CN101843001A

CN101843001A - 测试设备以及用于确定电气电信的共模信号的方法

Info

Publication number: CN101843001A
Application number: CN200880114101A
Authority: CN
Inventors: A·施瓦格; W·巴施林
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2007-10-30
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2028-07-30
Also published as: US20100308851A1; CN101843001B; EP2056487B1; US8581607B2; EP2056487A1; WO2009056181A1

Abstract

测试设备以及用于确定电气电信的共模信号的方法。测试设备包括：第一端子，该第一端子被配置成连接到被测装置；共模检测器，该共模检测器被配置成对从所述被测装置发出的信号的共模部分进行检测；以及第一阻抗单元，该第一阻抗单元串联连接在所述第一端子与所述共模检测器之间；其中所述第一阻抗单元被配置成将所述测试设备的纵向转换损耗调节到预定值。还提供了相应的用于确定电气电信的共模信号的方法。

Description

测试设备以及用于确定电气电信的共模信号的方法

技术领域

本发明的实施例涉及测试设备。本发明的进一步实施例涉及用于确定电气电信的共模信号的方法。

背景技术

通过对被测设备(DUT)所产生的或者从阻抗稳定网络(ISN)所转换的共模(CM)电流或电压进行检查来执行对用于将数据传输到有线网络端口(WNP)的设备的认证。在例如CISPR(国际无线电干扰特别委员会)16-1和CISPR 22(用于信息技术设备)这样的用于对电气设备的认证进行处理的标准中，建立对被测设备(还被称为“被测装置(EUT)”)的无线电干扰级别的统一要求以固定干扰限值、对测量方法进行描述并且使操作条件和结果解释标准化。

应利用通过电缆而连接到ISN的电信端口来执行对用于附连非屏蔽平衡对的电信端口处的电流模式(还被称为“不对称模式”或“纵模”)电流或电压干扰的评估；因此I SN将定义在干扰测量期间电信端口所见的共模终端阻抗。ISN允许EUT的正常操作，并且为此ISN被插入到EUT与要使EUT作业所需的任何辅助/相关装置(AE)或负载之间的信号电缆中。

对于电力线通信(PLC)调制解调器而言直到现在还没有实现相应标准。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善的测试设备以及用于对例如电气设备这样的被测装置的共模信号进行测量的方法。

该目的分别是通过根据权利要求1和18的测试设备和方法来解决的。

在从属权利要求中定义了进一步实施例。

从对附图以及随后描述的考虑可显而易见地得知本发明的进一步细节。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例的测试设备的电路图；

图2a示出了根据本发明的进一步实施例的测试设备的电路图；

图2b示出了根据本发明的进一步实施例的测试设备连同被测装置的电路图；

图3示出了根据比较示例的测试设备的电路图；

图4示出了根据比较示例的测试设备连同被测装置的电路图；

图5示出了测试设备的进一步实施例的电路图；

图6示出了仍是测试设备的进一步实施例的电路图；

图7示出了测试设备的进一步实施例的电路图；

图8示出了测试设备的进一步实施例的电路图；

图9示出了测试设备的进一步实施例的电路图；

图10示出了测试设备的进一步实施例的电路图；

图11示出了测试设备的进一步实施例的电路图；

图12示出了测试设备的进一步实施例的电路图；

图13示出了测试设备的进一步实施例的电路图；

图14示出了用于对电气设备的共模信号进行测量的示意性步骤。

具体实施方式

在下文中，对本发明的实施例进行描述。重要的是应注意可按照任何方式对下文中的所有描述的实施例进行组合，即不存在某些描述的实施例不能与其它实施例相结合这样的限制。

在图1中对测试设备100的原理电路图进行描述。测试设备100包括第一端子102，该第一端子102被配置成连接到例如电信调制解调器或电力线传输调制解调器(PLT调制解调器)这样的被测装置(EUT)。被测装置还可被称为被测设备(DUT)。

这种被测设备还可被称为阻抗稳定网络(ISN)或者不对称人工网络(AAN)。

测试设备100包括连接到第一端子102的共模检测器110。共模检测器110对通过所述第一端子102所输入的信号的共模部分进行检测。

因为由于固有的不对称性而使测试设备100总是将其输入端上的差模信号的一些功率转换成共模信号(纵向转换损耗：LCL)，因此阻抗稳定网络包括第一阻抗单元130，该第一阻抗单元130被配置成将纵向转换损耗调节为预定值。第一阻抗单元可以是例如作为电阻器或作为包括多个部件的非平衡网络实现的。

