数字扫频分析仪

电磁干扰是电子产品设计中不可忽略的一个重要影响因素，要解决电磁干扰问题，就必须知道干扰源和发生的干扰幅度。测量电磁干扰源，有些工程师可能首先会想到使用数字示波器，但是示波器其实不是最好的测量电磁干扰的仪器，主要是因为：1、示波器测量取得的数据没办法和现有的标准进行比较，还需要将其波形转换成频域频谱才能进行比较；2、使用数字示波器没办法对叠加在一起的高频/低频信号进行测量；3、示波器的灵敏度达不到测量电磁干扰的层级。所以，除了示波器，还有一个更好的测量电磁干扰的仪器，那就是频谱分析仪。 频谱分析仪的工作原理如下图所示，由天线接收到信号，然后经过混频后，使信号频率达到中频，再经过中频放大器进入检波阶段，经过检波后再通过视频放大器将信号进行放大然后显示出来，就能测量出电磁干扰信号的数据。http://www.xmhaotian.com/upload/fck/14262318571452287212.jpg 频谱分析仪使用操作参数 1、扫描时间。扫描时间指的是从频谱仪从信号的频率最低端扫描到最高端所使用的时间，如果扫描时间偏短的话，则测量的信号幅度会比实际中信号幅度小。 2、频率扫描范围。如果扫描的频率范围越宽的话，那么测量的时间就会加长，测量精度就会降低，所以应尽量使用较小的频率范围来进行测量。 3、中频分辨宽带。通过对宽带的调整，可以提高频谱仪的选择性（选择性越高，可以对距离很近的两个信号进行测量）和频谱仪的灵敏度。

频谱分析仪的使用一、 什么是频谱分析仪在频域内分析信号的图示测试仪。以图形方式显示信号幅度按频率的分布，即X轴表示频率，Y轴表示信号幅度。二、 原理：用窄带带通滤波器对信号进行选通。三、 主要功能：显示被测信号的频谱、幅度、频率。可以全景显示，也可以选定带宽测试。四、 测量机制：1、 把被测信号与仪器内的基准频率、基准电平进行对比。因为许多测量的本质都是电平测试，如载波电平、A/V、频响、C/N、CSO、CTB、HM、CM以及数字频道平均功率等。2、 波形分析：通过107选件和相应的分析软件，对电视的行波形进行分析，从而测试视频指标。如DG、DP、CLDI、调制深度、频偏等。五、 操作：（一） 硬键、软键和旋钮：这是仪器的基本操作手段。1、 三个大硬键和一个大旋钮：大旋钮的功能由三个大硬键设定。按一下频率硬键，则旋钮可以微调仪器显示的中心频率；按一下扫描宽度硬键，则旋钮可以调节仪器扫描的频率宽度；按一下幅度硬键，则旋钮可以调节信号幅度。旋动旋钮时，中心频率、扫描宽度（起始、终止频率）、和幅度的dB数同时显示在屏幕上。2、 软键：在屏幕右边，有一排纵向排列的没有标志的按键，它的功能随项目而变，在屏幕的右侧对应于按键处显示什么，它就是什么按键。3、 其它硬键：仪器状态(INSTRUMNT STATE)控制区有十个硬键：RESET清零、CANFIG配置、CAL校准、AUX CTRL辅助控制、COPY打印、MODE模式、SAVE存储、RECALL调用、MEAS/USER测量/用户自定义、SGL SWP信号扫描。光标（MARKER）区有四个硬键：MKR光标、MKR 光标移动、RKR FCTN光标功能、PEAK SEARCH峰值搜索。控制（CONTRL）区有六个硬键：SWEEP扫描、BW带宽、TRIG触发、AUTO COVPLE自动耦合、TRACE跟踪、DISPLAY显示。在数字键区有一个BKSP回退，数字键区的右边是一纵排四个ENTER确认键，同时也是单位键。大旋钮上面的三个硬键是窗口键：ON打开、NEXT下一屏、ZOOM缩放。大旋钮下面的两个带箭头的键STEP配合大旋钮使用作上调、下调。（二）输入和输出接口：位于一起面板下边一排。