11 电源噪声的频谱分析-Derek.pdf

系统电源噪声的频谱分析及其辐射发射趋势预测 胡为东 美国力科公司上海代表处 【摘要】 本文介绍了力科示波器在对信号的处理运算以及 FFT 分析方面的一些特点，并尝试通 过对电源噪声的频谱分析来分析系统在各频段可能的辐射发射变化趋势，为定性查找潜在的 辐射发射源提供参考。 【关键词】 FFT 辐射发射 Lecroy 频谱 一、电源平面噪声的 FFT 频谱分析 信号的 FFT 变换主要用于得到信号的频谱图，以便分析信号的频域特征，在频域里 分析信号有利于观察到更多更精确的信号本质特征，如信号的谐波、信号的相位变化等。 下图 1 所示为时域和频域之间的关系图： 图 a)为时间、频率与幅值之间的三维关系。 图 b)为时域图。 图 c)为频域图，其中每条线代表了一个正弦波。 图 1 时域与频域之间的转换关系图 当单板的辐射发射能量超过一定的范围时，通常不能满足国际规定的一些辐射发射标准 规定，如 CALSS A 和 CLASS B 等。辐射源主要来自于单板上的高速信号的高次谐波分量 尤其是高速时钟信号。通常在调试单板的辐射发射能力时需要使用很多频域的仪器，如 EMSCAN、频谱分析仪等，如需要更加精确的得到单板辐射发射能力的定量指标，则需要 在微波暗室中进行试验测量。有时候在单板生产之前为了粗略的估计单板的辐射发射强度， 也会使用一些频域仿真软件如 Ansoft HFSS,Siwave 等分析软件来对整个系统或者系统的某 一部分进行建模，从而模拟系统的辐射发射情况，在使用仿真软件时，准确的辐射发射源通 常很难得到。 事实上，在单板上各种频率能量对外部空间辐射能量的同时，单板上的电源平面或者地 平面也同样会以某种方式受到这些信号的影响，那么电源噪声的频谱中也应该包含或者体现 出各种高频信号的频谱以及其强度的大小。那么在单板的调试阶段，我们是否可以通过分析 电源噪声的频谱来粗略的定性的分析各种频点可能的辐射发射能量的大小呢？如果这种方 法具有一定的可行性的话，那么将大大方便我们的调试——我们可以借助当今高端数字示波 器的长存储+极快的信号处理速度+强大的 FFT 分析功能来进行调试。 下图为某一个电源噪声的频谱，在时域里只能看到随机振荡的噪声信号，看不到任何关 于时钟信号的信息，但是对其时域波形进行 FFT 变换分析，我们可以很清楚的看到某一时 钟信号（下图 2 中体现出来的时钟信号为 31MHZ 左右）及其谐波分量，而且可以看到其频 谱能量的大致强度（定性值），通常情况下这些谐波能量越强，其对外辐射的能量越强的可 能性也越大，如果在单板的改版前后进行一些对比积累分析再加上长期的数据积累分析，也 许可以得到更加合理的趋势预测，这里只是一个猜想，提出一个思路。如果能得到一些比较 合理的趋势的话，应该能为我们预测单板的辐射发射情况提供很大的方便。同时这些数据或 许还可以用于电磁场仿真软件中作为辐射发射源，进一步仿真预测单板和系统的近场和远场 的辐射发射强度，最终达到在单板制板前就能够进行预测，这样就可以为节省成本、缩短研 发周期。