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1、時域測傳導性電磁干擾之共模和差模雜訊分時域測傳導性電磁干擾之共模和差模雜訊分 Time Domain Measurement System for CM and DM Separation of Conducted Emission 永勳永勳 輔仁大學電子工程學系 輔仁大學電子工程學系 242 台縣新莊市中正台縣新莊市中正 510 號號 Tel: (02) 29053791 Fax: (02) 29042638 E-mail: leeee.fju.edu.tw 宇宇 輔仁大學電子工程學系 輔仁大學電子工程學系 106 台市廣州街台市廣州街 35 號號 Tel: (02) 23020304 Fa
2、x: (02) 23818799 E-mail: to_.tw 摘要摘要 本文主要探討使用位示波器搭配電腦輔 助運算(傅轉換)之時域測技術，藉以驗證傳 導性電磁干擾。用示波器多通道輸入的特性及 LabVIEW 圖控軟體的信號處模組，藉由 GPIB 傳輸 介面將火線(Live)與中性線(Neutral)雜訊波形擷 取至電腦後進運算。時域測技術用於電磁干擾 測時，位示波器能模擬頻譜的各種測模式， 如峰值檢測模式、平均值檢測模式。此外並能同時 的分共模、差模雜訊解決相位一致的問題。由 於時域技術允許對整個信號譜內的幅和相位資 訊進平處，故可大幅縮短測時間。擷取出 的信號用 LabVIEW 圖控軟體於
3、電腦端呈現，可輕 地對其作後端處如規範選擇、程式判斷、遠 端監控。最後並以實際驗證結果比較時域與頻域 測之差。 關鍵詞關鍵詞：時域測、傳導性電干擾、共模及差模雜 訊分、傅轉換。 Abstract This article discusses a digital oscilloscope to match the time-domain measurement computer-aided technique and Discrete Fourier Transform (DFT) to measure the conducted EMI and separate the common-mode
4、 (CM) and differential-mode (DM) noises. Taking advantage of the oscilloscope multi-channel and the computer, it will deal with the live and neutral lines synchronization. It can mitigate the phase coherent problem to separate the CM and DM EMI noise at the same time without any hardware implementat
5、ion. Due to the time-domain measured method allows the noise amplitude and phase in parallel processing for whole spectrum range to reduce the measured time, the computerized time-domain measurement environment bases on the LabVIEW test and measurement system. The separation results are compared wit
6、h the frequency-domain measurements. The proposed time-domain measured system can provide a user friendly and convincible approach for fast EMI measurement and countermeasures. Keywords: Time-domain measurement, Conducted EMI, CM and DM separation, DFT 1. 簡介簡介 由於各國對於規範電磁干擾的法同，所規 定之限制也有所差別，但其主要區分為射型及
7、傳 導型電磁干擾個部分。製造商在送至電磁測試實 驗室認證前為避免必要之費，大多會使用先期 認證系統對產品做第一階段的確認。為節測儀 器所需成本與花費時間，本文針對傳導性電磁干擾 的部分提出示波器時域測系統，其架構在 LabVIEW 程式平台於時域分共模、差模雜訊。藉 由電腦輔助運算為示波器增加額外的功能，將有效 的低傳導性電磁干擾的測時間與成本。 傳導型電磁干擾指的是產品經由電源線傳導 出去的雜訊。一般而言為低傳導型電磁干擾的 產生，研發人員常採用雜訊分技術，將雜訊分 為共模及差模雜訊，再分別設計電磁干擾波器， 以抑止換式電源供應器傳導性干擾。其測之頻 寬依各國法規而有所同，舉 CISPR 規
8、範為其 測範圍為 150KHz-30MHz。而測試所需設備傳統上常 使用頻譜分析儀或 EMI 接收器，其儀器工作原主 要採取頻掃描的方式進測。測環境部分， 因換式電源供應器的體積大，常採用桌上型擺 設測試，在測試場地的水平地面及垂直牆面上，須 鋪上接地屬板，提供屏蔽效果以低電磁干擾。 並於水平屬板上放置一高 80cm 的非導電材質桌 子，待測物距垂直屬板 40cm，電源經由 LISN 供給待測物。藉由 LISN 將待測物操作所產生的傳 導雜訊傳至頻譜分析儀測。 近隨者位示波器的進步，比位轉換器(ADC)取樣已可達 GHz/s，足以用傅分 析準確地顯示 30MHz 以下之頻域資訊。一直以， 工程
