專利名稱：傳導(dǎo)性干擾噪聲的模態(tài)提取裝置與模態(tài)提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是對傳導(dǎo)性電磁干擾(EMI)噪聲進行模態(tài)提取與特征分析，獲得能夠成為評判傳導(dǎo)性電磁干擾噪聲模態(tài)提取網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)劣的方法和裝置，屬于電磁兼容設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外在針對傳導(dǎo)性電磁干擾噪聲的問題上，基本停留在如何基于不同的硬件核心及電路結(jié)構(gòu)設(shè)計制造出噪聲分離網(wǎng)絡(luò)DN(discriminationnetwork)以從強電線路中提取模態(tài)噪聲的階段。本發(fā)明在上述理論起點上，對基于各類硬件核心的噪聲提取網(wǎng)絡(luò)特性進行了系統(tǒng)性的理論分析和參數(shù)性能改善研究，完成了針對一般性被測裝置(EUT)的一套實際的傳導(dǎo)性電磁干擾(EMI)噪聲特征提取全自動裝置。可實現(xiàn)傳導(dǎo)性電磁干擾噪聲的提取、分析和計算等實用性功能。
由于傳導(dǎo)性EMI模態(tài)干擾信號提取技術(shù)目前還不完善，很多問題尚未徹底解決，尤其是面向廣大中小型企業(yè)和用戶的智能化處理技術(shù)和綜合解決方案還未完全實現(xiàn)?，F(xiàn)階段，針對當(dāng)前的EMI檢測、抑制手段及國家制訂的強制性EMC標(biāo)準(zhǔn)，中小型企業(yè)需要的設(shè)備投資大，技術(shù)手段參差不齊，特別是一些以往缺乏電磁兼容設(shè)計經(jīng)驗的企業(yè)，大量資金投入的回報往往是低效甚至徒勞的。比如，廣大中小型制造企業(yè)和電力用戶往往存在兩個方向上的極端解決方案EMC欠設(shè)計和EMC過設(shè)計。即在產(chǎn)品設(shè)計中基本忽略電磁兼容因素或過度強調(diào)電磁兼容因素，前者在產(chǎn)品設(shè)計完成后經(jīng)過檢測一旦不能通過國家EMC強制執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，所生產(chǎn)產(chǎn)品即只能返工；而后者則在產(chǎn)品開發(fā)過程中耗費了大量不必要的設(shè)備投入資金及檢測成本費用、人力等資源。兩者都將大大耗費企業(yè)的生產(chǎn)成本，造成各種資源的浪費和產(chǎn)品競爭力的下降。
目前電磁兼容性已經(jīng)成為一種強制性標(biāo)準(zhǔn)，電氣與電子產(chǎn)品無論在國內(nèi)還是國際市場銷售，都必須達到相應(yīng)的EMC標(biāo)準(zhǔn)。因此，電磁干擾(EMI)噪聲發(fā)射的測量和抑制是電氣與電子設(shè)備設(shè)計和制造過程中必需考慮的一個重要問題。目前國際上規(guī)定的傳導(dǎo)性電磁干擾測量設(shè)備是線阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)LISN(line impedance stabilization network)，其測量到的是包含共模(CM)和差模(DM)信號的混合噪聲信號。然而，在設(shè)備中共模和差模噪聲源具備不同的特性，濾波器的設(shè)計方法也由此各不相同，因此必須考慮將這兩種模態(tài)進行分離。顯然，通過對傳導(dǎo)性EMI各種噪聲模態(tài)提取網(wǎng)絡(luò)的特性進行實驗研究和電路仿真，對網(wǎng)絡(luò)的插入損耗IL、共模抑制比CMRR、差模抑制比DMRR以及電路布局對上述特性的影響等主要網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)進行實驗特性對比和分析，遴選分析得到既能滿足實際工程應(yīng)用、又具有較好性價比的噪聲模態(tài)提取網(wǎng)絡(luò)。進一步的，獲得能夠成為評判傳導(dǎo)性電磁干擾噪聲模態(tài)提取網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)劣的準(zhǔn)則，并最終研制出可以從強電線路中提取模態(tài)噪聲，并具有噪聲特征分析、計算等功能的傳導(dǎo)性電磁干擾(EMI)噪聲模態(tài)提取全自動裝置，是一項十分重要的研究課題。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明旨在產(chǎn)品滿足EMC標(biāo)準(zhǔn)的前提下，提供一種傳導(dǎo)性干擾噪聲的模態(tài)提取裝置與模態(tài)提取方法，實現(xiàn)人力、物力資源的最優(yōu)化配置，最大化降低生產(chǎn)成本，提升經(jīng)濟效益，提高產(chǎn)品競爭力。
