利用MXO系列示波器的频谱功能检测混合信号电源设计中的偶发异常

你的任务

在电源设计中，例如用于有刷直流电机的电机驱动器，模拟和数字电路共存于同一印刷电路板上。设计者必须考虑这种复杂性，特别是在电源线上存在的传导发射方面。如果印刷电路板设计不当，微控制器或SPI等总线通信的时钟可能会导致发射。有时总线活动并非连续发生；它们通常由其他外部系统控制器触发。在测量电源线上的传导发射时，这些总线活动通常会在频谱中引起偶发事件。示波器是开发过程中调试传导发射的标准仪器。然而，对于检测频谱中非常短暂和偶发的事件，具有标准FFT实现的示波器存在局限性。这主要是由于在显示FFT频谱之前需要耗费大量时间的计算过程。在计算FFT频谱时，可能会遗漏异常、短暂、偶发的事件。更快的FFT性能对于定位和隔离根本原因至关重要。

海洋仪器的解决方案

MXO系列示波器非常适合这项具有挑战性的任务，因为它可以测量频谱，并快速深入地分析传导发射。

图1：调试过程中的排放情况

快速的FFT功能使用户能够以高达45000FFT/s的速度获取频谱。结合低噪声模拟前端，用户可以非常高效且准确地检测到异常事件。

此外，FFT与时域设置无关，这对于EMI调试非常有益。在标准的FFT实现中，由于分辨率带宽，FFT的更新速率会显著降低。此外，近场探头可用于定位系统中的噪声源。这也需要快速的FFT。为了实现稳定且可重复的测量，需要使用人工电源网络（AMN）。

应用程序

使用了一个完全集成的半桥驱动器，包括一个已连接的直流有刷电机，以展示传导发射频谱中的罕见事件。该被测设备（请参阅第1页的图1）为功率部分提供了两个半桥，并可通过SPI总线进行配置。微控制器连接到总线上，用于监控驱动器的状态并控制电机的速度和方向。CAN总线用于与系统外部的模块进行通信。

查找根本原因

该过程可以分为三个步骤：

1. 按照所需标准（例如CISPR25）进行传导发射的测量，并激活连续模式（突出显示任何罕见的异常）

2. 使用不同尺寸的合适的电和磁近场探针（找到与特定电路板功能相关的发射），查找并定位根本原因

注：为提供非周期性洞察，仍应保持连续模式

3. 在找到频谱与专用功能之间的相关性后，暂停使用连续模式；触发极有可能是根本原因的信号（测量将确认假设是否正确，或者是否需要重复步骤2）

测量示例

图2展示了有刷电机应用程序电源线上的传导发射测量结果。快速FFT结合激活的连续模式，能够检测到在整个频谱上引起高发射的罕见事件。这个噪声包络（参见浅黄色区域，用白色箭头标明）显示了由广泛噪声源（例如总线通信或时钟）引起的典型特征。进行传导发射测量之后，使用近场探头，可以在靠近微控制器旁边的SPI数据轨道的印刷电路板上找到具有类似特性的发射。因此，可以推测SPI活动可能是根本原因。

图2：电力线上的传导发射测量

可以通过最后一步（见图3）进行确认。在此测量中，激活了正常触发模式，其中使用无源探头（通道3）测量SPI通信端口。同时显示频谱。结果显示，一旦控制器和接收器之间的 SPI通信开始（触发事件），显示屏上就会出现较高的宽发射。了解详细信息后，可以定义活动来限制这种发射，这种发射是由SPI总线活动引起的，并反映在电源线上的传导发射中。

图3：传输SPI数据时的电磁干扰（EMI）频谱

总结

MXO系列示波器非常适合验证混合信号应用中偶尔发生的传导发射。出色的45000 FFT/s快速FFT实现与低噪声模拟前端相结合，使用户能够发现混合信号电源设计的频谱中的任何偶发异常。

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