第一阻抗单元130串联连接在第一端子102与共模检测器110之间。

在图2a中对测试设备200的进一步实施例进行描述。在该实施例内共模检测器110包括具有中心抽头端子212的变压器210。共模检测器通过第一线213与第一端子102相连并且通过第二线214与第二端子204相连。第一阻抗单元130串联连接在所述第一端子102与共模检测器110之间。共模检测器110进一步包括差模终端阻抗220。

该测试设备200进一步包括连接在共模检测器110的输出220与地之间的共模终端阻抗222。共模终端阻抗222用于确保共模信号的预定终端阻抗。

图2的电路的设计方程式是：

Z₁＝a*Z_T

Z₂＝Z_T*(1-a)

Z₃＝Z_L-a*Z₂/4

Z_T＝Z₁+Z₂

1/a＝1+Z₂/Z₁

Z_L＝Z₃+a*Z₂/4

LCL＝20log[2/a*(Z_LCL/4+Z_L)*(Y_LCL+Y_T)+a/2]

≈20log[2/a*(Z_LCL/4+Z_L)*(Y_LCL+Y_T)]

其中a：不对称系数，Z_L：纵模的阻抗，Z_T：横模的阻抗，LCL：纵向转换损耗，Z_LCL：从被测装置所见的阻抗，Z₁：第一阻抗单元130的阻抗，Z₂：差模终端阻抗220的阻抗，Z₃：共模终端阻抗222的阻抗。Y_LCL：从被测装置所见的导纳(admittance)，Y_T：横模的导纳。导纳是阻抗的倒数。

可利用环绕左侧(EUT侧)的两个导体的电流钳来对根据CISPR 22的共模电流I_c进行测量。

在图2b中对连接到调制解调器250的测试设备200的电路图进行描述。调制解调器250的等效电路包括电流发生器G和发生器阻抗Z_G。

跨Z₃的电压满足条件V_RX＝k*Z_L*I_c。在适当地选择分压系数k的情况下，不存在与利用根据CISPR 22测试配置的电流钳的共模电流测量不一致。在图2b中没有发生电流分裂(splitting)。共模电流I_c取决于阻抗稳定网络的纵向转换损耗LCL、被测装置EUT的不对称性、并且如果有的话还取决于被测装置的共模阻抗Z_E。

在图3中对根据比较示例的测试设备300的原理电路图进行描述。测试设备300包括作为分流器连接在地与进一步变压器304的端子之间的进一步阻抗单元302。共模终端阻抗306连接在变压器304的中心抽头端子与地之间。变压器304连接在第一线310与第二线312之间。差模终端阻抗308与变压器304并联。

图3的电路的设计方程式是：

Y₁＝a*Y_L

Y₂＝Y₁*(1-a)

Y₃＝Y_T-a*Y₂/4

Y_L＝Y₁+Y₂

1/a＝1+Y₂/Y₁

Y_T＝Y₃+a*Y₂/4

LCL＝20log[2/a*(Z_LCL/4+Z_L)*(Y_LCL+Y_T)+a/2]

≈20log[2/a*(Z_LCL/4+Z_L)*(Y_LCL+Y_T)]，

其中a：不对称系数，Y_L：纵模的导纳，Y_T：横模的导纳，LCL：纵向转换损耗，Y_LCL：从被测装置所见的导纳，Y₁：进一步阻抗302的阻抗，Y₃：差模终端阻抗308的导纳，Z₂：共模终端阻抗306的导纳。Z_LCL：从被测装置所见的阻抗。导纳是阻抗的倒数。

可利用环绕图3左侧的两个线310，312的电流钳来对根据CISPR22的共模电流I_c进行测量，图3的左侧即就是被测装置的一侧。跨具有导纳Y₂的电阻器306所测量的电压V₂既不等于电压V_C＝I_C*Z_L，又不与其成比例。因此，对照CISPR 22的表格3和4中的极限值来检查电压V₂与利用根据CISPR 22测试配置的电流钳的共模电流测量不一致。

当将用于传输数据的设备400(例如电力线通信或者电力线传输调制解调器)连接到根据图3的原理电路图的测试设备300时，在图4中示出了比较示例的电流。具有导纳Y₁的电阻器302是不对称性的源。其电流I₁被分成共模电流I_C以及流过具有导纳Y₂的电阻器306的电流。仅在阻抗Z_E等于1/Y₂(例如25Ω)的情况下，这两个电流(即共模电流和流过具有导纳Y₂的电阻器的电流)相同。

在图5中对测试设备500的进一步实施例进行描述。该测试设备500的共模检测器502包括连接在第一线212与中心抽头的变压器210之间的第一耦合电容器508以及连接在第二线214与变压器210的另一端子之间的第二耦合电容器510。干线分流扼流圈514与第一阻抗单元130并联。测量端口516被连接到变压器210的中心抽头端子以便对测量电阻器518Rx上的共模电压进行测量。

