電磁相容檢測嚴謹耗時　時域掃描加快產品測試進度

時域(Time Domain)掃描這種技術可以大幅降低接收器掃描時間，進而縮短總測試時間。此種方法在國際無線電干擾特別委員會(CISPR)16-1-1:2010中的預掃 描成為可接受的方法，對於特別聲明使用2010年版的那些CISPR標準來說，其最終量測也可接受此方法。而最新發布的MIL-STD-461草案版也允許使用時域掃描 。

時域掃描縮短總測試時間

商規和軍規測試標準要求每個訊號要有具體的量測時間(或稱為停留時間)，以確保能對脈衝訊號進行合宜的特性分析。時域掃描可縮短接收器掃描時間，同時 還能維持規範要求的停留時間。 以CISPR為基礎的商規測試會要求預掃描的停留時間高達1秒，而對於振幅隨著時間變化的放射訊號來說，其最終量測的停留時間須達15秒以上。MIL-STD-461 規定每次量測的停留時間為15毫秒(ms)到150毫秒之間，取決於頻率(Frequency)範圍。

無論採用哪種標準，當使用的接收器以步進或掃描式本地振盪器(Local Oscillator, LO)進行頻域(Frequency Domain)掃描，在個別解析頻寬中蒐集資料時， 停留時間就會迅速累加。

了解時域掃描運作方式

時域掃描節省時間的原因，是使用高重疊快速傅立葉轉換(FFT)在包含多個解析頻寬的頻距上同時蒐集放射資料(圖1)。

圖1　頻域和時域掃描具有不同的解析度和FFT擷取頻寬

相較於步進頻域掃描，由於較寬的擷取頻寬可用較少的頻率步進涵蓋要量測的整個頻帶(Band)，因此時域掃描可節省額外的時間。每個頻率步進都須要本地振 盪器來改變頻率，較少步進代表本地振盪器重新鎖定的總時間較短。

時域掃描量測必須遵循CISPR 16-1-1:2010和MIL-STD-461的振幅準確度要求。為了要達到規範要求的準確度，計算FFT時量測會使用相當高的重疊度(例如90%) 。電磁干擾(EMI)接收器在較寬的中頻(IF)擷取頻寬上也必須維持高度的振幅失真特性。

緊密的重疊可確保在擷取和量測脈衝訊號時的準確度。圖2顯示在使用連續或低重疊FFT時，時域中的一個脈衝訊號。假如一個輸入訊號出現在FFT週期之外， 則量測到的訊號振幅就可能會較低或完全消失。圖3顯示時域中有相同的訊號而使用高重疊FFT時的情形，此時顯然有較高的機率能夠擷取到訊號，並且量到正 確的最大振幅。

圖2　採用連續擷取的傳統FFT有可能會遺漏脈衝訊號

圖3　高重疊FFT擷取到脈衝訊號並量測到正確振幅的機率較高

時域掃描的擷取頻寬也必須考量射頻(RF)和微波預選器頻寬。預選濾波器會針對可到達接收器第一混頻器(Mixer)的射頻能量進行頻帶限制，提高量測脈衝訊 號時的動態範圍。為確保FFT振幅準確度，時域掃描必須在兩個地方針對預選濾波器進行考量。第一，調整FFT擷取頻寬上振幅對頻率的響應，以補償預選器的 頻帶邊緣響應；第二，降低最大FFT擷取頻寬，讓FFT振幅對頻率效應不會大量加到預選器振幅對頻率的響應。

預掃描時間從幾小時縮短到幾分鐘

相符性測試有三個主要程序會占用設備時間：第一是設定和拆卸待測物(EUT)；第二，在最終量測之前執行預掃描以找出可疑頻率，包括天線和轉盤轉動以及 接收器掃描的時間；第三則是最終量測，包括天線和轉盤轉動以及單頻(Single Tone)接收器量測的時間

設定和拆卸時間會隨著待測物的種類而有很大的差異，其範圍可以從1小時以內到1天以上。天線轉動時間會因製造商而異，不過典型值為每個天線位置5秒。 轉盤轉動時間也會因製造商而異，不過典型值為每旋轉15度5秒。最終量測時間的變化很大，將取決於可疑清單上的頻率數量以及每個頻率需要的總停留時間 。

時域掃描在預掃描期間可省下大量的時間，因為接收器必須對整個量測頻段進行調整。舉例來說，在依照CISPR 16-2-3:2010, ed. 3.1, section 7.6.6要求 的方法蒐集可疑頻率時，轉盤每旋轉15度以及接收天線的兩個極化都應該進行一次掃描(總共48次的接收器掃描)。此外還可能需要進行天線高度掃描：對每個 方位角上的三種高度和每種極化進行量測，總共需要144次的接收器掃描。

