车载电子零部件的EMC由于需要满足严格的限值和功能安全要求所以一直是研发设计中的重点和难点。通过深入研究基础标准CISPR25定义的传导测试电压法和电流法的异同能够让我们对于车标传导发射测试理解更为深刻,对于传导测试结果诊断分析,研发EMC预测试和诊断能力建设,甚至实验室测试快速核查都有很好的意义。

 

传导标准测试时经常发现电流法比电压法通过的难度更大,导致一些工程师认为电压法和电流法是差异很大的不同测试,我们需要通过标准中的细节内容来分析两者异同。

 

电压法测试布置(左)电流法测试布置(右)

 

两者相同点:测试场地相同;测量设备相同;检波器带宽步长等参数相同;测试结果来源相同(均通过电压信号转换得到);对电源端口AN(artificial network人工网络)接入要求相同(电源端口都有一个稳定统一的对地阻抗)。

 

两者差异部分:测量接口不同(电压法通过人工电源网络的RF端口输出,电流法通过电流探头耦合输出);受测端口限制不同(电压法只能测试电源端口,电流法可以测试任意线缆,尤其是无法接入阻抗匹配网络的信号线采样线通讯线等);测试布置线长不同(电压法受测线长20~40cm而电流法150~200cm);限值不同。

 

以上可以看出两者应用上存在较大差异尤其分别采用不同的限值更容易被认为是互相独立的不同测试,但仔细分析限值的差异我们却能发现两个测试方法内在的统一性。

           

电压法和电流法的限值比较(Δ为限值数值差值)

 

对比限值可以看出电压法与电流法限值在频段和等级划分是一致的,仅量纲不同和数值不同。由于测试在50Ω系统下进行,因此电压量纲与电流量纲之间固定存在34dB差值(50欧电阻对数形式34dBΩ),与6MHz之后限值差值是一致的。而6MHz之前的差值小于34dB,通过查询基础标准的阻抗值我们能发现是由于阻抗差异导致而非测试方法严酷程度不同。参考基础标准CISPR16-1-2中车标150KHz-108MHz  50Ω/5uH+1Ω人工电源网络AMN相应的阻抗曲线如下 :

 

150KHz-108MHz的 50Ω/5uH+1Ω阻抗网络原理图(左)和阻抗曲线(右)

 

右图阻抗曲线可以看出在6MHz之后阻抗稳定在50Ω,但在低于该频段之前阻抗明显小于50 Ω,如300KHz阻抗约为10Ω即20dB Ω,差值为20dB,与限值差值相同。因此两者限值实际上是参照阻抗网络阻抗值进行转换的,两个测试方法五个等级的限值都一一对应并没有严酷程度不同的差异,因此标准电压法电流法不但测试方法相通而且限值也是统一的。

 

通过分析我们知道了两个测试方法的外在区别和内在统一性,由此可以引申出两个工程实践中较为有意义的指导。

 

首先可以指导车标零部件电压法电流法数据分析。因为内在的一致性,所以电源端口的测试电压法、电流法结果在6MHz以下的应当趋于一致(超标值或裕量值一致,频谱包络值会有差异,电流法测试结果频谱斜率会更大一点),在6MHz以上电流法因为线长的阻抗变化和驻波的影响会和电压法有一些差异,这个推论可以指导我们从数据差异中发现隐藏信息,而且诊断分析时可以不拘泥于测试布置,在任一种测试布置可以诊断评估两种测试以便提高效率,同时数据时如果差异大大超出预期时还需要考虑核查实验室设备状态、校准系数、参数调用操作失误等情况。

 

其次电流法与电压法的内在一致性能还能指导我们建设和使用车标传导预测试和诊断工作台。工程应用中电流法覆盖的线缆端口范围更广,不但可以评估电流法还可以利用一致性覆盖电压法测试可以提高诊断效率。同时也扩展其他类型的阻抗网络用于车标零部件测试也可以灵活综合利用各种设备。以下是由这一指导方法引申而出来的传导预测试和诊断工作台的简略介绍,供EMC工程人员参考。

 

该预测试及诊断台仅包括频谱仪、阻抗网络、电流探头以及金属夹具。电压法或电流法预测试只需要分别使用不同的电流探头系数:标准50Ω环境校准电流探头系数可以使用电流法限值;电流探头与AMN一同校准可以使用电压限值。

 

电流探头标准50Ω校准(用于电流法)与电流探头配合阻抗网络校准(用于电压法)

        

自制阻抗网络的校准(左)于阻抗系数(右)

 

该AMN为自制16A 50Ω//50uH阻抗网络,但并非50Ω//5uH AMN,但与电流探头共同校准之后不影响预测试和诊断使用。

 

车标传导预测试和诊断工作台应用实例图(索恩格汽车零部件有限公司授权发布)

 

该工作台虽然简单,但由于电压法和电流法本质上统一性,经校准后得到的测试结果也是具有评估意义的,对于差模共模成分区分,复杂线缆比对,以及测试安全和便利性都有很大优势,配合其他诊断设备能够完全处理PCB板级和芯片级别的EMC问题,以极小的成本投入极大支持研发EMC工作。

 

更进一步,我们也可以使用电流法在非标准的测试条件下(即无AN接入,任意开发环境和场地)对传导测试结果进行预测试和评估(由于一般环境的阻抗总是大于50欧,又小于377欧,可以认为测试结果会在14dB内变动,一般6-10dB裕量已经足够覆盖阻抗网络接入与否导致的测试结果差异),这将给与EMC工程师在现场进行诊断和预测试极大的便利性(直接、方便、快捷、安全、高效),这不仅对于车标零部件和整车集成应用而且对于其他标准和任何大型复杂系统的EMC分析诊断和设计都有很好的益处。同时该方法不仅仅限于传导,还可以扩展应用于辐射分析。

 

小结

 

CISPR25传导电压法和电流法测试测试形式有差异但内在是统一的.

 

分析电压法和电流法的测试结果的相关性能够帮助诊断分析问题;

 

比较电压法电流法数据可以初略快速核查实验室;

 

将电流探头和阻抗网络通过合适的方法校准可以使用不同限值;

 

利用统一性原理可以建设低成本高效的诊断分析台;

 

电流法还可以进行进一步的应用扩展