测试设备500包括干线网络连接端口520以便提供被测装置EUT通过测试设备500与例如通信方这样的辅助装置的连接。因此，可在被测装置EUT的操作期间对共模信号进行检测。网络连接端口520通过共模扼流圈522以及阻抗匹配单元524与共模检测器502相连。共模扼流圈522具有用于共模的高阻抗以及用于差模的低阻抗。阻抗匹配单元524使测试设备的输出阻抗匹配为100Ω。在第一阻抗单元130等于12.6Ω的情况下阻抗匹配单元524具有87Ω的值以便为差模提供100Ω的最终输出阻抗。

为了干线耦合、隔离辅助装置或者阻抗稳定性的目的，耦合系统530可选择性地耦合在网络连接端口520与辅助装置AE之间。

在此测试设备500或阻抗稳定网络用于对PLT调制解调器的认证的情况下，通过ISN将干线电压提供给EUT。如果使用，应在ISN的0.1m距离之内将电流探针安装在电缆上。电流探针的插入阻抗必须为最大1Ω。

ISN(校准的包括要与EUT、耦合系统以及AE相连所需的任何及所有适配器)在1.605MHz至30MHz的频率范围中具有下列性质：

a)共模终端阻抗应为25Ω±3Ω，相角0°±25°，

b)差模终端阻抗应为100Ω±10Ω，相角0°±25°，

c)ISN的差模传输损耗(不包括耦合系统)应为A_DISN＝20log(E0/(2*V_DISN))≤3db，

d)ISN的共模传输损耗应使得AE、干线和耦合系统的共模阻抗、ISN的共模阻抗中的无论哪一个都保持在pt.a)所定义的容限之内，

e)ISN输入(EUT侧)的纵向转换损耗(LCL)应为24dB±1dB，

f)由于存在ISN而所引起的期望的信号频带中的信号质量的衰减失真或其它劣化将不会影响EUT的正常操作，

g)如果ISN上的电压端口是可用的，那么分压因数的精确度应在标称值(对于LCL＝24dB而言是-1dB)的±1.0dB之内。分压因数在跨通过ISN而呈现给EUT的共模阻抗出现的电压与跨附连到I SN的测量端口的接收器输入出现的最终电压之间是有区别的，用dB表示。

测试设备500的电气元件的值可以如下：耦合电容器508、510的电容C可以是0.22μF，共模扼流圈522的电感L_CM可以是100μH，干线分流扼流圈514的电感L_S可以是22μH，变压器210的电感T可以是330μH，对于共模阻抗Z_CM＝25Ω并且L_CL＝24dB而言第一阻抗单元Z₁可以是12.6Ω。

在图6中对与非屏蔽单个平衡对一起使用的测试设备600进行描述。在第一端子102和第二端子204，非屏蔽单个平衡对可以相连。共模检测器610包括连接到第一线212的第一耦合电容器508以及第二耦合电容器510。共模扼流圈524连接在网络连接端口520与共模检测器610之间。

可以如下选择测试设备600内的电气元件的值：耦合电容器的电容C可以是4.7μF，电阻R可以是200Ω，共模扼流圈的电感L₁可以是2x38mH，差模扼流圈或变压器的电感L₂可以是2x38mH。

在图7中对与一个或两个非屏蔽平衡对一起使用的具有高纵向转换损耗(LCL)的测试设备700进行描述，该测试设备700包括共模检测器710。提供了被配置成与第二个非屏蔽平衡对相连的第三端子720和第四端子722。测试设备700能够同样用于对单个非屏蔽平衡对或两个非屏蔽平衡对上的共模干扰进行测量。第一至第四端子102，204，720，722分别连接到第一共模扼流圈730的不同端子。第一共模扼流圈730还被连接到测量端口740。变压器210被连接到第一线212和第二线214，并且进一步的变压器760被连接到第三线721和第三线723。第二阻抗单元750串联连接在第三端子720与共模检测器710之间。第二阻抗单元750以及第一阻抗单元130用于将测试设备700的纵向转换损失调节到预定值。第二阻抗单元可以是作为例如电阻器或者作为包括多个部件的非平衡网络而实现的。

第二共模扼流圈732被连接到第一共模扼流圈730的输出端子以防止将任何共模信号传递到辅助装置AE。

测试设备700的电气元件的值可以如下：第一和第二耦合电容器的电容C可以是82nF，变压器210的电感L3和第二变压器760的电感L4可以是2x3.1mH，以便这些变压器210，760提供了跨每对的横向电感4×3.1mH＝12.4mH。电阻Rd可以是390Ω。

