EMI Receiver & LISN
EMI (Electromagnetic Interference) Receiver 和 LISN (Line Impedance Stabilization Network) 是用來檢測和測量電磁干擾的設備。是所有產品在做EMI認證時,包含CE與RE測試,測試實驗室必須要有的量測儀器。
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EMI (Electromagnetic Interference) Receiver 和 LISN (Line Impedance Stabilization Network) 是用來檢測和測量電磁干擾的設備。是所有產品在做EMI認證時,包含CE與RE測試,測試實驗室必須要有的量測儀器。
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EMI 測試接收器 (EMI Receiver) 是 EMC 測試中不可或缺的核心組件;也是在您進行產品測試時,一定都會遇到但常常會忽略的重要儀器。
EMI 測試接收器是設計用來嚴格檢測電磁發射的極其精確的儀器,確保所有發射符合所測試的標準。其內部配置為盡可能簡單地設置運行標準定義的參數所需的測試,包括自動化測試程序。這類儀器不僅可以做 EMI 測試接收器,亦能作為完整的信號和頻譜分析儀。
市售的 EMI 測試接收器,包含全合規 (full compliance) 和預合規 (precompliance) 。全合規接收器實現了法規標準的所有要求,適用於認證測試。預合規接收器則是 EMI 測試開發過程中理想的性價比解決方案。其實現了標準定義的帶寬、限值和檢測器,但不完全符合全合規的嚴格要求,一般為實驗測試評估使用。以筆者的實際使用經驗來說,預合規和全合規的測試結果,通常不會有大大的差距。
全合規的EMI 測試接收器支持來自所有主要標準機構的全範圍商業、汽車和軍事 EMI 標準,包括 IEC、CISPR、CENELEC、ETSI、FCC、ANSI、RTCA 和 MIL-STD。新款的儀器會支持所有最新的修訂與量測方法,例如快速基於 FFT 的時域掃描,這使得測試比傳統頻率掃描快了很多倍。
業界較知名的 EMI Receiver 的儀器供應商主要是 R&S 與 Keyseight。
EMI 接收器 (EMI Receiver)和頻譜分析儀(Spectrum Analyzer) 都是用於測量和分析電磁干擾的工具,但常常會被人所誤認。大部分的工程師都會以為測試EMI使用的是頻譜分析儀,但實際上則是EMI Receiver。
兩個儀器之間有許多重要的差異。EMI 接收器針對性強,符合標準規範,適合專業 EMI 測試。而頻譜分析儀則靈活性高,適用於各種信號測試。特別做這一個介紹比較是想提醒讀者,進行 EMI 分析或模擬,千萬不要把頻譜分析儀當成EMI 接收器使用。
筆者做了一個簡單的差異表給讀者參考:
測量點 (Measurement Points)
針對特定頻率點進行測量,根據標準設定。
在頻率範圍內進行掃描,測量任意頻率點。
調諧和停留時間方法 (Tune and Dwell Time Method)
使用調諧和停留時間方法,根據標準在每個測量點停留特定時間。
掃描方式靈活,但通常不會在每個頻率點停留特定時間。
每個測量點的停留時間 (DWELL TIME at Each Measurement Point)
每個測量點的停留時間預先設定,以確保準確捕捉干擾信號。
停留時間不是主要特性,關注掃描速度和頻率範圍。
TR 根據頻寬調整樣本 (TR Adjusts Sample x Depending on Span)
根據頻寬自動調整樣本數量,確保測量結果準確性和穩定性。
樣本數量可手動或自動調整,通常由使用者設定。
自動控制 (Automatic Control) – ATT, 預選和過濾器 (Preselection, Filters)
具有自動控制功能,如自動調節衰減、預選和過濾器,根據需求自動調整。
也具有這些功能,但通常需要使用者手動調整。
頻率增量 (Frequency Increment/Step Size)
頻率增量預先設定,確保覆蓋所有必要的測量點。
頻率增量可靈活設定,根據使用者需要。
Peak, QP, AV Detector
有Peak, QP, AV Detector
無
EMI 特定功能 (EMI Specificity)
專為電磁干擾測試設計,符合各種標準,具有高度專業化功能。
通用型設計,適用於各種信號分析,缺乏專門的 EMI 測試功能。
