EMI接收机规范的剖析

EMI接收机规范的剖析
按定义，任何符合CISPR 16,Part 1要求的设备，都可视为可进行符合性测试的EMI
接收机
WERNER SCHAEFER
Hewlett－Packard Company
Santa Rosa，CA
大多数的商用EMI标准引用了CISPR Publication 16，Part 1来规范EMI和EMS测试设备。

本文将会讨论最重要的接收机规范，总结预期附加的规范，并且讨论频谱仪用于符合性测试时的一些限制。

正在修订中的CISPR16，part1将技术规范扩展到了1GHz 到18GHz。

这也将会在文中讨论到。

CISPR16，Part1目前的版本发布于1993年8月，其中规定了接收机在9KHz到1GHz的技术规范。

其中包括输入阻抗，检波器特性和中频（IF）带宽形状，同时也规定了测量正弦波和不同重复周期的脉冲信号的幅度精度。

另外，还对接收机的杂散响应，镜像和中频抑制，互调失真以及屏蔽效能有附加的要求。

CISPR16，PART1（08－93）中的接收机规范
输入阻抗
接收机输入阻抗规定为50Ω，可接受的与正常值的偏离是以VSWR（电压驻波比）的形式给出。

匹配比较好的输入衰减器能够改善接收机的VSWR，因此规范中提出了两种衰减器的设置：0dB和10dB或者更大。

此性能会直接影响EMI测量的总的不确定度。

分辨率带宽
在不同的频段测量需要使用不同的分辨率带宽。

一般情况下，通常以带宽（比如3dB带宽）及来描述接收机的中频滤波器性能，其中频率响应是指滤波器的波形因子（比如60dB和3dB带宽比）或者是频响特性必须满足的一个框架（图1）。

CISPR16，PART1中所规定的6dB带宽为：
●200Hz 9KHz至150KHz
●9kHz 150kHz至30MHz ●120kHz 30MHz至1GHz
此外，对于每个滤波器，框架通常以相对于滤波器中心频率偏移一定频率值的插入损耗的形
式给出。

此框架的规定使中频滤波器的幅度响应特性的定义就更加完整。

因此，这个规范也就比
规定一个简单的6dB带宽而忽略滤波器的幅度响应显得更实用些。

规定的滤波器框架保证了窄带和宽带信号的幅度可以不通过归一化数据来消除不同的滤波器响应。

应当注意的是，允许一定容限存在会对宽带信号测量结果产生影响，特别是当使用峰值检波的时候。

检波方式和幅度精度
相对于峰值和平均值检波，准峰值检波被用做评价接收机对脉冲信号的频率响应的标准检波方式。

准峰值检波器是根据充电时间，放电时间以及临界阻尼指示仪表的机械时间常数定义的。

这些时间常数决定了准峰值电路的电路参数（图2）。

现代电子化
图1. 在频段B（150kHz～30MHz）的接收机总的通常选择性限值
图2. 准峰值检波器方框图
的EMI接收机通常用含有一个带有合适上升时间和阻尼的二阶低通滤波器模拟机械的测量装置。

