[发明专利]基于双电阻校准和麦夸尔特法的EMI内阻抗测量方法

摘要

本发明公开了一种基于双电阻校准和麦夸尔特法的EMI内阻抗测量方法。其中，一个电流探头作为注入探头，另一个探头作为检测探头分别测量短路、标准电阻1、标准电阻2、被测阻抗、标准电阻1与被测阻抗串联、标准电阻2与被测阻抗串联时的电路状态量，从而获取被测产品的EMI内抗，并采用麦夸尔特法对测得的EMI内阻抗幅频特性进行处理，最终得到被测产品的EMI内阻抗(复阻抗)，包括幅值与相位。本发明简单、高效，测量精度较高且解决了插入损耗法、单电流探头、双电流探头法的相位缺损问题。通过采用本发明方法能够精确的获取被测产品的噪声源内阻抗，从而为EMI滤波器的设计提供理论依据。

主权项

1.基于双电阻校准和麦夸尔特法的EMI内阻抗测量方法，其步骤是：第一步：将被测产品、标准电阻用线缆串联成闭合线路，连接频谱分析仪的检测探头和连接信号源的注入探头套在线缆上；第二步：根据第一步，在闭合线路中，移去被测产品和标准电阻，打开信号源使其输出电压信号V_sig至注入探头，连接检测探头的频谱分析仪得到相应的测量结果，记为V_p0；第三步：根据第一步，在闭合线路中，移去被测产品，并采用标准电阻a(Z_STD1)作为标准电阻，打开信号源使其输出电压信号V_sig至注入探头，连接检测探头的频谱分析仪得到相应的测量结果，记为V_p1；第四步：根据第一步，在闭合线路中，移去被测产品，并采用标准电阻b(Z_STD2)作为标准电阻，打开信号源使其输出电压信号V_sig至注入探头，连接检测探头的频谱分析仪得到相应的测量结果，记为V_p2；第五步：根据第一步，在闭合线路中，保留被测产品，并移去标准电阻，打开信号源使其输出电压信号V_sig至注入探头，连接检测探头的频谱分析仪得到相应的测量结果，记为V_px0；第六步：根据第一步，在闭合线路中，保留被测产品，并采用标准电阻a(Z_STD1)作为标准电阻，打开信号源使其输出电压信号V_sig至注入探头，连接检测探头的频谱分析仪得到相应的测量结果，记为V_px1；第七步：根据第一步，在闭合线路中，保留被测产品，并采用标准电阻b(Z_STD2)作为标准电阻，打开信号源使其输出电压信号V_sig至注入探头，连接检测探头的频谱分析仪得到相应的测量结果，记为V_px2；第八步：计算线缆等效阻抗Z_IN和被测产品的噪声源内阻抗：被测产品EMI内阻抗为：Z·X=KV·sigV·p-Z·IN---(1)]]>式中，Z_X为被测产品的EMI内阻抗，V_sig为注入探头电压，V_p为检测探头电压，K为比例因子(复常数)；由式(1)可得到|Z·X+Z·IN|=|KV·sigV·p|=|K||V·sig||V·p|---(2)]]>设Z·X=RX+jImX]]>(3)Z·IN=RIN+jImIN]]>将式(3)带入(2)中，可得|(RX+RIN)+j(ImX+ImIN)|=|K||V·sig||V·p|---(4)]]>将式(4)两边取平方得(R_X+R_IN)²+(Im_X+Im_IN)²＝|KK_X|²          (5)式中，KK_X＝K·V_sig/V_p；已知标准电阻a、b分别为Z_STD1＝R_STD1+jIm_STD1    (6)Z_STD2＝R_STD2+jIm_STD2根据式(5)、(6)，可得RIN2+ImIN2=|KK0|2]]>(R_STD1+R_IN)²+(Im_STD1+Im_IN)²＝|KK₁|²    (7)(R_STD2+R_IN)²+(Im_STD2+Im_IN)²＝|KK₂|²式中，KK₀＝K·V_sig/V_p0，KK₁＝K·V_sig/V_p1，KK₂＝K·V_sig/V_p2；由式(7)可得2RSTD1RIN+2ImSTD1ImIN=|KK1|2-|KK0|2-RSTD12-ImSTD12]]>(8)2RSTD2RIN+2ImSTD2ImIN=|KK2|2-|KK0|2-RSTD22-ImSTD22]]>由式(8)可得线缆等效阻抗：RIN=12P1ImSTD1P2ImSTD2RSTD1ImSTD1RSTD2ImSTD2]]>ImIN=12RSTD1P1RSTD2P2RSTD1ImSTD1RSTD2ImSTD2---(9)]]>其中P1=|KK1|2-|KK0|2-RSTD12-ImSTD12,]]>P2=|KK2|2-|KK0|2-RSTD22-ImSTD22;]]>根据式(9)即可得到线缆等效阻抗；根据式(5)、(6)，可得(R_X+R_IN)²+(Im_X+Im_IN)²＝|KK_X0|²(R_STD1+R_X+R_IN)²+(Im_STD1+Im_X+Im_IN)²＝|KK_X1|²    (10)(R_STD2+R_X+R_IN)²+(Im_STD2+Im_X+Im_IN)²＝|KK_X2|²式中，KK_X0＝K·V_sig/V_px0，KK_X1＝K·V_sig/V_px1，KK_X2＝K·V_sig/V_px2；由式(10)可得RX=12P1ImSTD1P2ImSTD2RSTD1ImSTD1RSTD2ImSTD2-RIN]]>ImX=12RSTD1P1RSTD2P2RSTD1ImSTD1RSTD2ImSTD2-ImIN---(11)]]>其中P1=|KK1|2-|KK0|2-RSTD12-ImSTD12,]]>P2=|KK2|2-|KK0|2-RSTD22-ImSTD22;]]>根据式(9)、(11)即可得到被测产品的噪声源内阻抗Z_X；第九步：采用麦夸尔特法计算被测产品的全频段噪声源内阻抗，其方法为：阻抗方程为Z=R+jωL+1jωC---(12)]]>由(12)可得f(x-1,x1;R,L,C)=|Z|2=R2+(ωL+1ωC)2=R2+2LC+4π2L2f2+14π2C2f-2---(13)]]>令f²＝x₁，f^-2＝x_-1，式(13)可表示为y＝f(x^T，Z)＝f(x_-1，x₁；R，L，C)    (14)式中，x^T＝[x_-1，x₁]，Z＝[R，L，C]；对其进行N个频点测量，即得到N组数据(x_-1n，x_1n，y_n)；先给定Z的一组初始值，记为Z⁽⁰⁾，即Z⁽⁰⁾＝[R⁽⁰⁾，L⁽⁰⁾，C⁽⁰⁾]    (15)将f(x^T，Z)在Z⁽⁰⁾处按泰勒级数展开，并略去二次及二次以上的项，可得f(xT,Z)≈f(xT,Z(0))+Σm=13∂f(xT,Z)∂Zm|Z=Z(0)(Zm-Zm(0))---(16)]]>式中，Z＝[R，L，C]；这是关于R，L，C的线性函数，式中除R，L，C之外均为已知数，对此用最小二乘法原则，可得Q=Σn=1N(yn-(f(xT,Z(0))+Σm=13∂f(xT,Z)∂Zm|Z=Z(0)(Zm-Zm0)))2+dΣm=13(Zm-Zm(0))2---(17)]]>其中，d≥0称为阻尼因子；欲使Q值达到最小，令Q分别对R，L，C的一阶偏导数等于零，可得0=∂Q∂Zk=2Σn=1N(yn-f(xT,Z(0))+Σm=13∂f(xT,Z)∂Zm|Z=Z(0)(Zm-Zm(0)))∂f(xT,Z)∂Zk|Z=Z(0)+2d(Zm-Zm(0))---(18)]]>式中，k＝1，2，3；可化为以下形式(a₁₁+d)(R-R⁽⁰⁾)+a₁₂(L-L⁽⁰⁾)+a₁₃(C-C⁽⁰⁾)＝a_1ya₂₁(R-R⁽⁰⁾)+(a₂₂+d)(L-L⁽⁰⁾)+a₂₃(C-C⁽⁰⁾)＝a_2y    (19)a₃₁(R-R⁽⁰⁾)+a₃₂(L-⁽⁰⁾)+(a₃₃+d)(C-C⁽⁰⁾)＝a_3y其中，i＝1，2，3；j＝1，2，3，可得RLC=Z1Z2Z3=Z1(0)Z2(0)Z3(0)+a11+da12a13a21a22+da23a31a32a33+d-1a1ya2ya3y---(20)]]>据此，可以得到被测产品的全频段噪声源内阻抗，包括幅值和相位。