传导式EMI的测量技术(三)传导式EMI的测量

传导式EMI的测量

为了要测量EMI，我们必须使用一个「阻抗稳定网路（Impedance Stabilization Network；ISN）」。和ISN类似的LISN已被应用到离线的电源供应电路中，其全名是「线路阻抗稳定网路（Line Impedance Stabilization Network；LISN）」或「仿真的主要网路（Artificial Mains Network；AMN）」。如图三所示，那是一个简易的电路图。若产品想要通过「国际射频干扰特别委员会（International Special Committee on Radio Interference；CISPR）」所制定的「CISPR 22限制（limits）」规定，就必须采用符合CISPR 16规范所定义的LISN；CISPR 16是CISPR 22所参考的标准。

　
图三：一个CISPR LISN的简易电路图

　使用LISN的目的是多重的。它是一个「干净的」交流电源，将电能供应给电源供应器。接收机或频谱分析仪可以利用它来读出测量值。它提供一个稳定的均衡阻抗，即使杂讯是来自于电源供应器。最重要的是，它允许测量工作可以在任何地点重覆进行。对杂讯源而言，LISN就是它的负载。

假设在此LISN电路中，L和C的值是这样决定的：

电感L小到不会降低交流的电源电流（50/60Hz）；但在期望的频率范围内（150 kHz to 30 MHz），它大到可以被视为「开路（open）」。电容C小到可以阻隔交流的电源电压；但在期望的频率范围内，它大到变成「短路（short）」。

上面的叙述（几乎）是为真的。在图三中，主要的简化部分是，缆线或接收机的输入阻抗已经被包含进去了。将一条典型的同轴缆线连接到一台测量仪器（分析仪或接收机或示波器…等）时，对一个高频讯号而言，此缆线的输入阻抗是50欧姆（因为传输线效应）。所以，当接收机正在测量这个讯号时，假设在L和E之间，LISN使用一个「继电/切换（relay/switch）电路」，将实际的50欧姆电阻移往相反的配对线路上，也就是在N和E之间。如此就能使所有的线路在任何时候都能保持均衡，不管是测量VL或VN。

选择50欧姆是为了要模拟高频讯号的输入阻抗，因为高频讯号所使用的主要导线之阻抗值近似于50欧姆。此外，它可以让一般的测量工作，在任何地点、任何时间重覆地进行。值得注意的是，电信设备的通讯埠是使用「阻抗稳定网路」，它是使用150欧姆，而不是50欧姆；这是因为一般的「资料线路（data line）」之输入阻抗值近似于150欧姆。

图四：对DM和CM杂讯源而言，LISN所代表的负载阻抗

为了了解VL和VN，请参考图四。共模电压是25Ω乘以流向E的电流值（或者是50Ω乘以Icm/2）。差模电压是100Ω乘以差模电流。因此，LISN提供下列的负载阻抗给杂讯源（没有任何的输入滤波器存在）：

CM负载阻抗是25Ω，DM负载阻抗是100Ω。

当LISN切换时，可以由下式得出杂讯电压值：

VL=25ХIcm+50ХIdm 或 VN=25ХIcm - 50ХIdm

这是否意味着只要在L-E和N-E上做测量，就可以知道CM和DM杂讯的相对比例大小？

其实，许多人常有这样的错误观念：「如果来自于电源供应器的杂讯大部分是属于DM的，则VL和VN的大小将会相等。如果杂讯是属于CM的，则VL和VN的大小也会相等。但是，如果CM和DM的辐射大小几乎相等时，则VL和VN的测量值将不会相同。」

如果这样的观念正确的话，那就表示即使在一个离线的电源供应器中，L和N线路是对称的，但L和N线路上的辐射量还是不相等的。在某一个特殊的时间点，两线路上的个别杂讯大小可能会不相等，但实际上，射频能量是以交流的电源频率，在两条线路之间「跳跃」着，如同工作电流一样。所以，任何侦测器测量此两条线路时，只要测量的时间超过数个电压周期，VL和VN的测量值差异将不会很大的。不过，极小的差异可能会存在，这是因为有各种不同的「不对称性」存在。当然，VL和VN的测量结果必须符合EMI的限制规定。

使用LISN后，就不需要分别测量CM和DM杂讯值，它们是利用上述的代数公式求得的。但有时还是需要各别测量CM和DM杂讯值，譬如：为了排除故障或诊断错误。幸好有一些聪明的方法可以达到各别测量的目的。我们举两个例子：

有一种装置称作「LISN MATE」，不过，目前已经很少被使用了。它会衰减DM杂讯约50dB，但不会大幅衰减CM杂讯（约仅衰减4dB）。它的电路如图五所示。

图六是一种以变压器为基础的装置，它是利用共模电压无法使变压器工作的原理；因为本质上需要差动的一次测电压，才能使变压器线圈内的磁通量「摆动（swing）」。它不像LISN MATE，此时CM和DM杂讯是一起输出。

不过，上述的两种方法都需要修改LISN电路。因为一般的LISN只提供VL或VN，无法同时提供这两者。最好是购买CM和DM杂讯有分离输出的LISN。此外，也应该要有总和检视的功能，以确定是否有遵守技术规范的限制。

图五：LISN MATE

图六：CM和DM分离器