时间常数在不同的频率范围内值也是不一样的，其决定了在每个频段的驻留时间或扫描时间。

各种频段所规定的时间常数见表1。

如上所述，准峰值检波器依照重复频率来对信号进行加权。

对峰值检波，放电时间常数与充电时间常数的最小比率是确定的。

这一比率可以确保测量频率为1Hz的信号时，其峰值指示值在信号的真实峰值的10％之内。

任何EMI接收机的幅度精度规范都是包括多个部分。

首先，准峰值测量接收机测量正弦波（由一个50Ω输出阻抗的源输出）的幅度结果与原值相比，必须在2dB之内。

其次，准峰值检波接收机的响应也可以是规定了脉冲强度、重复频率、均匀频谱的脉冲与规定了电平值的正弦波信号之比，误差应在1.5dB之内。

最后，具有同样上述参数但重复率不同的脉冲同样适用于准峰值接收机。

CISPR 16, Part 1，Section 2.4.2给出的表格，定义了不同重复频率时的幅度变化和允许的偏差。

幅度变化是参考第二步获得的数值。

规定的幅度变化值由准峰值检波器引入的，脉冲的重复频率越低，幅度的读数越低。

应该指出的是，表中的显示似乎相反。

这是因为信号发生器的幅度变化才能保证有连续的接收机读数，具体的幅度变化恰好表明了这一点。

因此，如果信号发生器的电平保持不变，接收机读数就不得不参照表中的数值进行变化。

由于只有在足够的动态范围、IF带宽、检波器特性和预选要满足规范的情况下才能获得要求的精确度，因而接收机对这些脉冲的测试是体系测试而不是对接收机单一性能的确认。

在这种情况下，接收机的类型可以是固定调谐的或扫描方式的。

对于峰值和平均值测量接收机而言，比较其与规定的均匀频谱重复频率的脉冲与规定幅度的正弦波信号的响应进行比对，以正弦波的电平为参考，结果必须在1.5dB之内。

在确定频率处，对脉冲的相对响应由显示的峰值与准峰值的比率或者准峰值与平均值的比率分别给出。

另外，平均值测量接收机对重复脉冲的响应应满足如下定律：
幅度=1/ 重复率
屏蔽效能
CISPR 16, Part 1中的第2.8节给出了EMI接收机抗扰度性能。

它表明了接收机工作在电磁场环境中而不降低性能的能力。

接收机需要能够1GHz范围内的任何未经调制的3V/m强度的频率照射下不出现性能降低。

在整个量程内，引入的最大差错不能超过1dB。

也允许有例外情况，但是超过1dB限值的频率点应该
明确记录下来。

中频，镜像和其他杂散信号抑制
在调谐频率处的读数相同时，在中频，镜像或其他频率处输入的正弦波的幅度要比在调谐频率处输入的正弦波至少高40dB。

要满足这些要求，需要采用射频预选器。

再加上其余的指标（例如互调失真和随机噪声的影响）就构成了EMI接收机的全部规范。

理解EMI接收机的这些规范是很重要的。

任何只要符合了所有规范要求的设备都可以称作EMI 接收机，能够用于符合性测试。

而具体的实现方式——固定调谐或是扫描——并没有在标准中做相应的提及。

1GHz以上频率的EMI接收机规范
CISPR 16, Part 1的第二次修正版将会再1999年的某个时间公布并生效，这一版中增加了测量1GHz到18GHz频段的接收机与频谱分析仪的规范。

虽然频谱分析器被认为是在1 GHz以上的测量中应用最为广泛的仪器，但是也没有排除采用步进式频率扫描的测量接收机的使用。

分辨率带宽
一般而言，测量接收机的分辨率带宽规定为1 MHz。

然而，象CISPR 11 (对于ISM或者说工科医设备) 或CISPR 22（对于ITE或者说信息技术设备)这样的产品标准可能需要更窄或更宽的分辨率带宽，这主要取决于被保护系统、发射源和适用的发射限值。

无论如何，具体的带宽必须满足10%的容许偏差。

除此之外，带宽的规范是指滤波器的脉冲带宽，而不是6 dB的带宽。

这允许对不同滤波器上对应的测量数据进行直接比对，而不依赖于频率与相位响应。

中频检波器
在1GHz以上频率进行测量时，应优选峰值检波器。

当测量时变信号时，则需要使用最大值保持功能来在捕捉到最大的幅度值。

一些产品标准（例如CISPR/B/204/CDV,1998年9月）在测试时可能会需要一个加权检波器。

频谱仪可以通过降低视频带宽来加权。

视频带宽
用峰值检波器测量时，视频带宽值的应高于（最少三倍于）
分辨率带宽的值，通常分辨率带宽的规范值为1MHz。

进行加权测量时，视频带宽的值应当低于被测信号的调制带宽。

评估是否得到正确的视频带宽的值可以通过减少设置值，直到显示到的幅度变化值近似小于1dB来得到。

如果频谱仪使用的是线性幅度显示模式，结果应当符合被测信号的平均电平值。

使用对数显示模式时，结果应当符合被测信号对数值的平均。

屏蔽效能
上面讨论过，CISPR 16, Part 1中的第2.8节给出了EMI接收机在1GHz以下频率时的抗扰度性能，其表明了接收机在电磁场中正常工作而无性能降级的能力。