這張表格總結了 EMI 接收器和頻譜分析儀在幾個關鍵方面的差異,希望可以幫助讀者更好地理解兩儀器各自的特點和適用範圍。
EMI (Electromagnetic Interference) Receiver 是用來檢測和測量電磁干擾的設備。其工作原理涉及將接收到的信號進行多步處理,以便準確地分析其頻譜特性。
圖是 EMI Receiver 的工作流程和各部分的原理介紹:
輸入信號 (Input Signal) EMI Receiver 接收到的信號通常是從測試設備(例如: LISN)或天線捕獲的電磁干擾信號。這些信號可能來自各種電氣設備、電子元件或無線通信裝置。
混頻器 (Mixer) 混頻器的作用是將輸入信號和本地振盪器 (Local Oscillator) 產生的信號進行混頻,產生一個中頻信號 (Intermediate Frequency, IF)。本地振盪器的頻率可以調節,以便選擇不同頻率範圍內的信號進行分析。有助於識別可能的干擾源和了解其頻譜特性。
中頻濾波器 (IF Filter) 是用來選擇所需的頻率範圍,並過濾掉其他頻率成分,目的是為了確保只有感興趣的頻率帶內的信號被處理。這有助於提高信號的信噪比,使後續的檢測更準確。圖中顯示了中頻濾波器的頻率響應曲線,其中只允許特定頻率範圍內的信號通過。
包絡檢測器 (Envelope Detector) 包絡檢測器用來提取信號的包絡 (Envelope),這是信號的振幅隨時間變化的曲線。包絡檢測器通常由一個二極管和濾波電路組成,如圖中所示。包絡檢測器後的信號波形顯示了信號包絡的變化。
峰值、準峰值和平均檢測器 (Peak, QP, AV Detector) ,雜訊訊號可能是以不同的調變方式存在,包括幅度調變、頻率調變或相位調變。檢波器用於檢測並提取這些調變信號的信息。這些檢測器用來測量信號的不同特徵值:
峰值檢測器 (Peak Detector):測量信號的最大振幅。
準峰值檢測器 (Quasi-Peak Detector):測量信號的準峰值,這是一種考慮到信號持續時間和間隔的測量方法,對於衡量干擾的影響更準確。
平均檢測器 (Average Detector):測量信號的平均值,對於持續性干擾信號的測量有用。
顯示器 (EMI Receiver Display) 最後,處理後的信號被顯示在 EMI Receiver 的顯示器上,供使用者分析和記錄。
圖中展示了包絡檢測器前後的信號波形變化,可以看到經過包絡檢測後,信號的包絡被提取出來,使後續的特徵檢測更加直觀和準確。
EMI Receiver 透過這些步驟,有效地捕捉和分析電磁干擾信號,幫助工程師和技術人員評估和減少電磁干擾對設備和系統的影響。
LISN(Line Impedance Stabilization Network),中文稱為線路阻抗穩定網絡,是電磁兼容性測試中的重要設備,通常搭配 EMI Receiver 一同使用。
R&S 和 Keysight 是市場的領導者,有興趣的讀者可以至其官網下載其儀器手冊,會對這類儀器有更多的認識。圖2-3是大型實驗室常使用的 R&S 三相 LISN官網截圖,給讀者參考。
在CE與RE的測試中,LISN和 EMI Receiver一樣是必備的元件。LISN 的主要功能如下:
提供穩定的阻抗:在高頻下,LISN 提供一個定義好的阻抗,通常為50歐姆,確保在被測設備(EUT,Equipment Under Test)端的阻抗穩定。
隔離測試電路:LISN 隔離測試電路,防止電源線上的不需要的射頻信號進入測試電路,從而保證測試的準確性。
耦合擾動電壓:LISN 將來自 EUT 的擾動電壓耦合到測量接收器,以便進行精確的電磁干擾測量。
精確測量: LISN 確保了測量環境的穩定性和重複性,從而能夠獲得精確的電磁干擾數據。
標準符合性: 使用 LISN 進行測試符合國際標準,如 CISPR、MIL-STD 等,確保測試結果的國際通用性。
隔離干擾: LISN 有效隔離外部射頻干擾,確保測試結果不受外界因素影響。
LISN 主要有兩種基本類型:
V 型網絡(V-network):V 型網絡用於耦合非對稱電壓,即單端電壓。
Δ 型網絡(Delta-network):Δ 型網絡可以分別耦合對稱和非對稱電壓,即差模和共模電壓。這種網絡常用於更複雜的測試情境,能夠提供更全面的干擾測試數據。
LISN 在電磁兼容性測試中起著關鍵作用,通過提供穩定的阻抗、隔離不需要的射頻信號以及耦合擾動電壓,使得測試過程更加準確和可靠。不同類型的 LISN 適用於不同的測試需求,選擇合適的 LISN 類型可以提高測試的精度和效率。