技術(shù)方案本發(fā)明通過對傳導(dǎo)性EMI各種噪聲特征分析網(wǎng)絡(luò)的特性進行實驗研究和電路仿真，系統(tǒng)性的研究了模態(tài)干擾信號的提取技術(shù)，比較了各自優(yōu)缺點，給出了性能指標(biāo)和改進方案；同時提出了評判傳導(dǎo)性電磁干擾噪聲模態(tài)提取網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)劣的準(zhǔn)則，并最終將傳導(dǎo)性電磁干擾信號測量和模態(tài)提取技術(shù)相結(jié)合，研制出成熟的傳導(dǎo)性電磁干擾(EMI)噪聲模態(tài)提取全自動裝置。主要由以下幾個部分組成該裝置由傳導(dǎo)性噪聲識別裝置、噪聲特征分析網(wǎng)絡(luò)、干擾噪聲接收機、被測設(shè)備所構(gòu)成；其中，傳導(dǎo)性噪聲識別裝置的輸入端接商用電源系統(tǒng)的相線、中線、地線，傳導(dǎo)性噪聲識別裝置的輸出端接被測設(shè)備的相線、中線、地線和噪聲特征分析網(wǎng)絡(luò)的輸入端，噪聲特征分析網(wǎng)絡(luò)的輸出端接干擾噪聲接收機。
傳導(dǎo)性噪聲識別裝置中，相線電感線圈的兩端分別接商用電源系統(tǒng)和被測設(shè)備的相線，中線電感線圈的兩端分別接商用電源系統(tǒng)和被測設(shè)備的中線；第二電容器的一端接商用電源系統(tǒng)的相線與相線電感線圈之間，第二電容器的另一端接地第四電容器的一端接商用電源系統(tǒng)的中線與中線電感線圈之間，第四電容器的另一端接地；第一電容器的一端接被測設(shè)備的相線與相線電感線圈之間，第一電容器的另一端并接第一電阻和第二電阻，第一電阻和第二電阻的另一端接地；第三電容器的一端接被測設(shè)備的中線與中線電感線圈之間，第三電容器的另一端并接第三電阻和第四電阻；第三電阻和第四電阻的另一端接地。
傳導(dǎo)性干擾噪聲的模態(tài)提取方法為1).將傳導(dǎo)性噪聲識別裝置的輸入端分別接單相三線，即相線、中線、地線；2).將從商用電源過來的強電信號通過傳導(dǎo)性噪聲識別裝置輸入到被測設(shè)備，為被測設(shè)備提供工作電源；在傳導(dǎo)性噪聲識別裝置的輸出端提取被測設(shè)備的電磁干擾噪聲信號后，輸出到噪聲特征分析網(wǎng)絡(luò)進行模態(tài)提?。?).對共模信號和差模信號從混合噪聲中進行提??；4).被測設(shè)備產(chǎn)生的干擾電流包括兩種干擾模態(tài)，差模電流從相線流出到中線，共模電流經(jīng)過相線和中線到地線，相線和中線中的差模信號的幅值相同，相位相反，共模信號是幅值和相位都相同ICM和IDM則表示共模電流和差模電流，“相線-地”(VL-G)和“中線-地”(VN-G)在測量電阻“50Ω”上的噪聲電壓分別是 5).以0度/180度功率合成器為核心器件制作噪聲特征分析網(wǎng)絡(luò)，分別用0度和180度的功率合成器實現(xiàn)共?！癈M”和差?！癉M”的模態(tài)提取和輸出；將傳導(dǎo)性噪聲識別裝置所測量獲取得到的噪聲電壓VL-G和VN-G接入0度/180度功率合成器的兩個輸入端，由公式VCM=12(VPhase+VNeutral)---3]]>VDM=12(VPhase-VNeutral)---4]]>即噪聲電壓VL-G和VN-G經(jīng)0度/180度功率合成器實現(xiàn)了相線和中線上噪聲電壓的相加和相減功能后，得到了初始混合噪聲中的共?；虿钅ｋ妷悍至?，即完成了傳導(dǎo)噪聲的模態(tài)提取，6).從噪聲特征分析網(wǎng)絡(luò)中輸出的信號為所需提取的共模和或差模電壓分量，將噪聲信號經(jīng)過提取后的模態(tài)分量再輸入到干擾噪聲接收機中，即可進一步對其噪聲特征進行分析、處理。
