Hz to 26.5 GHz 3 Hz to 44 GHz
44 GHz 26.5 GHz
Application:
8.4 GHz
Mil-STD FCC
Investment $$
Application:
Some CISPR standard
3.6 GHz
Application:
ITE
Application:
Medical, Automotive, Power tools
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重叠的FFT处理— Overlap Processing
Overlap 0%
Overlap 50%
Processor Idle
Window Function
Window Window
Samples
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日程
• 实时频谱分析（RTSA）原理
Receiver FFT BW
frequency Swept or Stepped Frequency Scan
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Time Domain Frequency Scan
frequency
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实时频谱分析的关键技术
无缝捕获与连续处理
• ADC采样无间断 • 所有采样点被连续处理，无 数据丢失
Data 1
On On Off
Data 7
Off
Data 2
Off
Data 3
On On Off
Data 4
Off
Data 5
On Off
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• 由于和信号列表同时显示
• 简化了识别最大辐射 频率过程 • 更容易更新怀疑点信 号列表
可用来对怀疑点辐射最 大化并更新信号列表
频谱迹线和Meters同时显示
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• 实时频谱分析（RTSA）原理
适用于诊断分析时变、跳频信号的时域驻留和频域跳频特性
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功率时间显示 - Power versus Time Display
•表征所有用于FFT处理的时域数据 •可以采用Average, Peak, Sample and Negative Peak 检波器 •可选择与实时频谱以及频谱瀑布图同 时显示 •可使用电平触发
从惠普拆分出来，成为世界领先的测试测量公司 2013年9月宣布公司拆分
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100% 专注于电子测量领域
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什么是实时频谱分析仪？
实时频谱分析仪是随着现代FPGA技术发展起来的一种新式频谱分析仪，
与传统频谱仪相比， 它的最大特点在于 在信号处理过程中能够完全利用所采集的时域采样点，从而实现无缝 的频谱测量及触发。
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最大扫描点数：4百万个
4,000,001 Use cases:
30 MHz-1 GHz, 1 kHz RBW, 4 points/RBW 3, 880,008 points needed
500,001 Use cases: 40,001 Use cases:
时域扫描 不是 实时频谱分析
时域扫描 用FFT 技术加速EMI扫描 FFT带宽取决于预选器的带宽和FPGA能力 高重叠FFT保证CISPR要求的幅度精度 是CISPR认可的全兼容EMI测试方法
实时频谱分析 用FFT技术提高信号分析能力 FFT带宽取决于ADC带宽和FPGA能力
特别适用于分析高速瞬变信号
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实时频谱分析的关键技术
FFT速度恒定
• FFT计算在FPGA硬件中实现，不受 Windows多任务影响
高速显示
• 多维显示 • 对高速FFT结果进行瞬时及历史 统计显示 • 时域，频域并行显示
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Input/ Output
Input/Output Data Source
Inputs
AUX I/O Control Data 0
On Off
AUX I/O Control Data 6
On On Off
Corrections Freq Ref In Sense Output config AUX I/O Control RF Output Port & Test Set Config
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频谱密度显示 - Density Display
Primary Measurement in a Real Time Analyzer
• 频谱历史统计显示 • 将实时FFT的结果进行统计，通过颜 色深浅表征其出现概率
• FFT计算速度为292,969 次/秒；屏 幕刷新速率为30ms一次。
New
• 兼容CISPR 16-1-1 2010
- CISPR 带宽 (6dB and impulse BW) - Quasi-Peak, EMI-Avg, RMS- Avg detectors and APD
• 兼容MIL STD 461 F
- 6dB 带宽 - Peak detector
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实时频谱分析对EMI测试的意义
– 问题：如何发现、诊断时变跳频 的瞬态干扰信号？
• 汽车电子信号 • WLAN、Bluetooth信号 • 雷达信号
– 实时频谱分析可以提供EMC工程 师
• 针对瞬态信号的无缝抓取和分析 • 新的显示方式可以观察频谱随时 间的变化和发生概率 • 新的FMT频域触发方式
最大限度保护用户的设备投资
可升级平台延长了设备使用寿命
• 可升级CPU、内存和I/O接口保证了接收机速度不断更新 • 业界独有的3年免费质保源自于可靠的平台 • 可移除固态硬盘保证了数据的安全性
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• 实时频谱分析（RTSA）原理
• 实时频谱分析在EMI测试中的应用
• Keysight N9038A MXE EMI接收机产品更新
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适用于诊断分析脉冲信号的时域特性
是德科技（中国）有限公司 以是为本 以德致远 专注测量75载
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频率模板触发 - Frequency Mask Trigger
• 区别于传统功率触发，FMT是针对特定 频谱条件触发
• 手动编辑频谱模板或者从频谱曲线中提 取模板
• 模板文件导入导出
高速FFT计算
• 每秒几十万次的FFT计算速度， 远高于常规软件FFT方式 • FFT速度高于ADC数据采集速 度
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实时处理模式
– 实时频谱分析的关键在于频谱分析计算的速度要高于数据捕获的速度，以保证数据 不被丢弃。
– 数据处理的时间包含FFT计算，平均以及显示处理等。
频谱瀑布
• 由实时的频谱切 片组成 • 最多10,000 个频 谱迹线 • 在每个迹线或迹 线之间可以用 marker
功率时间
• PvT可以和频谱以 及瀑布图同时显示 • 可以用电平触发
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实时频谱显示 - Real Time Spectrum Display
非常有用的诊断分析工具 不是全兼容EMC标准要求的测试
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时域扫描 （Time Domain Scan）
每个RBW都要驻留
Receiver Resolution BW amplitude amplitude
只需要在FFT BW内驻留 (多个 RBWs)
• 各种触发条件: Enter, Leave, Inside, Outside, Enter → Leave, Leave → Enter
适用于在大干扰信号存在的情况 下分析不同频点的瞬态小信号
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MXE的其他诊断工具 – Strip Chart
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Investment timing
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是德科技EMI接收机MXE的 实时频谱分析选件
– 最宽的实时分析带宽
• 85 MHz （频率小于 3.6 GHz） • 40 MHz （频率大于 3.6 GHz）
– 100%捕获概率最小时间 3.7usec – Frequency Mask Trigger (FMT)可触 发最小间隔17.4us
• 可以在时域无缝记录 三个不同检波器的值， 最长达 2 小时 适用于诊断分析时域 信号长时间变化规律 可用来寻找某可疑信 号随转台旋转的最大 辐射角度
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MXE的其他诊断工具 – Monitor Spectrum
• 统计时间可以为无限长或者自定义 设置。
适用于定性分析干扰信号在频域出现的概率分布
是德科技（中国）有限公司 以是为本 以德致远 专注测量75载
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频谱瀑布图显示 - Spectrogram Display
•三维频谱图：频率，幅度和时间
•和普通频谱仪中的频谱瀑布图区别在 于其无数据丢失 •时间轴上最多可显示10000帧频谱， 每帧的时长可配置为100us – 4ks •可观察频谱随时间变化情况；可使用 Marker进行定量测量
•将所有FFT的结果集中显示 •可使用Average, Peak, Sample和 Negative Peak检波器 •实时频谱显示在Density显示上也有体 现 •在频谱瀑布图上的某个时间片段即是 实时频谱图
适用于使用传统的频谱分析工具进行实时测量瞬态干扰信号
是德科技（中国）有限公司 以是为本 以德致远 专注测量75载
– 需要RTSA选件RT1和宽带选件B85
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用户自定义AUX 接口 – 用于LISN等附件控制
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