【测试案例分享】SpectrumView跨域分析加速EMI诊断

背景

在电源管理芯片、隔离芯片等模拟集成电路中，很多电路元件之间(如变压器、功率管等)以及导线上都会不断地产生各种电流电压的变化(即dv/dt 节点和高 dI/dt 环路)，以及受高频寄生参数的影响，这些元件通过电磁感应效应不断地产生各种电磁波，经电源线传导或形成天线效应对外辐射，影响到正常的电路功能，导致设备性能下降、通讯中断或故障，甚至对周围其它敏感电子设备正常工作造成严重干扰，重则会引发事故。如电源管理芯片等模拟IC器件，因其高灵敏度、系统集成度及布线布局设计等因素，极易受到EMI(电磁干扰)的影响。

开关速度更快、上升沿陡峭，加剧了EMI的问题。

测试需求

基于安全性的考虑，如汽车、医疗电子等行业对电磁干扰有着严格的要求。电磁兼容性（EMC）标准的合规性，对于各制造商而言都是一项非常重要的任务，这与产品开发成本和上市时间息息相关。以新能源汽车行业为例，随着碳化硅等新半导体技术的引入，功率比以往更高，高频开关器件更多，主机厂对各供应商所供零部件的EMC性能要求也变得越来越苛刻。为了最终确保电动车辆整车电磁兼容性，并使整车辐射发射满足标准要求，国际标准CISPR 25和中国标准GB/T 18655—2018对电动车辆高低压零部件在150kHz～108MHz频段的传导发射和150kHz～2.5GHz频段的辐射发射规定了限值要求和测量方法。

但是电磁兼容认证测试成本高且测试过程繁琐，往往要求设计人员进行多次设计、整改和测试，造成产品上市延误。因此，工程师在设计阶段非常有必要进行预一致性测试，改善产品设计，确保后期产品通过电磁兼容认证通过率。

测试方法

标配的SpectrumView频谱视图功能


泰克4/5/6系MSO示波器标配的SpectrumView既为时域提供了一个抽取滤波器，又在每个 FlexChannel 后面为频域提供了一个数字下变频器。如图所示的信号采集和处理架构，模拟信号经过ADC转换为数字信号后，时域和频域是并行处理的，使得时域和频域捕获时间可以独立设置。因此两条不同的采集路径可以同时观察输入信号的时域视图和频域视图，并为每个域提供独立的采集设置，就像频谱分析仪一样发现稳态及瞬态的射频活动。

噪声频谱


不同于频谱分析仪，4/5/6系MSO示波器频谱视图可以使用任何类型的探头，测量极低频率的信号，并且支持多通道测量。上图所示为噪声频谱，支持将横轴设置为对数坐标。下图为同时观察传导和辐射噪声的时域和频域。


高级触发类型


泰克 4/5/6 系MSO 混合信号示波器具有的RFVT（射频与时间相关）硬件触发选项。如图所示为开启RF 幅度与时间波形视图后观察到的跳频信号，可以直观地看到该信号每隔约 5 毫秒跳频一次，跳过三个频率。RFVT选件支持在该波形的边沿、脉宽和超时事件的上进行硬件触发，更快地捕获异常。除此以外另还有RF频率、RF相位与时间相关触发功能。


干扰源定位

使用4/5/6系 MSO混合信号示波器配合磁场探头、电场探头就可以定位噪声源并分析干扰源类型。频谱视图中还支持峰值标记、最大/小值保持、平均等功能，方便进行对比测试。


下图为使用高压差分探头、电流探头和近场探头测量MOSFET的导通瞬间。在频谱视图下可同步观察导通瞬间的频谱变化情况。