9、師是使用頻譜分析儀測傳導性電磁干 擾，其掃頻式的測方式導致花費時間過長，無法 抓到瞬間消逝之雜訊。此種勢於射性之電磁干 擾測尤其明顯(30MHz-1GHz)，通常需要測 30 分鐘1。除此之外，傳統的頻譜測系統只能接 受單一輸入信號，故必須搭配分器如功結合 器、主動式雜訊分器等才能分共模、差模雜 訊。反觀之、用位示波器時域測技術及多通 道輸入的特性，直接對從示波器 CH1 12V、10A 19V，3.42A 輸出功 250W 60W 電架構 順向型電 返馳式電 圖 5 和圖 6 分別呈現使用位示波器與頻譜分 析儀測 250W 和 60W 電源供應器火線(L)、中性 線(N)之比對結果。圖 7、
10、圖 8 則呈現比較使用位 示波器時域分與頻譜分析儀搭配功結合器分 共模、差模雜訊之結果。為使測結果於對 照，其中限制線部份設定為 50dBuV，頻範圍採 用 CISPR 規範為 150KHz 30MHz，橫軸部份以線 性(Linear)方式呈現，振幅範圍為 0-100 dBuV(每 格為 10dBuV)。誤差圖取樣間距每點 1MHz，從 150KHz 30MHz 共 31 點，並於頻譜分析儀測共 模、差模部份直接扣除 3dB 以於觀察其誤差值 5。頻譜分析儀中頻波器(RBW)為 9KHz，示波 器模擬頻寬解析(3)為 10KHz。 5(a)示波器火線(L)雜訊 5(b)頻譜分析儀火線(L)雜訊
11、 010203040506070800.1524681012141618202224262830 Frequency/MHzNoise Level/dBuV示波器火線雜訊頻譜分析儀火線雜訊平均誤差值: 1dBuV 最大誤差值: 7dBuV(0.15MHz) 5(c)火線(L)雜訊誤差圖 5(d)示波器中性線(N)雜訊 5(e)頻譜分析儀中性線(N)雜訊 010203040506070800.1524681012141618202224262830 Frequency/MHzNoise Level/dBuV示波器火線雜訊頻譜分析儀火線雜訊平均誤差值: 0dBuV 最大誤差值: 8dBuV(0.1
12、5MHz) 5(f)中性線(N)雜訊誤差圖 圖 5. 250W 火線和中性線雜訊測比較 6(a)示波器火線(L)雜訊 6(b)頻譜分析儀火線(L)雜訊 010203040506070800.1524681012141618202224262830 Frequency/MHzNoise Level/dBuV示波器火線雜訊頻譜分析儀火線雜訊平均誤差值: 2dBuV 最大誤差值:6dBuV(2、16MHz) 6(c)火線(L)雜訊誤差圖 6(d)示波器中性線(N)雜訊 6(e)頻譜分析儀中性線(N)雜訊 010203040506070800.1524681012141618202224262830
13、Frequency/MHzNoise Level/dBuV示波器火線雜訊頻譜分析儀火線雜訊平均誤差值: 5dBuV 最大誤差值:6dBuV(1、14、16MHz) 6(f)中性線(N)雜訊誤差圖 圖 6. 60W 火線和中性線雜訊測 7(a)示波器共模雜訊 7(b)頻譜分析儀共模雜訊 010203040506070800.1524681012141618202224262830 Frequency/MHzNoise Level/dBuV示波器火線雜訊頻譜分析儀火線雜訊平均誤差值: 0dBuV 最大誤差值:20dBuV(0.15MHz) 7(c)共模雜訊雜訊誤差圖 7(d)示波器差模雜訊 7(e
14、)頻譜分析儀差模雜訊 01020304050600.1524681012141618202224262830 Frequency/MHzNoise Level/dBuV示波器火線雜訊頻譜分析儀火線雜訊平均誤差值: 0dBuV 最大誤差值:13dBuV(0.15MHz) 7(f)差模雜訊雜訊誤差圖 圖 7. 250W 共模和差模雜訊分結果比較 8(a)示波器共模雜訊 8(b)頻譜分析儀共模雜訊 010203040506070800.1524681012141618202224262830 Frequency/MHzNoise Level/dBuV示波器火線雜訊頻譜分析儀火線雜訊平均誤差值: 1d
15、BuV 最大誤差值:11dBuV(0.15MHz) 8(c)共模雜訊雜訊誤差圖 8(d)示波器差模雜訊 8(e)頻譜分析儀差模雜訊 010203040506070800.1524681012141618202224262830 Frequency/MHzNoise Level/dBuV示波器火線雜訊頻譜分析儀火線雜訊平均誤差值: 1dBuV 最大誤差值:22dBuV(0.15MHz) 8(f)差模雜訊雜訊誤差圖 圖 8. 60W 共模和差模雜訊分結果比較 比較圖 5 和圖 6 所測到的火線、中性線雜 訊，其最大誤差值於 6dBuV 以內，最主要的原因為 儀器與雜訊本身的測確定所造成。接者比較 圖 7 和圖 8 共模、差模分結果，由考文獻中得 知 ， 使用功結合器的測值需減去 3dBuV 方為實 際輸出值5。其最大誤差值均於低頻(0.15MHz)處 產生，主因為功結合器於低頻部份的頻響應 平坦所造成。以上種測結果扣除低頻(0.15MHz) 部分，其誤差值低於 6dBuV 以內。 示波器一般而言至少有輸入通道，故吾人可 同時測到火線與中性線雜訊。加上用電腦輔助 運算可於一次測顯示多種所需資(如 FCC、 CISPR、共模差模雜訊)，並免除煩瑣的換線動作， 進而減少測時間達 3 倍以上。重要的是其價格 遠低於頻譜分析儀，且其可容忍的電壓範圍