有益效果本發(fā)明提出了基于硬分離和傳導(dǎo)性電磁干擾噪聲全自動模態(tài)提取的綜合EMI解決方案。新方案通過對傳導(dǎo)性EMI各種噪聲提取裝置的特性進行實驗研究和電路仿真，對網(wǎng)絡(luò)的插入損耗IL、共模抑制比CMRR、差模抑制比DMRR、電路布局對上述特性的影響等主要網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的實驗特性對比和分析，遴選分析得到能滿足實際工程應(yīng)用、具有較好性價比的噪聲提取網(wǎng)絡(luò)，對影響模態(tài)提取網(wǎng)絡(luò)性能的核心參數(shù)進行了預(yù)階段研究，通過對實驗數(shù)據(jù)的綜合分析，得到了評判傳導(dǎo)性電磁干擾噪聲模態(tài)提取網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)劣的準(zhǔn)則。并最終研制出傳導(dǎo)性電磁干擾噪聲模態(tài)提取全自動裝置，進一步的，為傳導(dǎo)性電磁干擾噪聲抑制方案(既濾波器的設(shè)計制造)提供了充分的理論依據(jù)。上述思路和方法在國內(nèi)外文獻報道中尚未提及，具有一定原創(chuàng)性和科學(xué)意義，再加上應(yīng)用面廣，符合國內(nèi)、國際因電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)強制性執(zhí)行政策所帶來的巨大檢測和處理問題要求，市場用戶和需求明顯，具有較大的價值。
1、首次對現(xiàn)有模態(tài)提取方法進行了系統(tǒng)性的分析、比較。對網(wǎng)絡(luò)的插入損耗IL、共模抑制比CMRR、差模抑制比DMRR以及電路布局對上述特性的影響等主要網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)進行實驗特性對比和分析，遴選分析得到既能滿足實際工程應(yīng)用、又具有較好性價比的噪聲模態(tài)提取網(wǎng)絡(luò)。
2、設(shè)計出了傳導(dǎo)性EMI噪聲模態(tài)提取性能的綜合分析、比較試驗平臺。并首次對影響噪聲模態(tài)提取網(wǎng)絡(luò)性能的核心參數(shù)進行了預(yù)階段研究，通過實驗數(shù)據(jù)及電路仿真對噪聲硬件分析網(wǎng)絡(luò)提取特性的綜合分析，得到了評判傳導(dǎo)性電磁干擾噪聲模態(tài)提取網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)劣的準(zhǔn)則。
3、研制出可以從強電線路中提取模態(tài)噪聲，并具有噪聲分析、計算等功能的傳導(dǎo)性電磁干擾(EMI)噪聲模態(tài)提取全自動裝置。


圖1為傳導(dǎo)性電磁干擾噪聲模態(tài)提取性能綜合分析、比較試驗平臺方案1。
圖2為傳導(dǎo)性電磁干擾噪聲模態(tài)提取性能綜合分析、比較試驗平臺方案2。
圖3為全自動噪聲識別裝置示意圖。其中有傳導(dǎo)性噪聲識別裝置1、噪聲特征分析網(wǎng)絡(luò)2、干擾噪聲接收機3、被測設(shè)備4。
圖4為全自動噪聲識別裝置電路圖。
圖5為噪聲特征分析網(wǎng)絡(luò)電路圖。
具體實施例方式
圖1為傳導(dǎo)性電磁干擾噪聲模態(tài)提取性能綜合分析、比較試驗平臺方案1。分離網(wǎng)絡(luò)CM/DM輸出端接HP 8753C網(wǎng)絡(luò)分析儀，輸入端通過0度/180度功率分配器接HP 85047A掃頻信號源(10K～30M)，DM/CM輸出端接50ohm terminator。
圖2為傳導(dǎo)性電磁干擾噪聲模態(tài)提取性能綜合分析、比較試驗平臺方案2。在低頻段，使用SP1641B型函數(shù)信號發(fā)生器，它的頻率范圍為1-3MHz，在高頻段，使用SG-4162AD，它的頻率范圍為100KHz-150MHz。在網(wǎng)絡(luò)性能測試中所需的頻率范圍為10KHz-30MHz。0/180度splitter用以取得所需的共?；虿钅］斎胄盘?，虛擬儀器DSO-2902具有雙通道數(shù)據(jù)采集功能，可用于采集、測試、分析和輸出測量數(shù)據(jù)，代替頻譜分析儀及TG掃頻源，該方案大幅降低了測試成本，但測量精度有所下降。
