人工電源網(wǎng)絡(luò)阻抗計(jì)量校準(zhǔn)

1. 概述

依據(jù)EMC標(biāo)準(zhǔn)CISPR16-1-2以及GB/T6113.102，人工電源網(wǎng)絡(luò)（AMN）和線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)（LISN）的主要功能之一，是向EUT電源端提供規(guī)定的阻抗。

標(biāo)準(zhǔn)建議允差：模值±20%，相角±11.5°。

那么，標(biāo)準(zhǔn)“規(guī)定的阻抗”是如何得來(lái)的？在計(jì)量時(shí)如何準(zhǔn)確測(cè)試網(wǎng)絡(luò)真實(shí)阻抗？采用的儀器、功能、適配器和校準(zhǔn)方法，都有什么要求?影響測(cè)量結(jié)果的關(guān)鍵因素有哪些？

2. 標(biāo)準(zhǔn)中網(wǎng)絡(luò)阻抗數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1.   標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)阻抗參數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分頻段A (9~150kHz) 和頻段B (150k~30MHz) 分別給出，對(duì)應(yīng)兩種V型網(wǎng)絡(luò)：50Ohm|50uH+5Ohm 和 50Ohm|50uH。同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)中數(shù)據(jù)表標(biāo)注說(shuō)明，用于頻段A的50Ohm|50uH+5Ohm網(wǎng)絡(luò)，如果滿足頻段B的要求，也可用于150k~30MHz頻段B的測(cè)試。

因此，目前市面上常見的，用于9kHz~30MHz滿足CISPR標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的人工電源網(wǎng)絡(luò)，采用50Ohm|50uH+5Ohm的設(shè)計(jì)。

2.2.   網(wǎng)絡(luò)阻抗參數(shù)數(shù)學(xué)建模和驗(yàn)證

采用CST構(gòu)建50Ohm/50uH+5Ohm的網(wǎng)絡(luò)模型，分析復(fù)阻抗Z參數(shù)，仿真結(jié)果的網(wǎng)絡(luò)阻抗數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)上述內(nèi)容規(guī)定的數(shù)值一致。

3. 人工電源網(wǎng)絡(luò)阻抗計(jì)量方法

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，人工電源網(wǎng)絡(luò)的阻抗是復(fù)阻抗，包括模值和相角。因此，最合適的測(cè)量?jī)x器是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。為了獲得準(zhǔn)確測(cè)試結(jié)果，必須采用合適的校準(zhǔn)方法。

3.1.   校準(zhǔn)方法

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：

NOTE Because EUT connectors are not optimized for radio frequencies up to 30 MHz, the measurement of the network impedance is carried out with special measurement adaptors to enable short-length connections. The OSM (open/short/matched) calibration of the network analyzer is used to characterize the adaptors,taking the insertion loss and the conductor lengths of the adapters into account.

所以，校準(zhǔn)參考面不能在同軸接口，是在轉(zhuǎn)接適配器電源插頭和地線接頭之間；轉(zhuǎn)接適配器的地線盡量短且應(yīng)使用銅薄板等形狀較為固定的連接方式；OSM校準(zhǔn)件，需要針對(duì)所用適配器的特殊設(shè)計(jì)。因?yàn)轭l率相對(duì)較低，30MHz以下，因此這些校準(zhǔn)件可以用微帶和50Ohm電阻設(shè)計(jì)和制作，或者連同適配器直接購(gòu)買。

3.2.   測(cè)量方法

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的基本功能是S參數(shù)測(cè)量，同時(shí)，絕大多數(shù)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀具有Z參數(shù)測(cè)量功能(自動(dòng)通過(guò)S參數(shù)換算，給出Z參數(shù)曲線)。

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀Z參數(shù)測(cè)量結(jié)果，可以顯示為線性幅度模值Ohm，同時(shí)也可顯示相角，度°。

4. 影響測(cè)量結(jié)果的重要因素分析

4.1.   適配器地線長(zhǎng)度影響

人工電源網(wǎng)絡(luò)的阻抗相角，是以網(wǎng)絡(luò)的接地外殼作為參考0度。

校準(zhǔn)后的適配器接地端子，與外殼接地點(diǎn)之間的連接長(zhǎng)度應(yīng)該為0，校準(zhǔn)參考面以外的延長(zhǎng)接地線，其長(zhǎng)度影響人工電源網(wǎng)絡(luò)的相位測(cè)試結(jié)果：

如果 f=30MHz，L=200mm

所以，200mm的接地延長(zhǎng)線，會(huì)讓相角測(cè)試值比實(shí)際值大 7.2o 。

上述分析可以通過(guò)CST仿真完成，假設(shè)校準(zhǔn)是在同軸端完成的（參考面R1），那么接地延長(zhǎng)線的長(zhǎng)度L2，對(duì)高頻段相位測(cè)試的影響非常大；對(duì)模值影響不大。

調(diào)整接地線L2的長(zhǎng)度：0/20/105/200/400mm

4.2.   網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部地線長(zhǎng)度影響

阻抗校準(zhǔn)測(cè)量過(guò)程中，人工電源網(wǎng)絡(luò)的接地端子，內(nèi)部導(dǎo)體與網(wǎng)絡(luò)的接地外殼之間，通常有接地線，其長(zhǎng)度L0也會(huì)影響相角，對(duì)應(yīng)人工電源網(wǎng)絡(luò)真實(shí)相角。如下圖，L0由0改變?yōu)?00mm，相角由0.3°變?yōu)?.5°。

這也是在實(shí)際人工電源網(wǎng)絡(luò)阻抗測(cè)量時(shí)，相角大于0.3°，而且，不同的接地端子連接地線長(zhǎng)度不同，所以連接不同接地端子相角測(cè)量結(jié)果可能不一樣。但是，總的要求是，相角允差±11.5°。

5.  總結(jié)

•  標(biāo)準(zhǔn)中人工電源網(wǎng)絡(luò)的阻抗數(shù)值來(lái)自于相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)模型的數(shù)學(xué)網(wǎng)絡(luò)分析，例如50Ohm|50uH+5Ohm網(wǎng)絡(luò)：

  

• 使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量；
  

• 轉(zhuǎn)接適配器接地連接長(zhǎng)度盡量短，且有專用OSM校準(zhǔn)件；

• 校準(zhǔn)參考面是轉(zhuǎn)接適配器的DUT連接端子；

• 參考面后接地延長(zhǎng)線的長(zhǎng)度，對(duì)應(yīng)相位增加值。