在图8中对具有共模检测器810的具有高纵向转换损耗(LCL)的测试设备800进行描述，该测试设备800可以与一个、两个、三个或四个非屏蔽平衡对一起使用。为此提供了第五、第六、第七、以及第八端子811、812、813、814。为了对测试设备800的纵向转换损耗进行调节，提供了第一阻抗单元130、第二阻抗单元750、第三阻抗单元820以及第四阻抗单元830。共模检测器810与图7的共模检测器710相对应，其具有相应的进一步变压器和线。也可类似地选择电气元件的值，例如耦合电容器的电容C是可以82nF，电阻Rd可以是390Ω，第一变压器210、第二变压器760、第三变压器850、第四变压器860的电感可以是2×3.1mH。第三和第四阻抗单元可以是例如作为电阻器或者作为包括多个部件的非平衡网络实现的。

在图9中对具有共模检测器910的测试设备900的进一步实施例进行描述。该测试设备900包括在电压测量端口处的50Ω源匹配网络以与两个非屏蔽平衡对一起使用。电气元件的值可以为电容Ca等于33nF、电阻Ra等于576Ω、电阻Rb等于6Ω、电阻Rc等于44Ω、电感L1等于4×7mH。

在图10中对与两个未屏蔽平衡对一起使用的具有共模检测器1010的测试设备1000的进一步实施例进行描述。

可将测试设备1000的电气元件的值选择为电容Ca等于33nF、电阻Ra等于400Ω、电感L1等于4×7mH。

在图11中，对具有共模检测器1110的测试设备1100的进一步实施例进行描述，该测试设备1100包括在电压测量端口处的50Ω源匹配网络以与四个非屏蔽平衡对一起使用。可将电气元件的值选择为电容Ca等于33nF、电阻Ra等于1152Ω、电阻Rb等于6Ω、电阻Rc等于44Ω、电感L1等于8×7mH。

在图12中对与四个非屏蔽平衡对一起使用的具有共模检测器1210的测试设备1200的进一步实施例进行描述。可将电气元件的值选择为电容Ca等于33nF、电阻Ra等于800Ω、电感L1等于8×7mH。

在图13中对具有共模检测器1310的测试设备1300的进一步实施例进行描述。该测试设备1300可用于对作为被测装置EUT的电力线传输调制解调器的共模进行检测，该测试设备1300使用三线，即相线、中线、以及保护接地线PE以用于与辅助装置AE例如使用三线的另一PLT调制解调器进行通信。当使用三线，即中线、相线、以及保护接地线时，MIMO(多输入-多输出)方案可以被实施，在这三个可用线之间的多种组合上发送和接收信号。另外通过对共模的信号进行评估使用于接收信号的进一步通信信道是可用的。

在测试设备1300之内提供了被配置成被连接到所述被测装置的第三端子720，所述第三端子被连接到共模检测器1310。该共模检测器包括第一、第二、以及第三变压器1320、1330、1340，其中所述第一变压器1320与第一端子102和第二端子204相连，第二变压器1330与第二端子204和第三端子720相连，并且第三变压器1340与第一端子102和第三端子720相连。

此外，测试设备1300包括测量端口1360，其中所述共模检测器1310进一步包括连接在所述第一变压器1320的中心抽头端子与所述测量端口1360之间的第一共模终端阻抗1362、连接在所述第二变压器1330的中心抽头端子与所述测量端口1360之间的第二共模终端阻抗1364、以及连接在所述第三变压器1340的中心抽头端子与所述测量端口1360之间的第三共模终端阻抗1366。第一、第二、以及第三共模终端阻抗1362、1364、1366形成了求和网络，该求和网络用于对由于第一、第二、以及第三端子102、204、720所引起的三线系统的共模信号进行求和并且通过测量端口1360将该和传送到例如频谱分析仪(SA)1390这样的可连接测量装置。

进一步说，第一、第二、以及第三变压器通过其各自的次级侧与用于外部人工线的BNC插座相连。为了对该到辅助装置AE的信号的衰减进行调节，提供了可插入的衰减单元1370。衰减单元1370的值可以被容易地改变。