圖3為全自動噪聲識別裝置示意圖。從商用電源過來的強電信號通過主測裝置輸入到被測設(shè)備(EUT)，為被測設(shè)備提供工作電源。在主測量裝置的另一輸出端提取被測設(shè)備(EUT)的電磁干擾(EMI)噪聲信號后，輸入到共模CM/差模DM模態(tài)提取網(wǎng)絡(luò)(DN)進行模態(tài)分離。由于共模CM信號和差模DM信號屬于兩種不同模態(tài)的信號，須分別對其進行控制，所以在這里首先須對共模CM信號和差模DM信號從混合噪聲中進行分離。而后由診斷軟件對從頻譜分析儀傳送到計算機上的信號進行處理。獲取所要求的混合噪聲總量，接著顯示經(jīng)過分離網(wǎng)絡(luò)模態(tài)分離之后的噪聲分量。
圖4為全自動噪聲識別裝置電路圖。通過電感、電容和標(biāo)準(zhǔn)50Ω阻抗構(gòu)成的測試網(wǎng)絡(luò)，作為獲得被測設(shè)備EUT所產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾信號的接受器。測量到共模(CM)和差模(DM)信號的混合信號，而無法直接檢測CM和DM信號的具體分量。
圖5為噪聲特征分析網(wǎng)絡(luò)電路圖。采用0度/180度combiner作特征分析網(wǎng)絡(luò)，分別用0度和180度的combiner實現(xiàn)CM和DM的模態(tài)分離和輸出。功率混合器在制造過程中類似一個寬帶變壓器，但其可以在10-30MHZ范圍內(nèi)維持更高的精度。
本發(fā)明的傳導(dǎo)性干擾噪聲的模態(tài)提取裝置由傳導(dǎo)性噪聲識別裝置1、噪聲特征分析網(wǎng)絡(luò)2、干擾噪聲接收機3、被測設(shè)備4所構(gòu)成；其中，傳導(dǎo)性噪聲識別裝置1的輸入端接商用電源系統(tǒng)的相線、中線、地線，傳導(dǎo)性噪聲識別裝置1的輸出端接被測設(shè)備4的相線、中線、地線和噪聲特征分析網(wǎng)絡(luò)2的輸入端，噪聲特征分析網(wǎng)絡(luò)2的輸出端接干擾噪聲接收機3。
傳導(dǎo)性噪聲識別裝置1中，相線電感線圈L1的兩端分別接商用電源系統(tǒng)和被測設(shè)備4的相線，中線電感線圈L2的兩端分別接商用電源系統(tǒng)和被測設(shè)備4的中線；第二電容器C2的一端接商用電源系統(tǒng)的相線與相線電感線圈L1之間，第二電容器C2的另一端接地；第四電容器C4的一端接商用電源系統(tǒng)的中線與中線電感線圈L2之間，第四電容器C4的另一端接地；第一電容器C1的一端接被測設(shè)備4的相線與相線電感線圈L1之間，第一電容器C1的另一端并接第一電阻R1和第二電阻R2，第一電阻R1和第二電阻R2的另一端接地；第三電容器C3的一端接被測設(shè)備4的中線與中線電感線圈L2之間，第三電容器C3的另一端并接第三電阻R3和第四電阻R4；第三電阻R3和第四電阻R4的另一端接地。
現(xiàn)有的傳導(dǎo)性電磁干擾(EMI)噪聲特征分析網(wǎng)絡(luò)DN(discriminationnetwork)主要分為基于射頻變壓器和基于功率分配器/合成器兩類。
①美國Paul提出的特征分析網(wǎng)絡(luò)，即采用一個簡單的、帶中心抽頭且變比為1∶1的射頻變壓器作為分離網(wǎng)絡(luò)的核心，該網(wǎng)絡(luò)只能測量單模態(tài)信號如CM信號，此外Paul網(wǎng)絡(luò)因引入機械式開關(guān)(switch)來選擇CM/DM的模態(tài)輸出信號，從而帶來網(wǎng)絡(luò)的不平衡性并最終影響網(wǎng)絡(luò)的高頻CM/DM識別性能。
②新加坡的See設(shè)計出的特征分析網(wǎng)絡(luò)，既可以同時提供具有CM/DM抑制能力的信號分離電路，同時在電路中也避免了采用機械開關(guān)所帶來的不利影響。該網(wǎng)絡(luò)利用兩個寬帶射頻變壓器相連且副邊線圈帶中心抽頭，兩個輸出端與EMI干擾接收機輸入端相連，分別滿足“相線”和“中線”上的混合模態(tài)信號的矢量“相加”、“相減”功能。
③法國Mardiguaian給出了一種更簡單的特征分析網(wǎng)絡(luò)，它僅僅使用一個變壓器就能達到CM/DM同時分離輸出的特性。
④美國Guo又提出了采用同相器和反相器取代變壓器作特征分析網(wǎng)絡(luò)，分別用同相器或反相器實現(xiàn)CM和DM的模態(tài)分離和輸出。同相器/反相器在制造過程中類似一個寬帶變壓器，但其可以在10-30MHZ范圍內(nèi)維持更高的精度。
