一种低成本电磁兼容整改分析的预放器设计方案..doc

一种低成本电磁兼容整改分析的预放器设计方案一、方案设计背景在电磁兼容测试项目的辐射骚扰(RE中,为了获得更低的背景环境噪声电平,通常会使用前置放大器进行信号预放大处理。此类放大器的特点是宽频带、高增益的放大器,根据实际需要选择合适的带宽和增益。通常情况下使用的放大器增益在30~50dB左右。我们在对产品测试时,使用前置放大器还应当注意,输入信号不可过载,一般EMI接收机输入端口,通常允许输入的最高值为+30dBm,根据实际测试经验,如果被测产品中含有直流马达、继电器、触点开关、自动断路器等组件或模块时,首先要对被测产品进行初步的分析,判断这些组件或模块在测试过程中是否会频繁动作,一旦上述器件在测试过程中频繁动作,就可能会产生较高能量的电磁噪声,在必要时,不用使用前置放器,在接收机输入端增加衰减器对被测产品作预测试,最后进行判断。实验室使用的前置放大器,通常在30~50dB左右,如果被测产品中,含有上述的组件或模块,在工作时,产生的瞬态高能量的尖峰噪声,一旦经前置放大器放大后,很容易将EMI接收机损坏,同时由于前置放大器的输入能量较高,自身也很可能因信号输入过载而损坏,必需时应增加保护装置,以保护前置放大器和接收机。在产品的整改与调试分析过程中,对于一些比较微弱的小信号,使用场强探头很难捕获到,如在屏蔽室中操作,环境噪声电平的影响相对较小,如果在自然空间中操作,由于有手机信号、广播信号及其它无线信号的覆盖,产品较弱的噪声信号将全部淹没在自然环境的噪声电平中,导致产品在屏蔽室内测试时,能够观察到的噪声频率点,而在自然环境中使用场强探头却很难发现,甚至根本看不到。在使用场强探头时,还有另外一个因素是近场与远场的区别,在实验室电波暗室的测试,属远场测试,而我们使用的探头,属于近场测试,对于不同的频率,近场与远场测量的结果有一定的差异,由于在产品的PCB板走线及连接线束上有趋肤效应的存在,通过麦克斯韦电磁仿真计算,在金属导体中,产生趋肤效应的频率达到300kHz以上时已经非常明显,此效应会随着频率的上升而加大,所以趋肤效应也是导致远、近场测量结果差异的因素之一,尤其在分析整改军品类与车载电子类产品中,这类产品的测试限值要求非常低,使用近场的方法,很难直观地观察分析,甚至导致对分析结果的误判。如果能增加一级带宽放大器在EMC整改分析的工作中,便能很好地对这些微弱的噪声信号进行观察和分析。目前性能较好的前置放大器,由于各种因素,价格一直居高不下。前置放大器属于极其敏感的设备,输入过载、ESD静电、电压波动等都容易引起损坏,前置预放器除运用在规范的测试之外,很少将其运用在产品的分析与整改工作中,主要的因素是器件成本较高,在EMC整改分析与调试时,如果操作不慎或电路、开关等产生的高能量脉冲就可能致放大器损坏,造成不必要的经济损失和资源浪费。如果能有一种低成本,方便,实用,且性能稳定的带宽放大器,运用在产品的EMC整改调试工作中,会有事半功倍的效果。二、电路设计与制作通过不断的研究与实践,在下文中,作者将推荐一种低成本、高可靠性的前置放大器的设计方案,运用于产品的EMC调试分析和整改中,能够准确地对电路、器件、模块等进行分析。通过调整测试对比,,150kHz以下,增益较低,在15dB左右,这取决于放大模块本身的性能局限。我们在实际分析与整改运用中,很少会使用到150kHz以下的频段。所以150kHz以下的增益可以不计。通过扫频测试,,平均增益可以保持在20dB,400MHz~900MHz增益可以达到近22dB左右,增益平坦度控制在20dB+/-3dB,完全可以运用于产品的EMC整改调试中,如果对增益要求高,可以采用双级放大,通过正确的调试,增益可以保持在35dB以上。电路主要的芯片采用NEC公司的运放芯片UPC1676,也可以用1651等芯片替换。该芯片具有频带宽,增益高,低噪声等特点,常常运用在无线通讯与传输领域。(资料来摘自UPC1676数据手册从数据手册中可以看出,该高频芯片的噪声较低,增益要求不高时,,通过作者的实践,,还保着14dB的增益,对于分析与调试使用,能保持着足够的带宽,已经能够满足一般的使用需求。图1电路设计原理图图1该款放大器输入电压范围从7V-18V之间,实测总工作电流小于30mA左右,由LDO7805提供一个稳定的低噪声电源。D1:电源反向输入保护。LED1,R1:工作指示灯。U1,C1,C2,R2,C3:滤波网络。C4:UPC1676电源去耦电容,注意C4的位置要紧靠U2的电源脚与接地脚。C5,C6:信号输入耦合电容,电容并联,满足带宽要求。C7,C8:信号输出耦合电容,电容并联,