CN1510426A - 电磁干扰诊断方法及其*** - Google Patents

Abstract

一种电磁干扰诊断方法及其***，用于诊断各种电子产品设备内部的电磁干扰，指导用户改进设计以满足电磁兼容的标准。本发明的诊断方法首先通过对被测设备获取均匀分布的一组测试点的一组时域信号波形，然后进行处理、转换、分析比较，最后确定电磁干扰在被测设备上的物理位置。为实现本发明的方法，本发明提供一种电磁干扰诊断***。***包含信号采集和信号分析两大部分。信号分析部分是以计算机作为载体，处理、转换及分析比较模块均建立在计算机的操作***平台上。具有方法步骤和***结构简单，操作方便，不受周围环境条件的限制，诊断结果准确可靠的特点。

Description

电磁干扰诊断方法及其***

技术领域  本发明涉及一种电磁干扰(EMI)的诊断方法及其诊断***。

背景技术  衡量一种电子产品，它是否消除了电磁干扰(EMI，ElectromagneticInterference)，或者电磁干扰(EMI)小，或者抗电磁干扰(EMI)能力强，这是一个很重要的指标。欧盟国家从1996年开始实施电磁兼容(EMC，Electromagnetic Compatibility)法规，所有电子产品在欧洲市场销售前，必须达到欧洲EMC标准，否则不得销售。从2001年开始，中国也颁布了相关的EMC标准。然而EMC的诊断是一项高科学技术，其难度有时超过产品的生产本身。由于新产品的EMC状况在产品形成之前无法预知，通常要在样品出来后再送EMC测试中心检测，发现问题后返回厂家修改(由于此时印刷电路板已经定型难以更改布局，往往导致重新设计)，直至最终达到EMC标准。即使在定型产品的生命周期内，对该产品的任何修改都将导致重新考核该产品的EMC状况。

在先的EMC测试技术，只能获知被测试产品设备(EUT，Equipment Under Test)的电磁干扰(和抗干扰)是否达标或者哪一频率超标，无法测出超标频率由产品的哪一部分产生，从而无从着手进行改进。查找EMI在EUT中的具***置全凭设计人员的经验和反复探索。由于EMC测试要在全封闭的屏蔽室内进行且测试设备昂贵，导致测试费用昂贵；多次的反复测试既加重了开发成本又使得产品开发周期难以预测。

发明内容  本发明的目的在于克服在先技术的不足而提出的一种电磁干扰诊断方法及其***。其原理为：根据EMC测试结果已知EUT的EMI在某一频率超标或者欲评价EUT某一频率的EMI强度，可在EUT上均匀分布地直接测得或者通过电子设计软件***(如斯拜思-SPICE电路仿真软件***，或者普鲁泰尔-PROTEL智能布线软件***，或其他CAD软件***)获得一组时域信号波形(可以是电流，或电压，或电磁场强度)并对测试点编号，再通过处理将时域信号转换成频域信号并提取EMI超标或者欲评价的干扰频率的频率分量进行比较从而获知某测试点EMI的分量最大。根据该具有最大EMI分量的信号测试点编号，可以确定该信号既EMI在EUT上的物理位置。同时，还可以通过对该点波形作时间——频率域分析，可以由EMI频率发生的时间确定EMI频率在信号波形上的位置。由于信号波形的不同部位由电路的不同部件产生，据此可以推断可能产生EMI的部件。用户可针对EMI的物理位置和可能产生EMI的部件进行改进以降低该频率EMI的能量，直至EUT达到EMC的标准。

本发明的上述目的可以采用以下技术方案来实现。提出一种电磁干扰诊断方法：

首先在被测设备上获取均匀分布的带有编号的一组测试点的一组时域信号波形。然后对这一组时域信号波形进行处理、转换和分析，找出对应干扰频率最大值的测试点，此测试点在被测设备上的位置即为产生电磁干扰的部位。

为实现本发明的上述目的和诊断方法，提供一种电磁干扰诊断***。本发明诊断***包含信号采集和信号分析两大部分。其中信号采集部分含有探头和波形记录电路；信号分析部分是以计算机作为载体，含有数据输入接口、存储器和建立在计算机操作***平台上的时频变换及频率分量比较器。

与在先技术相比，上述本发明的方法及***具有显著的优点，通过确定干扰源的物理位置和可能产生的干扰的元器件，为降低电磁干扰指明了方向；缩短了产品的开发周期；以计算机为载体，建立的处理、转换和分析***，不受环境和条件的限制。在通常的工业环境下能够使用常规的仪器或CAD软件***采集被分析数据，较之在先技术中对EMC测试需要用昂贵的频率分析仪在密封的屏蔽室内进行，节省了大量费用。本发明的方法步骤和***结构简单，操作方便，诊断时，不受周围环境条件的限制，诊断结果准确可靠。