對比上述特征分析網(wǎng)絡(luò)性能，本發(fā)明測試了Paul，See，Mardiguian和Guo四種網(wǎng)絡(luò)的差模抑制能力特性(differential mode rejectionration，簡稱DMRR)進行了實驗特性①差模抑制比將差模DM信號作為輸入信號，測量網(wǎng)絡(luò)輸出端的共模信號CM。理想情況下這種抑制比應(yīng)當(dāng)是無窮大。當(dāng)然，測量結(jié)果通常因為噪聲而呈現(xiàn)出不是理想的結(jié)果。
②差模插入損耗將差模信號作為輸入信號DM，測量網(wǎng)絡(luò)輸出端的差模信號DM。理想情況下這種抑制比應(yīng)當(dāng)是0。
研究結(jié)果表明，在低頻f＝1MHz時，IL具有較低的插入損耗，而在高頻f＝30MHz時，網(wǎng)絡(luò)的高頻插入損耗特性并不十分理想，尤其是See的網(wǎng)絡(luò)IL絕對值已超過5分貝，說明元器件的高頻特性，使噪聲隔離性能變差，從而影響高頻條件下的傳輸特性。
由DMRR實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基于功率混合器的Guo分離網(wǎng)絡(luò)具有最佳差模抑制特性，Paul和Mardiguian分離網(wǎng)絡(luò)的DMRR性能與Guo網(wǎng)絡(luò)相比有較大差距，而See網(wǎng)絡(luò)性能最低。隨著頻率提高，各分離網(wǎng)絡(luò)的差模抑制特性都有不同程度的退化和衰減，在f＝1MHz時的低頻特性到f＝10MHz的中頻特性，直到f＝30MHz時的高頻特性均存在大幅下降趨勢，平均下降30-40dB。另外Guo網(wǎng)絡(luò)即使在f＝30MHz時也保持了DMRR等于43dB的良好特性，而其它網(wǎng)絡(luò)特性都在30dB以下。
為了對分離網(wǎng)絡(luò)的特性進行研究，在這里定義一些參數(shù)，分別是共模插損(CM IL)、差模插損(DM IL)、共模抑制比(CMRR)和差模抑制比(DMRR)。
定義函數(shù)S21＝20log(V2/V1)(dB)CM/DM IL當(dāng)V2與V1為同一模態(tài)的電壓時，S21的值就為插入損耗。當(dāng)輸入電壓V1和輸出電壓V2同為共模電壓時，S21為共模差損；當(dāng)輸入電壓V1和輸出電壓V2同為差模電壓時，S21為差模差損。
CMRR/DMRR當(dāng)V2與V1為不同模態(tài)的電壓時，S21的值就為抑制比。當(dāng)V1為共模電壓，V2為差模電壓時，S21為共模抑制比；當(dāng)V1為差模電壓，V2為共模電壓時，S21為差模抑制比。
通過對實驗數(shù)據(jù)的綜合分析，在對網(wǎng)絡(luò)的插入損耗IL、共模抑制比CMRR、差模抑制比DMRR以及電路PCB線布局、器件平衡度和相位漂移等參數(shù)對上述特性的影響等主要網(wǎng)絡(luò)提取性能指標(biāo)進行實驗特性對比的基礎(chǔ)上，得到噪聲特征提取網(wǎng)絡(luò)性能的評判準(zhǔn)則就工程應(yīng)用而言只有當(dāng)在最高頻率時的抑制特性仍保持在40dB時以上時，才能有效提取共模(CM)和差模(DM)干擾信號分量并達到工程精度要求。所以相比之下，基于功率混合器的噪聲特征提取網(wǎng)絡(luò)優(yōu)于射頻變壓器網(wǎng)絡(luò)，這主要是由于其較小的雜散效應(yīng)影響以及較好的匹配阻抗特性，同時也與電路器件的布局密切相關(guān)。另外，通常在整個干擾信號頻譜中居主導(dǎo)地位，根據(jù)美國聯(lián)邦通信委員會FCC制定的有關(guān)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)(FCC Part 15)，傳導(dǎo)發(fā)射測量的上限頻率在30MHz，因此測量頻帶在0.3MHz～30MHz。f≥20MHz時，共模干擾抑制能力明顯下降，這樣在測量差模干擾信號時所帶來的共模耦合干擾顯著增強，影響測量精度，必須采用相應(yīng)的誤差補償技術(shù)進行校準(zhǔn)(硬件或軟件校準(zhǔn))。需要指出，由于CM信號通常集中在低頻段，即f＜10MHz，如大部分開關(guān)電源(SMPS)所產(chǎn)生的CM干擾都在上述范圍內(nèi)，所以在工程應(yīng)用中一般可以忽略CMR在高頻段的誤差干擾影響。
