東陽テクニカとキーサイト・テクノロジーが提案する、
FFTベース測定技術を利用した新しいEMIコンプライアンス測定ソリューションを紹介するスペシャルサイトです。
新ソリューションの原理から、効果的な測定事例、製品の詳細まで測定業務に役立つ情報をお届けいたします。

まずは最新EMIレシーバー「PXE」で解決できることを動画でご紹介！

EMI測定において、こんな事お困りではないですか？

これ、全てFFTベースのEMIレシーバーで解決できます！

では、FFTベースの測定技術、ソリューションとはどういうものでしょうか？
本サイトでは、以下をご紹介致します。

1. FFTベースの測定技術とは？

計測で利用されているFFT(Fast Fourier Transform、高速フーリエ変換）とは、オシロスコープのように時間軸でサンプリングした信号を、演算処理により周波数軸（周波数スペクトラム）に変換・表示するものです。
従来、EMCのような周波数スペクトラムの解析では、ヘテロダイン方式による掃引型の測定が主流でした。これは、従来のFFTでは下記に述べるような制限事項があり、ノイズ測定には不向きで、かつCISPR規格で求められる測定器仕様を満たせなかったためです。

従来のFFTの制限事項とは？

FFT演算を行う際、時間軸でサンプリングしたデータの一部を離散的に抜き出してスペクトラムに変換していたため、時間軸方向でかなりのデータの抜けが発生します。
CW信号の場合はこれでも実用上問題は少ないのですが、ノイズ測定の場合、時間的に変動するものは、取りこぼしたり、測定レベルの読み値の信頼性が損なわれる問題が生じます。

Time Domain Scan (TDS)

従来のFFTの制限を解決したのが、Time Domain Scan (TDS)と呼ばれる手法です。FFTを利用して時間軸でサンプリングしたデータを周波数スぺクトラムに変換する作業は同じですが、サンプリングデータを時間的にオーバーラップをかけてFFT処理することにより、データの抜けを無くし、測定レベルの確度をはじめ、CISPR規格で求められる測定器の仕様を満たすようになっています。

従来の掃引型にないTDSの特徴は、一定の帯域幅をまとめてスペクトラムに変換するため、QP検波のような時定数が長いものでも、掃引型のように測定ポイントごとに時定数時間処理する必要はなく、ある程度の帯域（30MHz程度）を１測定ポイントの時間とほぼ同じ時間で処理できます。

例：測定範囲　150KHz～30MHz（RBW 9KHz、 dwell time 1秒）の場合

• 掃引型でQP検波測定すると完了まで約4時間弱
• TDSでは同条件で約2秒

これにより、特定の測定条件では、大幅に測定時間を短縮できるようになりました。しかし、次に解説するTDSの制限事項により、多くのケースでユーザーがメリットを享受するにはいたりませんでした。

TDSの制限事項とは？

TDSは、FFT演算を大量に行うため、従来の演算ハードウェアの処理能力の限界により、表現できる周波数スペクトラムの帯域幅が制限されました。一般的にはピーク検波の場合で、40MHz程度、QP検波を行うとさらに演算負荷が重くなるため帯域は30MHz程度まで制限されたりしています。
これにより、伝導帯域の測定では測定時間の大幅な短縮が可能ですが、30MHz～1GHzの放射試験においては、TDSだと数10MHz幅の測定を小刻みに繰り返して測定する結果、全体の測定時間が長くなり、掃引型の測定を置き換えるまでには至っていません。

Accelerated Time Domain Scan（A-TDS）

TDSの登場により、伝導帯域でのQP検波測定など一部のEMI測定試験でメリットが生まれましたが、さらに機能を拡張し、30M～1GHzの放射測定への対応を狙った
のが、A-TDSです。
A-TDSは、高性能なハードウェアエンジンにより、ピーク、QP、EMIアベレージの３検波同時で、TDSの帯域幅を従来の10倍以上の350MHzまで拡張し、
この周波数帯域内の全周波数について、最小Dwell time 50msecで一切の取りこぼしなく、連続的に測定をすることを可能にしたものでした。
この連続的にギャップレスで測定する機能をReal Time Scan (RTSC)と呼んでいます。
この度、このRTSCはさらに機能向上が図られ、TDSの帯域幅が従来の350MHzに加え、さらに1GHz まで拡張され、３検波同時測定、最小Dwell time 50msecは
そのままで、1GHzの広い周波数帯域の全周波数において、一切の取りこぼしなく、連続的に測定することが可能になりました。
さらに、1GHzのTDSの帯域幅は、3.2GHzまで設定することが可能です。
1GHzの広帯域化により、自動車などQP検波で1GHzまで測定される場合の測定時間の大幅な短縮はもちろんですが、Real time scanを使うと、30MHz～1GHzの
一般的なEMI測定全般に大きなメリットが生まれます。