附图说明  图1是本发明的方法步骤的示意图。

图2指示不同测试点编号及其某一频率分量大小，用以确定EMI在EUT中的位置。

图3指示某一测试点的信号原始波形及其某一频率分量的时间——频率分布，用以确定某一频率EMI在信号波形中的位置。

图4是本发明的***结构的示意图。

图5是时频变换及频率分量比较器(23)的结构及流程示意图。

最佳实施方式  以下结合各附图对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明诊断方法的具体步骤。如图1中所示，本发明的具体方法步骤为：

<1>在被测设备上，获取均匀分布的带有编号的一组测试点(P1…Pn)的一组时域信号波形。所说的时域信号波形是电流波形，或者是电压波形，或者是电磁场强度波形。

<2>对上述一组时域信号波形进行处理，将其转换为频域信号，如图2所示。或者将其转换为时间——频率域信号，如图3所示。

所说的将时域信号波形转换成频域信号，可以采用傅立叶变换(Fourier Transform)：

$\hat{f}\left(\mathrm{\&omega;}\right)={\&Integral;}_{-\&infin;}^{+\&infin;}f\left(t\right)e^{-\mathrm{t\&omega;t}}\mathrm{dt}$

式中

f(t)为被变换的时域信号

为变换后的频谱

或者小波变换(Wavelet Transform)来实现：

$\mathrm{Wf}(u,s)=<f,{\mathrm{\&psi;}}_{u,s,}>={\&Integral;}_{-\&infin;}^{+\&infin;}f\left(t\right)\frac{1}{\sqrt{s}}{\mathrm{\&psi;}}^{*}\left(\frac{t-u}{s}\right)\mathrm{dt}$

式中

S为尺度因子

U为平移因子

为依赖于参数S，U的小波基函数

^*为取共轭

f(t)为被变换的时域信号

Wf(u，s)为变换后的小波变换系数

为了将时域信号转换成时间——频率域信号，可以用小波变换或者短时傅立叶变换(STFT，Short Time Fourier Transform)来实现：

$\mathrm{Sf}(u,\mathrm{\&omega;})=<f,g_{u,\mathrm{\&omega;}}>={\&Integral;}_{-\&infin;}^{+\&infin;}f\left(t\right)g(t-u)e^{-\mathrm{t\&omega;t}}\mathrm{dt}$

式中

g(t-u)为窗口函数

U为平移因子

f(t)为被变换的时域信号

Sf(u，ω)为变换后的短时傅立叶变换系数

<3>比较上述频域信号中各测试点上的干扰频率分量，找出对应干扰频率分量最大值的测试点；或者由时间——频率域信号确定干扰频率在时域信号波形中的位置。

<4>确定上述干扰频率分量最大值所对应的测试点(如图2所示)在被测设备上的位置，此位置即为被测设备上产生电磁干扰的部位，或者确定干扰频率发生的时刻所对应在时域信号波形中的部位(如图3所示)，产生该部位波形的元器件即为产生电磁干扰的元器件。

如上述步骤，如已知EMI在F频率超标，或欲求EMI在F频率的分量，首先用示波器等仪器或者由电子设计软件***(CAD***仿真EUT)，获得P1-Pn点信号波形并予以记录。记录的波形送至计算机内进行处理。经傅立叶变换或小波变换处理(可用市售的MATLAB数学软件包或自行编制程序)获得P1-Pn的F频率分量F1-Fn，如图2所示。从F1-Fn中找出具有最大F分量的测试点Pi(在图2的实施例中，有P1-P19共19个测试点，其中Pi为P19)，该Pi点就是可能的F频率的EMI源，由于该Pi点事先已经编号，从而可确定该EMI源的物理位置。如果用短时傅立叶变换或者小波变换将时域波形数据从时间域变换到时间——频率域，如图3所示，则对照干扰频率F的时间分布，可确定F频率在时域信号波形中的位置(图3中，干扰频率发生于时间4，10，13…微秒，对应于时域波形的非最大幅值处)，从而确定了EMI在时域信号波形中的时序位置。产生该时序位置波形的元器件即为产生电磁干扰的元器件。

图4为本发明诊断***的结构。如图4所示，本发明的诊断***包含信号采集部分1和信号分析部分2。其中信号采集部分1内含有探头11和波形记录电路12；所说的信号分析部分2是以计算机为载体，含有数据输入接口21、存储器22和时频变换及频率分量比较器23。