為考慮分布電容對提取網(wǎng)絡(luò)性能的影響，用仿真對Guo和Paul的網(wǎng)絡(luò)作進一步研究。在仿真中，不管是Guo還是Paul的網(wǎng)絡(luò)，電容的模型都是加在變壓器的初級和次級線圈之間的，分布電容值設(shè)定為10pF。由兩個網(wǎng)絡(luò)的差模抑制比(簡稱DMRR，以DM作為輸入信號，CM作為輸出信號)仿真結(jié)果可以很明顯可以看到，Guo的網(wǎng)絡(luò)在EMC規(guī)定的整個頻段，在加入分布電容后，DMRR特性幾乎沒有發(fā)生任何變化。而Paul的網(wǎng)絡(luò)在該頻段則發(fā)生了很大的變化。這種現(xiàn)象表明，由變壓器組成的Paul的提取網(wǎng)絡(luò)對于分布參數(shù)的影響比較敏感，而由功率混合器組成的Guo的提取網(wǎng)絡(luò)對分布參數(shù)的變化就不是那么敏感了。這說明Guo的網(wǎng)絡(luò)具有較好的抗干擾性能，這與實驗結(jié)果也一致?；陔娐分性葘W(wǎng)絡(luò)性能的影響，本發(fā)明進行了另一種研究。假設(shè)這里Guo和Paul的提取網(wǎng)絡(luò)各自的輸入電阻分別有5％，10％ and 15％的誤差，由仿真的DMRR特性可以很清楚可以看到，無論是Guo或是Paul的提取網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)輸入電阻的精度假定為5％時，網(wǎng)絡(luò)的特性都沒有發(fā)生變化。當(dāng)輸入電阻的精度假定為10％和15％時，可以得到相同的結(jié)果。因此，可以得到這樣的結(jié)論元件的精度問題對提取網(wǎng)絡(luò)的特性影響很小。
工作原理及工作過程如圖3所示，從商用電源過來的強電信號通過傳導(dǎo)性噪聲識別裝置1輸入到被測設(shè)備(EUT)4，為被測設(shè)備提供工作電源。在傳導(dǎo)性噪聲識別裝置1的另一輸出端提取被測設(shè)備(EUT)的電磁干擾(EMI)噪聲信號后，輸入到噪聲特征分析網(wǎng)絡(luò)2進行模態(tài)提取。由于共模CM信號和差模DM信號屬于兩種不同模態(tài)的信號，須分別對其進行控制，所以在這里首先須對共模CM信號和差模DM信號從混合噪聲中進行提取。而后由診斷軟件對從頻譜分析儀傳送到計算機上的信號進行處理。獲取所要求的混合噪聲總量；接著顯示經(jīng)過噪聲特征分析網(wǎng)絡(luò)2模態(tài)提取之后的噪聲分量，并且為進一步的噪聲抑制分析提供有益的診斷信息。
工作過程可概括如下從被測設(shè)備中提取傳導(dǎo)性電磁干擾(EMI)總噪聲，將初始混合噪聲進行模態(tài)分離，并連接商用開關(guān)電源、固緯GSP-827頻譜分析儀或DS02902虛擬儀器，確定智能裝置進行噪聲提取、特征分析以及計算的實施方案，實現(xiàn)了頻譜分析儀測量分析數(shù)據(jù)與PC之間的通信，完成了系統(tǒng)軟/硬件調(diào)試。
關(guān)于傳導(dǎo)性噪聲的模態(tài)提取方法及過程的描述如下由被測設(shè)備(如開關(guān)電源)產(chǎn)生的傳導(dǎo)性電磁干擾初始混合噪聲的測量如圖3、圖4所示，傳導(dǎo)性噪聲識別裝置1的核心是通過電感、電容和標(biāo)準(zhǔn)50Ω阻抗構(gòu)成的測試網(wǎng)絡(luò)，作為獲得被測設(shè)備EUT(equipment under test，簡稱EUT)所產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾信號的接受器。由于該裝置可以有效屏蔽來自外部電網(wǎng)的高頻干擾或阻止負(fù)載產(chǎn)生的高頻干擾通過電源插座傳入外部電網(wǎng)，同時又不影響負(fù)載正常工作下所提供的工頻電流(power line frequency，如國內(nèi)50Hz電流)，所以理論上可以有效獲得噪聲源產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾信號。
在圖4中，噪聲源即被測設(shè)備EUT，為一個典型單相開關(guān)電源。噪聲識別裝置中的50Ω表示測試儀器如頻譜分析儀的標(biāo)準(zhǔn)阻抗，所有噪聲分量由50Ω電阻上得到。被測設(shè)備產(chǎn)生的干擾電流包括兩種干擾模態(tài)差摸電流從相線流出到中線，共摸電流經(jīng)過相線和中線到地線。因此，相線和中線中的差模信號的幅值相同，相位相反，而共模信號是幅值和相位都相同。ICM和IDM則表示共模電流和差模電流，可見共模電流是由“線”對“地”產(chǎn)生的共模電位引起，其幅值相同且方向相同；而差模電流是由“線”與“線”之間的電位差引起，其幅值相同但方向相反。由此得到“相線-地”(VL-G)和“中線-地”(VN-G)測量電阻(50Ω)上的噪聲電壓分別是
