emc實驗室必備設(shè)備：線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)（LISN）簡介

1 引言

        傳導(dǎo)干擾以電壓或電流的共模(不對稱)和差模(對稱)形式出現(xiàn)。共模干擾是指相線由地形成的回路干擾;差模干擾是指相線之間形成的回路干擾。

         LISN，Line Impedance Stabilization Network的縮寫，即線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，也會被稱作AMN，人工電源網(wǎng)絡(luò)(Artificial Mains Network)。它是傳導(dǎo)干擾測試中主要的測量儀器，目前電子電氣設(shè)備電源端口的傳導(dǎo)干擾測試主要是通過線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測量。

圖1 單線LISN

圖2 4線LISN

2 LISN的作用

         傳導(dǎo)發(fā)射測試(CE)的目的是測量存在于產(chǎn)品電源線上的噪聲電流。

         在不同的測試場地，電源網(wǎng)上存在的環(huán)境噪聲也不同。外部的環(huán)境電磁噪聲通過交流電源線進(jìn)入被測樣品，影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。雖然電流探頭也可以進(jìn)行傳導(dǎo)發(fā)射的測量，但不同電源系統(tǒng)的阻抗有很大區(qū)別。這種負(fù)載阻抗的變化影響到從電源線傳導(dǎo)出去的噪聲電流的大小。為了保證測試場地之間的一致性，各試驗場地從產(chǎn)品電源線看進(jìn)去的阻抗必須是穩(wěn)定的。

圖3 傳導(dǎo)干擾測試布置簡圖

于是便有了LISN。它用于被測樣品(EUT)和電源輸入之間，來實現(xiàn)如下功能和需求：

         1)隔離。LISN放在電網(wǎng)電源與被測樣品之間，濾去來自電網(wǎng)電源的電磁噪聲，給被測樣品提供純凈的電源，從而保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。同樣也會隔離來自被測樣品的騷擾信號，防止過多的電磁干擾流向電網(wǎng)電源影響同一線路的其它設(shè)備。

         2)供電。給測樣品提供電源，且不能影響電網(wǎng)電源對被測樣品正常供電。

         3)阻抗穩(wěn)定。在測量頻率范圍內(nèi)提供標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的穩(wěn)定線路阻抗。人為的擬制一個穩(wěn)定的線路阻抗，為傳導(dǎo)發(fā)射電壓的測量統(tǒng)一測試條件。一般在測量頻段范圍內(nèi)提供50Ω網(wǎng)絡(luò)阻抗。

         4)信號拾取。利用LISN的高通濾波器使EUT產(chǎn)生的干擾信號耦合至EMI接收機(jī)上，并阻止電網(wǎng)電源電壓加至EMI接收機(jī)。

3 LISN的分類

        LISN有兩種基本類型：用于耦合不對稱電壓的V型和分別用于耦合對稱電壓和不對稱電壓的Δ型。在CISPR16標(biāo)準(zhǔn)中，分別規(guī)定了不同頻率范圍內(nèi)的LISN使用原則和類型，見圖4。

圖4 LISN的分類

        LISN的阻抗為騷擾輸出端端接50Ω負(fù)載時，在EUT端測得的相對于參考地的阻抗。

現(xiàn)對常用LISN做簡單介紹：

1)50 Ω / 50 μH + 5Ω V型LISN，適用于9kHz-150kHz頻率范圍。

圖5

2)50 Ω / 50 μH V型LISN，適用于150kHz-30MHz頻率范圍。

圖6

3)50 Ω / 5 μH + 1Ω V型LISN，適用于150kHz-108MHz頻率范圍。

圖7

4)150 Ω V型LISN，適用于150kHz-30MHz頻率范圍。

圖8

5)150 Ω Δ型LISN，適用于150kHz-30MHz頻率范圍。

圖9

4 LISN的結(jié)構(gòu)和原理

             目前國內(nèi)EMC專業(yè)實驗室依據(jù)的檢測標(biāo)準(zhǔn)，使用多為50Ω/50μH V型LISN。下圖是一個滿足CISPR 25和ISO 7637-2規(guī)定的線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)。需要在正和負(fù)電源線上分別串入一個LISN。

圖10

          電路圖中1μF和5μH，用于過濾電網(wǎng)來自電網(wǎng)電源的干擾，為被測樣品提供“純凈”的電源。一個供電系統(tǒng)會連接多臺電子電氣設(shè)備，這些設(shè)備在工作的時候會將自身的噪聲引入供電網(wǎng)絡(luò)。這些電磁噪聲如果沒有經(jīng)過過濾(隔離)，會被EMI接收機(jī)測量到，從而影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。

圖11

         電路圖中0.1μF電容用于隔直通交，電路中直流成分會傳輸至EMI接收機(jī)導(dǎo)致?lián)p壞，以及電容能吸收騷擾信號中的峰值電壓。 0.1μF電容在測試頻率范圍內(nèi)具有較低阻抗，不影響測試結(jié)果，而對于50Hz供電頻率具有較大阻抗。

圖12

        1kΩ 用于給0.1μF的電容放電。在一次測試結(jié)束后，EMI接收機(jī)RF端口斷開，需要將電容接地來提供電荷釋放路徑，否則在高壓EMC測試中，0.1μF電容上會一直有高壓存在，短時間內(nèi)無法完全放電，需要通過對地的1kΩ電阻進(jìn)行泄放。

圖13

         LISN RF端口50Ω Termination(終端負(fù)載) 則是為了保持兩根線的對稱性。EMC測試過程中，L線(+)與N線(-)上均有干擾電流，未進(jìn)行測量的線路干擾仍然存在，需要通過LISN的RF端口端接50歐電阻為其提供通路，否則會影響到測量線路上的測試結(jié)果。

圖14

5 使用注意事項

下圖是GB/T 9254.1中傳導(dǎo)干擾測試臺式設(shè)備EUT布置示例：

圖15 臺式EUT測試布置示例

         從圖中可以看出標(biāo)準(zhǔn)對試驗布置有許多細(xì)節(jié)要求，例如高度、距離、長度等。究其原因，是因為GB/T 9254.1標(biāo)準(zhǔn)要求的電源線測試限值要求為60dBμV，從dB轉(zhuǎn)換到電壓為1000μV也就是1mV，對應(yīng)到電流就是20μA，μA級別的電流是很小的量，接地電阻、距離、高度等方面的布置細(xì)節(jié)都很有可能會影響到這個電流的大小。所以標(biāo)準(zhǔn)對EMC測試Setup各個要求進(jìn)行細(xì)化，其目的是保證測試結(jié)果是可信、可重復(fù)，盡可能減少影響因素，而導(dǎo)致測試結(jié)果不準(zhǔn)確，或者更換場地導(dǎo)致測試結(jié)果無法重復(fù)。所以按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試布置非常重要，否則試驗數(shù)據(jù)可能無效。

        傳導(dǎo)干擾試驗的共模電流/電壓是經(jīng)過LISN的外殼到金屬接地參考平面(GRP)，然后回到受試設(shè)備(EUT)，因此，LISN與接地參考平面之間的連接方式對測量結(jié)果有非常大的影響。FCC標(biāo)準(zhǔn)要求LISN的接地阻抗不得高于2.5mΩ。

         無論是單線LISN還是可以測試多線的LISN，其外殼與接地參考平面應(yīng)使用短粗的導(dǎo)體，*好是L型銅板進(jìn)行連接，從而保證足夠低的接地阻抗。

          另外需要注意LISN的GND必須連接**地，這里說的**地和與金屬接地參考平面板之間的連接不是一回事。前者是為了**，后者是為了測量準(zhǔn)確性。