自動車の例：

測定範囲　30MHz～1GHz（Dwell time 1秒、ピーク/QP/EMIアベレージ3検波)の場合

従来のTDS測定（30MHz FFT帯域幅、RBW 120KHz）　約80秒
従来のA-TDS測定（350MHz FFT帯域幅、RBW 120KHz）　約5.8秒
新A-TDS（1GHｚ FFT帯域幅、RBW 9kHzおよび120KHz）　約2秒

Real time scan (RTSC)が実現する新たなEMI測定

RTSCは、TDSをベースに1GHz帯域内の信号・ノイズに対し、連続的、ギャップレスの測定を行う事が出来ます。
この時、ピーク、QP、EMIアベレージの３検波のトレースを同時に表示、最小50msecからのDwell timeに対応していますので、検波ごと、いつ、どの動作でノイズが発生したかを把握したり、ノイズの変動など真の立ち振る舞いを観測する事が可能です。
また、RTSCの操作は、スタート周波数とストップ周波数、Dwell timeを設定するだけのシンプルな体系ですので、スペアナやレシーバーの操作経験の少ないユーザでも簡単にすぐ利用出来ます。

Real time scan (RTSC)を利用した新たな放射エミッション試験

RTSCを活用することで、30MHz～1GHzの放射エミッション測定について、冒頭で述べた以下のような問題を解決できます。

RTSCは原理的にノイズの取りこぼしがなく、変動するノイズの変化も見逃しません。これにより従来の掃引型のスペアナやEMIレシーバーのように、測定条件や測定者ごとに値が異なるという問題を排除できます。
また、ベテランの測定者以外、対策が主な用途のR&Dエンジニアでも、簡単な操作でノイズの立ち振る舞いが観測できるので、本来の現象確認や対策に集中できます。

Real time scan (RTSC)を放射コンプライアンス試験に利用する

RTSCのギャップレス測定という特長をプリスキャンに利用する場合、30MHz～1000MHzの測定帯域を1バンドで測定することが可能になります。
ギャップレスであるため、従来の掃引測定に比べて、取りこぼしやバラつきを抑えた、格段に信頼性の高い測定を短時間で実現できます。
プリスキャン結果から、いくつかの代表的なノイズをピックアップした後、フルコンプライアンスのTDSを用いて最終測定を行うことで、
フルコンプライアンス測定結果として利用することが可能です。

後述する東陽テクニカの放射エミッション計測評価ソフトウェア「EPX」シリーズはRTSC機能をフル活用、上記の工夫を盛り込んだ、新世代の自動測定ソフトウェアとなっています。「EPX」シリーズを利用すれば、多くのユーザがベテラン測定者並みの信頼性の高い測定を実現できます。

Accelerated Time Domain Scan (A-TDS) の注意事項

多くのメリットがあるA-TDSですが、測定帯域幅を1GHzに広げたことのトレードオフが存在します。CISPR規格で規定される測定器仕様のうち、以下の点において
適合できません。

・極めて狭いパルス幅のインパルスで、繰り返し周波数10Hz未満のものは、CISPR16-1-1の測定確度を超える可能性がある。

ただし、当社製ソフトウエア「EPX」を使用すれば、そのようなインパルスの存在を自動で見分けることができ、存在していないことが確認できれば、
フルコンプライアンス結果として使用することができます。

A-TDSの最大1GHz帯域のRTSCを利用すれば、ギャップレスでノイズの真の振る舞いを把握することにより、ノイズ源の特定はもとより、従来の掃引測定や、
狭帯域のTDSに比較し、ユーザの経験や知識に関係なく、格段に測定値のバラつきを低減できます。
これにより、再測定やリワークなど、無駄な作業を回避できます。