Das heutige schnelllebige Geschäftsumfeld und die Entwicklungszyklen machen es unabdingbar, Messeinrichtungen für die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) bereitzustellen, die eine schnelle Testdurchführung, einen hohen Durchsatz und genaue Messungen ermöglichen. EMV-Tests müssen strenge Emissionsstandards erfüllen, die von EMV-Regulierungsbehörden wie dem Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR) und militärischen Standards wie MIL-STD-461 entwickelt wurden.
Die EMV-Prüfung stellt sicher, dass die Geräte wie vorgesehen funktionieren und keine Strahlung aussenden, die die Leistung anderer Geräte beeinträchtigen könnte. Die EMV-Prüfung erfordert eine detaillierte und genaue Methodik, um die genaue Messung aller Emissionen zu gewährleisten. Eine lange Prüfzeit verringert jedoch die Verfügbarkeit der Prüfeinrichtung, wodurch die Anzahl der Geräte, die zertifiziert werden können, begrenzt wird und der Umsatz, den ein Prüfdienst erzielen kann, sinkt. Um den Umsatz zu steigern, ohne neue Prüfstandorte hinzuzufügen, muss der Zyklus der EMV-Produktprüfung - Einrichten, Scannen, Drehen des Drehtisches und Zeit für die Anpassung der Antennenhöhe - rationalisiert werden, um die Kapazität der bestehenden Prüfeinrichtung zu erhöhen.
Um sicherzustellen, dass impulsive Signale richtig charakterisiert werden, schreiben kommerzielle und militärische Prüfnormen bestimmte Mess- oder Verweilzeiten für jedes Signal vor. Bei Prüfungen im Frequenzbereich müssen die Daten in einzelnen Auflösungsbandbreiten erfasst werden. Mit der Zeitbereichsabtastung (Time Domain Scan, TDS) wird der gesamte Prüfzyklus verkürzt, indem die Abtastzeit des Empfängers reduziert und gleichzeitig die erforderliche Verweilzeit eingehalten wird: Bei der TDS-Technik werden mit Hilfe von schnellen Fourier-Transformationen (FFT) gleichzeitig Emissionen über einen Frequenzbereich analysiert, der mehrere Auflösungsbandbreiten abdeckt, um die Abtastzeit des Empfängers zu verringern (siehe Abbildung 1). Die FFT-Erfassungsbandbreite für TDS kann von 1 bis > 10 MHz reichen und übertrifft damit bei weitem die von CISPR- und Militärstandards geforderten Auflösungsbandbreiten. Sobald der Empfänger die Daten erfasst hat, verarbeitet er sie in den entsprechenden gesetzlichen Bandbreiten, um sicherzustellen, dass die Messungen den gesetzlichen Anforderungen entsprechen.
Vergleicht man die beiden Techniken, so erfordert die Frequenzbereichsabtastung, dass ein Empfänger die für jede Messung erforderliche Auflösungsbandbreite beibehält. TDS spart Messzeit, da die vorgeschriebene Verweilzeit einmal für alle Daten in der FFT-Erfassungsbandbreite angewendet wird. Die Verwendung von TDS spart Zeit, da die grössere Erfassungsbandbreite weniger Frequenzschritte erfordert, um das gesamte interessierende Band abzudecken, im Gegensatz zur gestuften Frequenzbereichsabtastung. Die Frequenz des Lokaloszillators (LO) ändert sich mit jedem Frequenzschritt: je weniger Schritte, desto geringer die LO-Relock-Zeit.
Die Berechnung von FFTs erfordert oft hohe Überlappungsgrade von mehr als 90 Prozent, um genaue Amplitudenmessungen zu erzielen. Im Gegensatz zum Frequenzbereichsscanner schwankt die Amplitudengenauigkeit eines TDS-Empfängers aufgrund von Zwischenfrequenzeffekten mit der Frequenz und muss innerhalb der regulatorischen Anforderungen bleiben. Ein hohes Mass an FFT-Überlappung im Zeitbereich gewährleistet die genaue Messung von Impulssignalen.
Die Bandbreiten der TDS-Erfassung müssen die Bandbreiten der Mikrowellen- und HF-Vorselektoren berücksichtigen. Preselektorfilter verbessern den Dynamikbereich am ersten Mischer des Empfängers bei der Messung impulsiver Signale. TDS kompensiert die Flankensteilheit des Preselektors durch Anpassung des Amplituden-Frequenz-Verlaufs über die FFT-Erfassungsbandbreite. Alternativ kann die maximale FFT-Erfassungsbandbreite reduziert werden, so dass der FFT-Amplituden-Frequenz-Effekt die Amplituden-Frequenz-Antwort des Preselektors nicht wesentlich verändert.
Fortschritte bei Hochleistungsempfängern für elektromagnetische Störungen (EMI) haben Bandbreiten in einer einzigen FFT-Erfassung von bis zu 59 MHz für die Standard-TDS und 350 MHz für die beschleunigte TDS ermöglicht (siehe Abbildung 2). Die maximale Bandbreite für jede FFT-Erfassung kann auf der Grundlage der ZF-Filter im Mischerausgang bestimmt werden. Sowohl für die Standard- als auch für die beschleunigte TDS kann die ZF mit wählbaren ZF-Bandbreiten von bis zu 350 MHz implementiert werden. Der Hochleistungs-Analog-Digital-Wandler (ADC) ermöglicht die Digitalisierung von ZF-Signalen mit grosser Bandbreite. Die Kurzzeit-FFT-Engine (STFFT) kann bis zu 16.000 Frequenzpunkte in einer einzigen Erfassung analysieren, um grosse FFT-Spannen zu unterstützen, was wesentlich besser ist als bei herkömmlichen EMI-Empfängern.
Die beschleunigte TDS greift bei jeder FFT-Erfassung auf eine Bandbreite von bis zu 350 MHz zu, was den Testdurchsatz deutlich erhöht. Zur Veranschaulichung: Die nicht beschleunigte TDS benötigt in der Regel etwa 25 FFT-Erfassungen, um das CISPR-Band C/D zwischen 30 MHz und 1 GHz abzutasten, was deutlich schneller ist als die herkömmliche schrittweise Abtastung. Die beschleunigte TDS erfordert in der Regel nicht mehr als drei Erfassungen für denselben Frequenzbereich und ermöglicht eine 8-mal schnellere Abtastung als die herkömmliche TDS.
Das Vorscannen der gestrahlten Emissionen in einem EMV-Prüflabor nimmt viel Zeit in Anspruch, bevor die endgültigen Konformitätsmessungen durchgeführt werden können. Die beschleunigte TDS reduziert diese Vorab-Messzeit für jedes zu prüfende Gerät (DUT). So kann beispielsweise ein EMI-Empfänger mit beschleunigter TDS die Scanzeit auf weniger als 30 Sekunden reduzieren, was mehr als 5000-mal schneller ist als gestufte Scanzeiten (siehe Tabelle 1). Darüber hinaus kann die beschleunigte TDS die Bandbreite der Datenerfassung bei Echtzeit-Scan-Messungen stärker erhöhen als herkömmliche Methoden und das Datenspektrum bis zu 350 MHz in einem einzigen Segment für eine genaue EMV-Diagnose analysieren.