扼流圈1380是作为低通滤波器提供的以便仅将具有低频的信号从干线端口传送到被测装置EUT以及辅助装置AE。

在图14中描述了执行用于确定被测装置的共模信号的方法的方法步骤。

在步骤S1400中通过改变串联设置在被测装置与共模检测器之间的第一阻抗单元的值来对纵向转换损耗进行调节。

在步骤S1410中对流过将被测装置的输出与共模检测器相连的第一线和第二线的共模电流进行测量。

在步骤S1420中测量连接在共模输出端与地之间的测量电阻处的压降。

利用所提议的方法，可更精确地对共模信号进行测量，因为用于对纵向转换损耗进行调节的第一阻抗单元串联设置。因此测量电阻上的压降直接与共模电流有关。

可利用环绕第一线和第二线的电流钳来对共模电流进行测量。

Claims

1.一种测试设备包括：

第一端子，该第一端子被配置成连接到被测装置；

共模检测器，该共模检测器被配置成对从所述被测装置发出的信号的共模部分进行检测；以及

第一阻抗单元，该第一阻抗单元串联连接在所述第一端子与所述共模检测器之间；其中所述第一阻抗单元被配置成将所述测试设备的纵向转换损耗调节到预定值。

2.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述共模检测器包括共模输出端，所述测试设备进一步包括：

共模终端阻抗，该共模终端阻抗连接在所述共模输出端与地之间。

3.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述共模分离单元包括变压器，其中所述共模输出端是所述变压器的中心抽头端子。

4.根据权利要求1所述的测试设备，进一步包括：

第二端子，该第二端子被配置成连接到所述被测装置并且连接到所述共模检测器；以及

差模终端阻抗，该差模终端阻抗与所述共模检测器并联。

5.根据权利要求1至3所述的测试设备，进一步包括：

与所述第一阻抗单元并联的干线分流扼流圈。

6.根据权利要求1至5中的任何一个所述的测试设备，其中所述共模终端阻抗等于25Ω。

7.根据权利要求4至6中的任何一个所述的测试设备，进一步包括：

第一耦合电容器，该第一耦合电容器连接在所述第一阻抗单元与所述变压器之间；以及

第二耦合电容器，该第二耦合电容器连接在所述第二端子与所述变压器之间。

8.根据权利要求1至7中的任何一个所述的测试设备，进一步包括：

测量端口，该测量端口被连接到所述中心抽头端子。

9.根据权利要求1至8中的任何一个所述的测试设备，进一步包括：

网络连接端口，该网络连接端口被配置成连接到辅助装置；

去耦扼流圈，该去耦扼流圈与所述共模检测器和所述网络连接端口之间的所述共模检测器并联。

10.根据权利要求8所述的测试设备，进一步包括：

第三端子和第四端子；

第二变压器，该第二变压器与所述第三端子和所述第四端子相连；

第二阻抗单元，该第二阻抗单元串联连接在所述第三端子与所述变压器之间；其中所述第二阻抗单元被配置成将所述测试设备的纵向转换损耗调节为预定值。

11.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述共模检测器包括50Q源匹配网络。

12.根据权利要求1所述的测试设备，进一步包括：

附加端子，该附加端子被配置成连接到所述被测装置，其中被配置成连接到所述被测装置的端子数目是奇数。

13.根据权利要求12所述的测试设备，其中所述附加端子是作为第二端子和第三端子实现的。

14.根据权利要求13所述的测试设备，其中

所述第三端子被连接到所述共模检测器并且所述共模检测器包括第一、第二以及第三变压器，其中所述第一变压器与第一端子和第二端子相连，所述第二变压器与所述第二端子和所述第三端子相连，并且所述第三变压器与所述第一端子和所述第三端子相连。

15.根据权利要求14所述的测试设备，进一步包括：

测量端口；其中所述共模检测器进一步包括连接在所述第一变压器的中心抽头端子与所述测量端口之间的第一共模终端阻抗、连接在所述第二变压器的中心抽头端子与所述测量端口之间的第二共模终端阻抗、以及连接在所述第三变压器的中心抽头端子与所述测量端口之间的第三共模终端阻抗。

16.根据权利要求11至15所述的测试设备，其中所述共模检测器进一步包括被配置成连接到辅助装置的网络端口。

17.根据权利要求15所述的测试设备，进一步包括：

衰减单元，该衰减单元连接在所述第一、所述第二、以及所述第三变压器与所述网络端口之间。

18.一种用于确定被测装置的共模信号的方法包括：

通过改变串联设置在所述被测装置与共模检测器之间的第一阻抗单元的值来对纵向转换损耗进行调节；

对流过用于将所述被测装置的输出与所述共模检测器相连的第一线和第二线的共模电流进行测量；以及

对连接在共模输出端与地之间的测量电阻器处的压降进行测量。

19.根据权利要求18所述的方法，其中利用环绕所述第一线和所述第二线的电流钳来对流过所述第一线和所述第二线的所述电流进行测量。