描述

現今的電氣系統都會涉及大量的開關電源，因此電磁干擾分析（EMI）也變得越來越重要。開關電源將輸入的原始功率調節為系統所需的形式，很多時候，電壓和電流會發生切換，從而導致電磁干擾 (EMI)的發生。因此，為確保系統不會污染電源，需要執行EMI分析以檢查噪聲水平是否低于允許的限制。

EMI有兩種形式：

*傳導干擾 (CE102)
*輻射干擾 (RE)

傳導干擾可以在 SaberRD 中的虛擬測試臺上進行測試。傳導發射的允許限值由FCC和 CISPR22 標準描述。因此，需要針對所需的負載條件對設計進行仿真，在電源連接到電源的位置測量波形。應用 FFT 計算來確定不同頻率下的信號電平。最后將結果與標準限值進行比較，以檢查噪音水平是否低于或高于指定標準。如果噪音水平超過標準規定的限制，這有助于進行必要的設計更改。

測試設備的傳導 EMI 時，需要在電源和設備輸入之間放置一個 LISN（線性阻抗穩定網絡）。這有助于限制來自電源的任何噪聲添加到設備產生的噪聲中。LISN 的兩個輸出用于測量噪聲水平。連接框圖如圖 1 所示。

圖1 傳導輻射的EMI測試框圖

在 SaberRD 中執行 EMI 分析

EMI 分析涉及了解不同頻率的信號電平。這可以通過在 Saber 中獲取穩態波形并執行 FFT（快速傅立葉變換）來獲得。因此，可以對現有設計進行 FFT 計算和 EMI 分析，而無需對設計原理圖進行大量更改。

FFT計算：

此選項在波形計算器中可用。完成所需的仿真后，繪制必須對其執行FFT的信號。現在，通過打開Waveform Calculator并單擊 Wave 按鈕來訪問 FFT 計算。這可以在圖 2 中看到。

圖2 用于FFT計算的波形計算器

在選擇該選項之前，需要在計算器中添加波形。對該信號執行 FFT。圖 3 所示的窗口顯示了對信號執行 FFT 的選項。

圖3 FFT計算選項

為了獲得正確的結果，可以指定諸如時間開始和時間停止之類的選項來選擇波形的穩態部分。其他選項，例如顯示的點數、時間增量波形視圖和窗口功能，取決于被分析的電路類型和所需的輸出分辨率。有關這些選項的詳細信息，請參見SaberRD在線文檔。

選擇所需選項后，單擊“確定”，該函數將出現在計算器中。要繪制 FFT 波形，請單擊波形計算器上的圖形按鈕（文件菜單下方的按鈕，如圖 2 所示）。這是在頻譜分析儀中看到的波形。該圖可以靈活地縮放 x 軸和 y 軸。此外，可以調整多個選項，例如單位、比例（線性/日志）、網格等，以直觀的格式查看結果。參考波形可以繪制在同一圖表中，以便可以在參考波形（例如 FCC 和 CISPR 22 標準極限波形）和設計結果之間進行比較。

這個過程可以通過使用實驗分析器和目標編碼來自動化。這極大地簡化了過程，從而提高了生產率。

示范：

為了演示 FFT 的計算并因此了解傳導發射的 EMI 性能，設計了一個開關電源。進行了類似于圖 1 所示設置的設置，完成了正常操作的仿真，執行了所需的計算，并根據 FCC 和 CISPR 22 標準繪制了顯示由開關電源注入的噪聲的波形。創建并包含在設計中的自動化流程（實驗）。這是在實驗分析器工具中完成的，實驗在設計文件中可用 fft_analysis.ai_expt。

該演示包括測試使用和不使用輸入噪聲濾波器的設計。測量共模噪聲并執行 FFT 計算以顯示添加輸入共模噪聲濾波器的有效性。執行以下步驟在 SaberRD 中測量共模噪聲。

1、下載示例并解壓縮到本地文件夾。

2、啟動SaberRD打開設計Flyback_emi.ai_dsn。該設計顯示了與圖1等效的模塊，可以看出 LISN 的輸出（lisn1和lisn2）連接到差模和共模噪聲測量模塊。仿真后看到的圖形是 cm_uv 節點的共模噪聲測量圖。

3、轉到Simulate選項卡并從分析下拉列表中選擇Experiment。從右側實驗列表中選擇 fft_analysis。單擊“開始”按鈕。

4、仿真完成后，會出現兩個圖，分別代表帶有和不帶有輸入濾波器的噪聲波形。

5、要了解仿真過程是如何自動化的，請從SaberRD GUI 右側的實驗工具中打開實驗 fft_analysis。

6、在實驗結束時會執行一個目標腳本。這是為了自動化獲取信號的過程，對其執行 fft 并繪制產生的噪聲波形。

7、通過在文本編輯器中從解壓縮的設計文件中打開 fft_calc.aim 文件來查看目標代碼。這樣就可以以所需格式顯示所需結果，而無需每次都執行手動任務。

評估結果：

成功執行實驗后，將顯示圖 4 和圖 5 中所示的兩個圖形。這些圖與在硬件原型上的頻譜分析儀上獲得的波形明顯相似。

圖4 無濾波器情況下輸入端測得的噪聲

如圖 4 所示，注入交流源的噪聲遠高于FCC 和 CISPR 限制波形。這清楚地表明需要引入過濾。這有助于在進入硬件階段之前識別設計問題，并有助于減少設計更改所需的時間。

圖5 用輸入濾波器測量的噪聲

從圖5中可以看出，添加輸入共模濾波器后，噪聲水平得到了更大程度的降低，波形完全在標準規定的范圍內。因此，設計修正有助于使設計符合FCC和CISPR標準。

結論：

據了解，SaberRD可用于在設計階段本身對傳導發射進行 EMI 分析。可以輕松配置 FFT 計算以獲得所需的噪聲波形。自動分析程序有助于減少執行繪圖、應用測量和調整軸設置等重復任務所需的時間。設計經過測試以滿足 FCC 和 CISPR 標準，并且還測試了必要的設計更改。遵守 EMI 標準是強制性的，SaberRD展示了一種通過仿真測試設計滿足此類要求的簡單而高效的方法。