TV IN测视频指标的信号输入口；VOL INTEN是内外一套旋钮控制、调节内置喇叭的音量和屏幕亮度；CAL OUT仪器自检信号输出；300Mhz 29dBmv仪器标准信号输出口；PROBE PWR仪器探针电源；IN 75Ω1M—1.8G测试信号总输入口。（三） 测试准备：1、限制性保护：规定最高输入射频电平和造成永久性损坏的最高电压值：直流25V，交流峰峰值100V。2、 预热：测试须等到OVER COLD消失。3、 自校：使用三个月，或重要测量前，要进行自校。4、 系统测量配置：配置是测量之前把测量的一些参数输入进去，省去每次测量都进行一次参数输入。内容：测试项目、信号输入方式（频率还是频道）、显示单位、制式、噪声测量带宽和取样点、测CTB、CSO的频率点、测试行选通等。配置步骤：按MODE键——CABLE TV ANALYZER软键——Setup软键，进入设置状态。细节为tune config调谐配置：包括频率、频道、制式、电平单位。Analyzer input输入配置：是否加前置放大器。Beats setup拍频设置、测CTB、CSO的频点（频率偏移CTB FRQ offset、CSO FRQ offset）。GATING YES NO是否选通测试行。C/N setup载噪比设置：频点（频率偏移C/N FRQ offset）、带宽。（四） 读取结果的方法：1、 电平的读取：主要使用参考电平REF。仪器屏幕图形上最上边的一行水平线是参考电平线。该线表示的电平为参考电平，其数值和单位显示在屏幕左上角。参考电平的值可以改变：按AMPLITUDE硬键，旋转大旋钮就可以改变，数字随时显示出来。图形每格的分贝数dB/DIV显示在屏幕左上角。2、频率的读取：图形里的中心频率、起始频率、终止频率三条竖线，各自代表的频率数显示在屏幕的下方。中心频率由Frequency硬键旋大旋钮调整；起始和终止频率由Span硬键旋大旋钮调整（实际是改变扫描宽度）。3、光标的使用：按MKR键，屏幕曲线上将出现闪动的光标。光标所在位置的电平和频率显示在屏幕左上角。光标可任意移动，移动到什么位置，就显示什么地方的频率和电平。4、 打印、存储5、视频测试六、 常用测试——频谱测试和频道测试（Cable TV分析）：按MODE硬键，屏幕上显示两个软键：频谱测试和Cable TV分析，按对应的软键就进入各自的测试项目。1、 频谱测试：用三大硬键加上大旋钮即可实现一般分析。2、 频道测试：按Cable TV ANALIZER盘软键、再按屏道测试软键，显示出测试菜单（共四页），按频道选择CHINAL SELECT软键，用数字键盘输入欲测频道的标识频率（模拟电视频道为图象载波频率，数字频道为频道中心频率）后，就可以对该频道进行测试了。菜单内容如下：LISTEN ON/OFF 声音开/关EM DEV 调频调制深度VIEW INGRESS 图象串扰CARRIER LVL & FRQ载波电平/频率CARRIER/NOISE 载噪比HUM 交流声调制CROSS MOD交扰调制CSO/CTBDEPTH MOD 调制深度SYSTEM FRQ RSP 系统频率响应IN CHNL FRQ RSP 频道内频率响应DIE GAIN DIF PHAZ 微分增益、微分相位CLDI 色亮延时差DIGITAL CH POEWER数字频道功率FM RADIO调频广播七、 几个问题：1、 测C/N、CSO：仪器提供两个方法：关断调制和不关断调制。不关断调制，要在被测频道的调制信号里插入静止测试行，启动仪器的选通功能，可以不中断正常播出。测CSO须预先在Setup中设置拍频位置。以便仪器在设置的频率上找拍频。2、 测HUM、CM必须关掉调制（不关载波）。3、 测CTB必须关掉载波。因为CTB产物集中分布在载频近旁。关断载频后，CTB、CSO产物都可以在屏幕上看到。区别哪个是CTB还是CSO，利用他们与输入电平的关系来判断。4、 下列测试项目需要在场逆程插入静止测试行：不关断调制测C/N、CSO；测CTB；