对于1GHz以上频段的要求，目前仍在考虑中，因此并没有特定的场强值。

输入滤波
频谱仪的输入端需使用一个或多个滤波器来对特定被测设备的基频提供合适的衰减。

这能够避免引起分析仪前端的损坏或过载，并且在有强的基波信号存在，测量低电平信号时，防止谐波和互调信号的产生。

接收机显示
在用较慢的扫描时间时，为了能够有图形的显示，频谱仪或EMI接收机必须具备显示内存。

使用频谱分析仪时的一些考虑
CISPR 16, Part 1第一段定义了9 kHz 到 1 GHz范围内测量接收机。

根据定义，任何符合要求的设备都被认做EMI接收机并可用于EMI符合性测试。

文中并没有相应的提及如何用硬件来实现（固定调谐或扫描）。

如果测量的频率范围为 1 GHz到18 GHz，频谱分析器是首选设备。

扫描接收机与频谱分析仪经常被混淆，主要是因为这两种设备都是在相应频段中连续调谐，并且均可以提供被测频谱的图表显示。

两者的区别是扫描接收机符合CISPR 16, Part 1中的所有技术规范并因此非常适合EMI的符合性测试，同固定调谐的接收机相比，扫描接收器还具有更多的优势。

仅仅使用频谱接收器可能不能达到所有的要求，原因如下：
由于没有预选器，因此当存在宽带脉冲信号，例如喀呖或电
源切换瞬间，或者固定的窄带
信号，或者宽带信号发射器和
移动信号产生的非连续信号
时来测量低电平信号，可能会
引起过载。

●设备的分辨率带宽和中频滤
波器形状可能会与CISPR（即
为200Hz，9kHz，120KHz）
有所不同，因此宽带信号的峰
值幅度就不能用来与商用的
EMI标准中的限值进行比较。

●频谱分析仪可能不能提供准
峰值检波和相关的机械仪响
应特性，所以宽带信号不能通
过适当的加权来评估。

●单独的频谱分析仪的灵敏度
不足以精确的测量在符合性
限值电平附近的信号。

●正弦波测量时的幅度误差会
可能高于规范要求的2dB。

总结
频谱仪和接收机的硬件结构有很多共同点，两者都为超外差接收机并使用频率选择方式测量信号电压。

EMI接收机有附加的部分来满足CISPR16，Part1的规范。

所有的相关规范在本文中都已涉及。

如果一个设备符合所有这些条件，它就能用来进行符合性测试。

并没有规定说接收机必须采用步进或扫描的方式。

同时，也没有制定关于测量结果指示的参考方式，数字或图形的测量结果表示都是可以接受的。

同时，对所需要的动态范围或实际的灵敏度也没有数值上的要求。

这些条款包括在测量不同重复频率的脉冲信号时的幅度精度。

因此，扫描和步进式接收机都适合EMI 符合性测试。

另一方面，频谱接收器更适用于1 GHz 到18 GHz的测试。

但是，它并不能完全符合CISPR 16, Part 1中的关于1 GHz以下频率的测试的要求。

因此，在1GHz 以下频率，它作为符合性测试的用途也受到了限制。

Werner Schaefer 1982年获得德国达姆施塔特工业大学的工业经济硕士学位，并于1991年获得伦茨堡大学的MBA学位。

他在微波测量、应用软件开发和EMC测试等专业领域拥有丰富的经验。

Mr. Schaefer 是CISPR/A, ANSI C63 和第1, 3 和6分会以及SAE-AE4的积极成员，他参与了EMI 标准的开发。

作为美国国家无线电与通讯工程师协会授予证书的EMC工程师，werner已经在欧洲和美国发表了许多关于EMC和微波的重要论文，并在微波测量方面与别人合著发行了一本书。

他还经常在ITEM上发表重要学术成果。

（707）577-2817
翻译：刘晓勇校核：常若艇。