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Nov 17, 2023

Una banda larga, bassa

In this article, a time-domain EMI measurement system for the frequency range

In questo articolo viene presentato un sistema di misurazione EMI nel dominio del tempo per la gamma di frequenza da 10 Hz a 40 GHz. I segnali con una frequenza fino a 1,1 GHz vengono campionati da un convertitore analogico-digitale (ADC) in virgola mobile ultraveloce ed elaborati in tempo reale su un gatearray programmabile sul campo (FPGA). Un down-converter multistadio a banda ultralarga consente la misurazione di segnali con frequenze fino a 40 GHz. I tempi di misurazione possono essere ridotti di diversi ordini di grandezza rispetto ai tradizionali ricevitori EMI che funzionano nel dominio della frequenza.

Con amplificatori a basso rumore integrati preselezionati, il sistema offre un'elevata sensibilità soprattutto nella banda Ka da 26,5 GHz a 40 GHz. Il basso livello di rumore del sistema da 26,5 GHz a 40 GHz produce un livello medio di rumore di fondo di circa 12 dBμV utilizzando una larghezza di banda del filtro IF di 1 MHz in questo intervallo. Con un'elevata gamma dinamica del sistema di oltre 70 dB, il sistema è particolarmente adatto per la misurazione di emissioni a banda larga, transitorie o segnali altamente dinamici come gli impulsi radar. Le emissioni non stazionarie possono essere misurate tramite lo spettrogramma in tempo reale o tramite il metodo di misurazione della distribuzione di probabilità di ampiezza multicanale (APD).

INTRODUZIONE

A causa della domanda sempre crescente di trasmissione di informazioni a banda larga, i sistemi di comunicazione e l'elettronica di consumo utilizzano bande di frequenza sempre più alte. Per proteggere tali sistemi e servizi dalle interferenze elettromagnetiche (EMI), le EMI irradiate e condotte devono essere misurate da apparecchiature di misurazione dedicate per soddisfare i requisiti degli standard di compatibilità elettromagnetica (EMC) come CISPR 16-1-1 [1 ],MIL-461F [2] o DO-160F [3].

Rispetto ai ricevitori di misura tradizionali, i sistemi di misura EMI nel dominio del tempo possono accelerare significativamente le misurazioni EMI, risparmiando tempo e costi di sviluppo e test. In lavori precedenti abbiamo già aumentato il limite di frequenza superiore dei sistemi di misurazione EMI nel dominio del tempo a 18 GHz e 26 GHz mediante conversione verso il basso a banda larga dei segnali di misurazione [4],[5]. Il sistema presentato consente la misurazione delle emissioni elettromagnetiche nella gamma di frequenze da 10 Hz a 40 GHz. È possibile eseguire misurazioni pienamente conformi ai requisiti CISPR 16-1-1 e il sistema offre anche la gamma di frequenza richiesta e i filtri IF per misurazioni secondo MIL461F e DO-160F. Vengono presentate le misurazioni delle emissioni condotte su una linea di alimentazione di un PC nell'intervallo di frequenza da 150 kHz a 30 MHz, che mostrano una riduzione del tempo di scansione di un fattore 1350 rispetto ai ricevitori di misurazione tradizionali. Lo spettrogramma misurato dell'emissione irradiata di un forno a microonde in banda Ka mostra la capacità del sistema di caratterizzare il comportamento temporale delle EMI non stazionarie. Infine viene presentata la misurazione di un segnale di salto di frequenza nell'intervallo di frequenze da 36 GHz a 37 GHz.

SISTEMA DI MISURA EMI NEL DOMINIO DEL TEMPO

Il sistema di misurazione EMI nel dominio del tempo presentato è costituito da un campionatore ultraveloce con elevata gamma dinamica in combinazione con FPGA per l'elaborazione del segnale digitale e un down-converter a banda larga multistadio che consente misurazioni superiori a 1,1 GHz. Lo schema a blocchi del sistema è mostrato nella Figura 1. Le emissioni elettromagnetiche vengono ricevute ad esempio tramite un'antenna a banda larga per le emissioni irradiate o una rete di stabilizzazione dell'impedenza di linea (LISN) per le emissioni condotte. I segnali nella gamma di frequenza da 10 Hz a 1,1 GHz vengono filtrati passa-basso per evitare aliasing. Un ADC a virgola mobile campiona il segnale con alta risoluzione come descritto in [6]. Per ottenere un'elevata gamma dinamica, il segnale viene diviso in tre percorsi con guadagno diverso. I segnali in ciascun percorso vengono campionati in parallelo con tre ADC a una velocità di campionamento di circa 2,6 GS/s. I segnali campionati vengono combinati, ottenendo così una gamma dinamica dell'ADC a virgola mobile di 16 bit.

Figura 1: Diagramma a blocchi del sistema di misurazione EMI nel dominio del tempo