1． 引言　　作为一国工业现代化发达程度标志之一的精密仪器仪表产业，目前正经历着第二次跳跃（跨越）发展。第一次是从模拟式测量到数字化智能型高精度、高稳定性的数字化测量、运算分析、诊断、以及控制等功能的跨越发展。早在几年前工业网络及数字化在线分析器在过程自动控制中的应用，就已经率先在以石油和煤炭为主的能源工业，以钢铁、化工为主的原材料及化肥工业的流程上开展起来，并取得了令人鼓舞的成果。最近全国化肥行业会议已经形成决议，推荐建立我国自己的行业现场总线和网络通讯标准。这标志着我国工业过程生产自动化已经开始第二次跳跃，向以通讯为基础的网络化、信息化方向发展：具有检测、监控、信息传输特征的数字化仪器已经成为集监、管、控综合功能为一体的监管控网络系统最前端的网络神经元。这种网络化分布式智能计算系统以其高效率、大信息量、高度实时性之优势发展十分迅速，通过网络利用数字在线监测设备所提供的信息，实时掌控现场实时情况（数据/信息），已成为ERP体系中的重要资源并因此而迈进信息化阶段。　　2． 数字化在线分析器在现代工业过程自动控制领域的作用及国内外现状　　2.1 作用　　为了了解这个作用有必要简略介绍工业过程自动控制的思想及其体系结构。工业流程自动化这一过程经近半个世纪的发展使现代生产在降低生产成本、控制产品质量、提高生产效率、减少能源消耗、充分利用企业资源以满足产品品种变化，质量不断提高等方面取得很大成绩，而作为在线气体分析仪器被纳入这个系统，除了上述这些因素以外，还有生产过程的安全监测，生产过程所造成或产生的污染情况的监测，这些对现代工业生产来说都需要实时性的检查与控制。工业流程自动控制系统的发展到目前大体形成如下图所表示的企业一级的体系结构。 　 图1: 一个现代工业自动化过程控制体系结构　　　现代流程制造企业的监督、管理与控制从技术实现方面考察，从下往上有三个主要层次：　　1）FCS/DCS层，即现场总线网络层　　2）MES层，即制造执行管理系统或生产执行系统层　　3）ERP层，即企业资源规划层即高层管控层　　FCS层是自动化最底层的现场控制器、现场数字化智能仪器设备互连的实时监测控制通讯网络，是全数字式的连接，它遵循ISO的OSI开放系统的互连参考模型的全部或部分通讯（握手）协议。这一层所完成的主要工作是：将总线上传输的信号按照“信息公路交通规则”进行编码、解码，转换、甄别、纠错、分配等等；由于其历史的原因，DCS接纳的在线仪器可以是数字式的也可以是模拟量输出的。当前一个发展趋势是FCS被部分或大部分纳入到DCS中，替换其信号获取的方式，现场进行大量的底层运算从而对风险较低的分布式计算模式的发展有极大促进。　　MES可以为用户提供一个快速反应、有弹性、精细化的制造业环境，帮助企业减低成本、按期交货、提高产品和服务质量。不仅适用于众多的基础产业，还有如家电、汽车、半导体、通讯、IT、医药等行业，能够对单一的大批量生产和既有多品种小批量生产又有大批量生产的混合型制造企业提供良好的企业信息管理。目前不论是国外还是国内，都在大力发展MES以提高企业竞争力。　　ERP层在于对一个生产段内部，或由数个生产段构成的一个完整的生产流程段，乃至整个企业进行资源的最优化管理，使其得到更加高效率的合理的使用。　　