要在30MHz至1GHz的範圍量測放射訊號，須利用峰值檢波器(Peak Detector)進行預掃描以建立可疑清單，每個解析頻寬四個量測點(例如120kHz CISPR解析頻 寬每30kHz一個量測點)，而每個點要有10毫秒的停留時間。在頻域中，市售接收器執行此種掃描大約要250秒，預掃描時間總共約為10小時。

而使用時域掃描時，是德(Keysight)N9038A MXE EMI接收器需要的時間不到3秒，可將總掃描時間縮短到7分鐘以內。請注意在這兩種情境中要完成144次掃描 的話，轉盤和天線轉動的總時間大約要花12分鐘。

遵循CISPR規定 妥善運用測試方法

使用CISPR規定的加權檢波器時(包括準峰值、EMI平均值和RMS平均值)，時域掃描也可以用來節省時間。個別加權充電和放電時間，導致時域掃描比使用峰值 檢波器更慢。然而，這樣的掃描時間比加權頻域掃描快很多。

此一掃描時間的縮短，使得業界的一些人建議使用時域加權檢波器的預掃描結果來取代最終量測。此種方法使用加權檢波器預掃描振幅來判定可疑訊號是否符 合放射規格，而不是使用最終量測振幅。

可惜這與建議的量測方法並不一致：CISPR 16-2-3:2010 edition 3.1, section 6.5要求監測每個最終訊號的加權振幅，以確保訊號是穩定的。針對不穩定訊 號，CISPR要求監測訊號的振幅變異15秒。假如該期間內的變異大於2dB，就必須監測訊號更長的時間，以確保在掃描中已經擷取到所有訊號的最大值。此種停 留時間的增加，排除了測試時間縮減的可能性。

掃描速度v.s過載保護 必須做出取捨

擷取頻寬較寬的接收器設計可提升時域速度，在每次擷取中蒐集更大的量測頻寬。要利用較寬的擷取頻寬需要更寬的接收器預選濾波器頻寬，然而這會降低脈 衝量測的動態範圍以及脈衝過載臨界值。

如同前面提到的，量測脈衝訊號時，射頻和微波預選濾波器可提升過載位準和量測的動態範圍(圖4)。對特定脈衝來說，通過濾波器的最高訊號位準與脈衝的 振幅(V)、脈衝寬度(T)以及濾波器的脈衝頻寬(BWi)成正比：Vin max α VT BWi。

圖4　預選器的脈衝頻寬會限制進入接收器降頻鏈的脈衝輸入電壓

加寬預選濾波器以提升時域掃描速度可增加濾波器脈衝頻寬，同時有效降低脈衝訊號的接收器過載位準。額外的輸入衰減可避免發生過載保護，但其代價是降 低量測靈敏度。由於靈敏度是EMC測試的重要參數，系統設計者必須考量是否願意用靈敏度來換取額外的量測速度。在很多情況下，節省的時間僅是總量測時 間的一小部分，而且可能無法保證靈敏度會降低多少。

在評估接收器時，了解掃描速度和過載保護之間的取捨非常重要。有一種有效的方法能夠透過可比較的失真規格，尤其是1dB壓縮和第三階截斷點(TOI)，為接 收器決定相對過載保護，就是在特定頻率比較預選器6dB濾波器頻寬的比率。藉由計算20 log[(wider BW6 dB)/(narrower BW6 dB)]，系統設計者可以合理估 算在加寬預選器頻寬時，接收器會取得的額外輸入衰減，以避免在量測較大的脈衝訊號時過載。

時域掃描速度取決於接收器架構

時域掃描速度會取決於接收器架構。針對前面提到的特性，MXE EMI接收器可提供絕佳的過載保護和快速的時域掃描，是相符性測試設備的最佳選擇(圖5)。

圖5　MXE是一台符合標準的EMI接收器，同時還提供訊號分析功能和圖形化量測工具，可讓輕鬆查看訊號細節。

MXE使用較窄的射頻預選濾波器，可提供非常高等級的脈衝過載保護。MXE具備十六個濾波器(十一個固定式和五個可調式)，可涵蓋20Hz到1GHz的範圍，頻寬範 圍從300kHz到60MHz。頻率在3.6GHz以上時，會使用釔、鐵和石榴石(YIG)預選濾波器提供大約60MHz的預選濾波。

為測試方法提供最大效益

時域掃描可縮短整體量測的測試時間，大幅提升EMC測試實驗室的測試速率。這可以轉化成額外的營收，並讓廠商推出更多新產品，克服測試設備產能受限的 問題。儘管能夠省下的測試時間會隨著量測要求而改變，不過時域掃描能夠縮短商規標準的測試時間好幾個小時。無論是預掃描時須要轉盤旋轉並改變天線高 度，還是要為最終量測產生可疑頻率清單，時域掃描都可以為這些測試方法提供最大效益。

(本文作者任職於是德)