由(1)(2)式發(fā)現(xiàn)，傳導(dǎo)性噪聲識別裝置1可以測量到傳導(dǎo)性電磁干擾的初始混合噪聲。
對傳導(dǎo)性電磁干擾初始混合噪聲的模態(tài)提取以0度/180度功率合成器為核心器件制作噪聲特征分析網(wǎng)絡(luò)，分別用0度和180度的功率合成器實現(xiàn)共模CM和差模DM的模態(tài)提取和輸出。功率混合器(power combiner)在物理結(jié)構(gòu)上同功率分配器(power splitter)一樣但逆向使用，功率分配器通常作為射頻器件可以將輸入信號分解成兩個等幅和指定相位的信號輸出，當(dāng)反向使用時就變成了一個功率合成器。功率合成器在制造過程中類似一個寬帶變壓器，但其在10-30MHz范圍內(nèi)具有更高的精度。功率合成器還可以在測量中提供恰當(dāng)?shù)妮斎胱杩挂詫崿F(xiàn)阻抗匹配，減小反射損耗。
如圖5所示，將圖4傳導(dǎo)性噪聲識別裝置所測量獲取得到的噪聲電壓VL -G和VN-G接入0度/180度功率合成器的兩個輸入端。
由公式VCM=12(VPhase+VNeutral)---(3)]]>VDM=12(VPhase-VNeutral)---(4)]]>可見噪聲電壓VL-G和VN-G經(jīng)0度/180度功率合成器實現(xiàn)了相線和中線上噪聲電壓的相加和相減功能后，得到了初始混合噪聲中的共?；虿钅ｋ妷悍至?，即成功地完成了傳導(dǎo)噪聲的模態(tài)提取。將噪聲信號經(jīng)過提取后的模態(tài)分量再輸入到干擾噪聲接收機中，即可經(jīng)一步對其噪聲特征進行分析、處理。
工作過程可概括如下從被測設(shè)備中提取傳導(dǎo)性電磁干擾(EMI)總噪聲，將初始混合噪聲進行模態(tài)分離，并連接商用開關(guān)電源、固緯GSP-827頻譜分析儀或DSO2902虛擬儀器，確定智能裝置進行噪聲提取、特征分析以及計算的實施方案，實現(xiàn)了頻譜分析儀測量分析數(shù)據(jù)與PC之間的通信，完成了系統(tǒng)軟/硬件調(diào)試。
以所建立的系統(tǒng)硬件實驗研究平臺為基礎(chǔ)，進行了開關(guān)電源拖帶阻性負(fù)載實驗研究，通過實驗數(shù)據(jù)實際論證了噪聲特征模態(tài)提取全自動裝置在處理傳導(dǎo)性電磁干擾(EMI)問題上的優(yōu)越性。
由傳導(dǎo)性噪聲識別裝置，AC/DC，24V 960W直流輸出開關(guān)電源接一組(3個)500W，5Ω并聯(lián)的電阻盤，由功率合成器構(gòu)成的噪聲特征分析網(wǎng)絡(luò)及GSP-827頻譜分析儀構(gòu)成的EMI噪聲模態(tài)提取全自動裝置，供電電源來用單相三線220V交流工頻電源。在測試中，改變所并聯(lián)電阻盤的個數(shù)及阻值，以獲取開關(guān)電源輸出端的電流變化，同時改變分離網(wǎng)絡(luò)I/O端線纜的接法使得頻譜分析儀分別對總噪聲，共模分量及差模分量進行波形采集。
部分實測結(jié)果見說明書附圖6，可見，在不同負(fù)載條件下，全自動裝置均工作良好，在變化阻值及工作電流的各個條件下，EMI噪聲的特征分析裝置均能穩(wěn)定工作，有效提取出混合噪聲中的共模與差模分量，在頻譜分析儀的噪聲波形圖上共模，差模信號在多個頻譜點上形態(tài)差異明顯，分析效果明確，對開關(guān)電源濾波器設(shè)計提供了有效的分析及檢測手段。全自動裝置可有效工作。
權(quán)利要求