作为要连入FCS的在线分析器的主要工作是：将物理信号转变成数字信号并对其进行转换、处理、运算、分析、编码存储、编码传输等，并对这个分析计算设备本身进行自适应调节，自整定，自标定以及检查报警、识别故障，记录状态并报告等等，要满足这些，在线分析仪器必须是数字化的，因为信息量的增大以及FCS结构的要求就是信息的全数字化流通。　　这种系统结构有效地解决了DCS的结构性问题：在很大程度湖广泛的范围内化解了分布式控制集中式运算对系统的所承受的集中性风险，使中枢神经尽可能地避开这种风险。　　图2展示了一个具有现场总线接口能力的数字化在线气体分析器接入工业自动监控网络体系。 图2 具有现场总线接口能力的数字化在线气体分析器接入工业自动监控网络　　2.2 目前国内外数字化在线分析器的现状　　诸如流量、压力、位移等数字化在线智能测控仪表等目前国际上已进入比较成熟的阶段，国内发展则十分迅速，但是数字化气体在线分析仪器在这方面的发展在我国却相对滞后。　　1、国外一般情况　　上个世纪80年代末90年代初开始，几个主要的国外在线分析器生产厂家如SIEMENS、ABB、ROSEMOUNT、YOKOGAWA、SICK│MAIHAK等将数字化的在线分析仪器打入中国市场。这些产品都是数字化产品，大部分具有数据通讯和网络通讯能力。其一般特点如下： 　　A） 对采集信号进行数字运算和分析；　　B） 测量信号的输出表达均呈线性特性； 　　C） 测量信号屏幕直读，均有传统的模拟信号输出；　　D） 具有数字补偿功能，有些是自动的，有些需要人工进行；　　E） 有较强的自诊断能力；　　F） 功能很强的通讯能力，通常的RS232/485等，也有网络或总线输出；　　2、国内情况　　目前国内有不少生产在线气体分析器的厂家，投入市场的数字式的在线分析器也有不少品种。模拟量输出如20mA的电流环路输出是必备的，相当一部分产品具有RS232或485串行口输出能力，但掌握的资料而言，目前只有北分瑞利集团北分麦哈克公司一家的产品具有现场总线接口能力。　　导致目前这种状况的主要原因据了解有这样几个：　　1、国内许多过程工业现场的条件不具备，很多仪器都是模拟量的，同时工业网络的建立需要一定的投资，建立、完善，这需要时间和资金的持续支持，这对国内众多中小型企业来说，呈现出较大的困难。工厂的设备更新改造不但需要资金、技术等的支持，对它也有一个认识过程，为这种设备更新的未来预期收益所投入的成本与所能得到的收益对企业来讲总是比较模糊而且这种收益并非能100%保证，如果不是对生产或安全有重大影响的情况时企业下这个决心有很大难度；　　2、仅有这种功能的仪器但没有其运行的平台即较为成熟的工业网络也发挥不了作用，从而延缓甚至在一定程度上阻滞了仪器设备生产厂商的开发动力。虽然随着国外先进的成套设备的引进，仪器与平台安装并运行而且显现出很好的运行效果，但由于其价格偏高，使得众多用户想装备但也望而却步；　　3、另一方面，国内DCS近一二十年的发展已经相对成熟，能够较顺利地将模拟仪器的输出纳入到工业网络系统中去，一部分用户并不急于更新提高，这更使供货商在这方面的投入意念不强，动力不足。　　但是，发展是持续的而且是快速的。工业现代化产生成果的同时所带来的负面效应日益明显，更大地降低能源和原材料消耗，更严格地控制污染（排放），更加安全地生产等，使得国际现场总线技术及流程现场装备的发展势头十分迅猛，国内一些基础产业如能源、材料等工业领域早几年也已经开始运用，并且产生了良好效果，越来越多的工业部门认识到这些是现代工业过程自动化生产的重要目标和要求之一，是一个必然的发展趋势，而作为体现并实现这一思想的现场总线及其满足这一要求的在线分析器设备是促进并推动过程工业自动化向更高程度发展的必须具备的物质条件，为适应这种发展北京北分瑞利集团北分麦哈克公司推出了具有这种功能的产品。其更进一步的内容稍后还有介绍。