所说的探头11是能够给出电流，或电压，或电磁场强度等波形的测量***。如本实施例中的探头11采用示波器探头。

所说的波形记录电路12是示波器的波形记录电路，或者是直接***计算机插槽的A/D卡，或者是通过数据输入接口21中的并口或串口与计算机相连的A/D单元。

所说的数据输入接口21是计算机上的I/O接口和通道，或者是计算机上的可移动式驱动器，或者是计算机的内存或硬盘。

图5是信号分析部分2中的时频变换及频率分量比较器23的结构及流程。本发明的时频变换及频率分量比较器23(本实施例中使用C语言编写)是建立在计算机操作***(Windows 95/98/2000/XP或UNIX)的平台上，含有数据输入模块2301、数据采集模块2302、信号变换模块2303、频率比较模块2304以及显示模块2305。

如上述结构，信号采集部分1中的探头，探测的时域信号波形(可以是电流，或电压，或电磁场强度等波形)，经过波形记录电路12和信号分析部分2的数据输入接口21送进信号分析部分2中的存储器22和时频变换及频率分量比较器23内。如图5所示，输入的时域信号波形经时频变换及频率分量比较器23内的数据输入模块2301输入，并由数据采集模块2302采集，读取后送入信号变换模块2303，信号变换模块2303以傅立叶变换，或小波变换，或短时傅立叶变换，使输入的时域信号波形变换成频域信号或时间——频率域信号，变换后送至频率比较模块2304对频率分量进行排列以提取最大值，或者对时域信号波形与时间——频率域信号进行比较，用以找出所对应的测试点或元器件的具***置，最后由显示模块2305显示结果。

Claims (11)

1、一种电磁干扰诊断方法，其特征在于，首先在被测设备上获取均匀分布的带有编号的一组测试点的一组时域信号波形，然后，对这一组时域信号波形进行处理、转换、分析，找出对应干扰频率有最大值的测试点，此测试点在被测设备上的位置即是产生电磁干扰的部位。

2、根据权利要求1所述的电磁干扰诊断方法，其特征在于具体的方法步骤是：

<1>在被测设备上，获取均匀分布的带有编号的一组测试点的一组时域信号波形；

<2>对上述一组时域信号波形进行处理，将其转换为频域信号，或者将其转换为时间——频率域信号；

<3>比较上述频域信号中各测试点上的干扰频率分量，找出对应干扰频率分量最大值的测试点；或者由时间——频率域信号确定干扰频率在时域信号波形中的位置；

<4>确定上述干扰频率分量最大值所对应的测试点在被测设备上的位置，即为被测设备上产生电磁干扰的部位，或者确定干扰频率发生的时刻所对应在时域信号波形中的部位，产生该部位波形的元器件即为产生电磁干扰的元器件。

3、根据权利要求1或2所述的电磁干扰诊断方法，其特征在于所说的时域信号波形是电流波形，或者是电压波形，或者是电磁场强度波形。

4、根据权利要求1或2所述的电磁干扰诊断方法，其特征在于所说的在被测设备上获取一组时域信号波形是用测量装置获取，或者是用电子设计软件***获取。

5、根据权利要求1或2所述的电磁干扰诊断方法，其特征在于所说将时域信号波形转换为频域信息采用傅立叶变换，或者采用小波变换。

6、根据权利要求1或2所述的电磁干扰诊断方法，其特征在于所说的将时域信号波形转换为时间——频率域信号采用短时傅立叶变换，或者采用小波变换。

7、一种电磁干扰诊断***，包含信号采集和信号分析两大部分，其特征在于所说的信号采集部分(1)含有探头(11)和波形记录电路(12)；所说的信号分析部分(2)含有数据输入接口(21)、存储器(22)和时频变换及频率分量比较器(23)。

8、根据权利要求7所述的电磁干扰诊断***，其特征在于所说的数据输入接口(21)是计算机上的I/O接口和通道，或者是计算机上的可移动式驱动器，或者是计算机的内存或硬盘。

9、根据权利要求7所述的电磁干扰诊断***，其特征在于所说的时频变换及频率分量比较器(23)是设置在计算机操作***的平台上，含有数据输入模块(2301)、数据采集模块(2302)、信号变换模块(2303)、频率比较模块(2304)以及显示模块(2305)。

10、根据权利要求7所述的电磁干扰诊断***，其特征在于所说的探头(11)是能够给出电流，或电压，或电磁场强度波形的测量装置。

11、根据权利要求7所述的电磁干扰诊断***，其特征在于所说的波形记录电路(12)是示波器的波形记录电路，或者是直接***计算机插槽的A/D卡，或者是通过数字输入接口21中的并口或串口与计算机相连的A/D单元。

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