1.一種傳導(dǎo)性干擾噪聲的模態(tài)提取裝置，其特征在于該裝置由傳導(dǎo)性噪聲識別裝置(1)、噪聲特征分析網(wǎng)絡(luò)(2)、干擾噪聲接收機(3)、被測設(shè)備(4)所構(gòu)成；其中，傳導(dǎo)性噪聲識別裝置(1)的輸入端接商用電源系統(tǒng)的相線、中線、地線，傳導(dǎo)性噪聲識別裝置(1)的輸出端接被測設(shè)備(4)的相線、中線、地線和噪聲特征分析網(wǎng)絡(luò)(2)的輸入端，噪聲特征分析網(wǎng)絡(luò)(2)的輸出端接干擾噪聲接收機(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳導(dǎo)性干擾噪聲的模態(tài)提取裝置，其特征在于傳導(dǎo)性噪聲識別裝置(1)中，相線電感線圈(L1)的兩端分別接商用電源系統(tǒng)和被測設(shè)備(4)的相線，中線電感線圈(L2)的兩端分別接商用電源系統(tǒng)和被測設(shè)備(4)的中線；第二電容器(C2)的一端接商用電源系統(tǒng)的相線與相線電感線圈(L1)之間，第二電容器(C2)的另一端接地；第四電容器(C4)的一端接商用電源系統(tǒng)的中線與中線電感線圈(L2)之間，第四電容器(C4)的另一端接地；第一電容器(C1)的一端接被測設(shè)備(4)的相線與相線電感線圈(L1)之間，第一電容器(C1)的另一端并接第一電阻(R1)和第二電阻(R2)，第一電阻(R1)和第二電阻(R2)的另一端接地；第三電容器(C3)的一端接被測設(shè)備(4)的中線與中線電感線圈(L2)之間，第三電容器(C3)的另一端并接第三電阻(R3)和第四電阻(R4)；第三電阻(R3)和第四電阻(R4)的另一端接地。
3.一種用于權(quán)利要求1所述的傳導(dǎo)性干擾噪聲的模態(tài)提取裝置的模態(tài)提取方法，其特征在于傳導(dǎo)性干擾噪聲的模態(tài)提取方法為1).將傳導(dǎo)性噪聲識別裝置(1)的輸入端分別接單相三線的標(biāo)準(zhǔn)商用電源，即相線、中線、地線；2).將從商用電源過來的強電信號通過傳導(dǎo)性噪聲識別裝置(1)輸入到被測設(shè)備(4)，為被測設(shè)備(4)提供工作電源；在傳導(dǎo)性噪聲識別裝置(1)的輸出端提取被測設(shè)備(4)的電磁干擾噪聲信號后，輸出到噪聲特征分析網(wǎng)絡(luò)(2)進行模態(tài)提取；3).對共模信號和差模信號從混合噪聲中進行提取；4).被測設(shè)備(4)產(chǎn)生的干擾電流包括兩種干擾模態(tài)，差模電流從相線流出到中線，共模電流經(jīng)過相線和中線到地線，相線和中線中的差模信號的幅值相同，相位相反，共模信號是幅值和相位都相同；ICM和IDM則表示共模電流和差模電流，“相線-地”(VL-G)和“中線-地”(VN-G)在測量電阻“50Ω”上的噪聲電壓分別是 5).以0度/180度功率合成器為核心器件制作噪聲特征分析網(wǎng)絡(luò)，分別用0度和180度的功率合成器實現(xiàn)共模“CM”和差?！癉M”的模態(tài)提取和輸出；將傳導(dǎo)性噪聲識別裝置(1)所測量獲取得到的噪聲電壓VL-G和VN-G接入0度/180度功率合成器的兩個輸入端，由公式VCM=12(VPhase+VNeutral)---3]]>VDM=12(VPhase-VNeutral)---4]]>即噪聲電壓VL-G和VN-G經(jīng)0度/180度功率合成器實現(xiàn)了相線和中線上噪聲電壓的相加和相減功能后，得到了初始混合噪聲中的共?；虿钅ｋ妷悍至浚赐瓿闪藗鲗?dǎo)噪聲的模態(tài)提?。?).從噪聲特征分析網(wǎng)絡(luò)(2)中輸出的信號為所需提取的共模和或差模電壓分量，將噪聲信號經(jīng)過提取后的模態(tài)分量再輸入到干擾噪聲接收機中，即可進一步對其噪聲特征進行分析、處理。
全文摘要
傳導(dǎo)性干擾噪聲的模態(tài)提取裝置與模態(tài)提取方法是對傳導(dǎo)性電磁干擾(EMI)噪聲進行模態(tài)提取與特征分析，獲得能夠成為評判傳導(dǎo)性電磁干擾噪聲模態(tài)提取網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)劣的方法和裝置，該裝置由傳導(dǎo)性噪聲識別裝置(1)、噪聲特征分析網(wǎng)絡(luò)(2)、干擾噪聲接收機(3)、被測設(shè)備(4)所構(gòu)成；其中，傳導(dǎo)性噪聲識別裝置(1)的輸入端接商用電源系統(tǒng)的相線、中線、地線，傳導(dǎo)性噪聲識別裝置(1)的輸出端接被測設(shè)備(4)的相線、中線、地線和噪聲特征分析網(wǎng)絡(luò)(2)的輸入端，噪聲特征分析網(wǎng)絡(luò)(2)的輸出端接干擾噪聲接收機(3)。
文檔編號G01R29/08GK1731204SQ20051009408
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月29日
發(fā)明者趙陽, 李世錦 申請人:南京師范大學(xué)