电信端传导共模骚扰测试


电信端传导共模骚扰测试问答
 
1、电信端口为什么只限制传导共模骚扰
 答:电缆与电信端口的不匹配或不平衡(对线对地阻抗的不完全相同)会导致信号端口、电缆或者网络上的差模信号部分地转换成共模骚扰,因为共模骚扰是天线模式骚扰,它在环境中是一个辐射骚扰源,会干扰各种无线电信号的接收。“要使这种干扰达到最小,必须对共模骚扰加以限制,对于平衡信号端口或者传输媒质(例如:双绞线),不管是否进行了整体屏蔽,都必须控制和限制在该端口或者在媒质上所产生的共模骚扰,当使用屏蔽媒质时,屏蔽体本身、屏蔽连接器的缺陷,不仅可能导致严重的电的不连续性,还将导致屏蔽体内的部分共模骚扰泄漏到屏蔽体外”,所以标准规定了电信端传导共模骚扰的限值。
 虽然GB9254-2008没有规定电信端的差模信号电流和电压的限值,但“有用差模信号的绝对电平对产生的共模骚扰电平大小的影响是显而易见的。当不考虑非线性因素时,因电信端口或者物理媒质电气不平衡导致有用差模信号转换成共模骚扰的骚扰电平大小将和有用差模信号的电平成正比”;“当电信端口上的有用差模信号不产生不可接受的共模干扰时,该信号电平的最大值依赖于并且受限于电信端口、电缆或者与其相接的网络的电平衡度或者纵向转换损耗(LCL)”;所以,电信端差模信号电平的最大值实际上是受限的。
 
 2、电源端与电信端传导共模骚扰来源一样吗?电信端口传导共模骚扰主要有哪些影响因素?
 答: 电源端与电信端传导共模骚扰都在150kHz~30MHz频段内管制,对应设备分类都分A级和B级限值,但电信端传导共模骚扰限值比电源端宽松很多(如电信端对应平均值限值至少高14dB),共模骚扰来源也不一样。
 电源端传导共模骚扰主要来源于电源电路和其它部分骚扰的耦合。例如开关电源本身是一个很强的电磁骚扰源:①高频通断的开关器件和输出整流二极管,工作时dv/dt、di/dt较大—产生骚扰;②作为开关管负载的变压器初级线圈产生的涌流,由于漏磁通,部分能量会在初级回路产生尖峰衰减振荡,叠加在关断电压上、传导到电源端;③其它部位(如有)高频工作时钟及其谐波等内部源也可能耦合到电源端。
 电信端传导共模骚扰主要来源:①相应电信电路;但没有传输数据时,作为小信号处理的电信电路板和以太网卡,本身产生的共模骚扰一般不会超过限值,相反会有一定裕量;②电源部分,有可能影响到电信端口传导共模骚扰不合格;③时钟信号、时钟谐波等内部源的耦合;④差模信号的纵向转换—可以说这是电信端传导共模骚扰最重要的来源。
 信号端口或者传输媒质不平衡会导致传输的差模信号部分地转换成共模骚扰。标准附录E提示的电信端口传导共模骚扰主要有如下影响因素:
     有用的横向或者差模信号的电平;
    有用的差模信号的线路编码的频率特性;
    有用差模信号的通信协议;
    现场传输有用信号使用的铜媒质的电平衡度和LCL;
    与媒质相连的媒质连接单元通信信号端口的电平衡度和LCL;
    传输有用差模信号的物理媒质的预期差模阻抗和共模阻抗;
    媒质连接单元通信信号端口的差模阻抗和共模阻抗;
    如果使用屏蔽媒质,连接器和屏蔽体预期的屏蔽效能。
通信协议的选择对差模信号的频谱特性有显著的影响。在电信网络的各种工作状态(高流量周期、低流量周期、空闲状态)中,起始定界符和结束定界符的格式、帧和同步比特格式、令牌的位格式、接入控制协议的格式是影响差分信号功率有多少集中在窄带上的主要因素。如果要把由网络上的差模信号所产生的共模骚扰电平抑制到最小,就应避免在网络上形成长期存在且非常具有周期性的波形。
 
3、GB9254-2008表2和表3规定了电信端口的传导共模骚扰限值,有电压和电流两种。测试时EUT满足其中一种,是否就能判断该项测试合格?
 答: GB9254-2008规定非常明确,“对于电信端口,应满足表3或表4中电压限值或电流限值的要求,但按C.1.3所述方法进行测量时,应同时满足电压限值和电流限值的要求。如果使用带有准峰值检波器接收机测得的数据已能满足平均值限值的要求,则应认为EUT同时满足了上述两种限值的要求,不必再用带平均值检波器的接收机来进行测量。
 
 4、ISN有什么作用?为什么目前还不可能规定一种通用的ISN?
 答:ISN是阻抗稳定网络的英文简写,电信端口的传导共模骚扰测试时,应把电信端与ISN连接起来,将其插在EUT与辅助设备之间,ISN应不影响EUT正常工作。
 ISN的三个基本作用为:①提供从电信端向ISN看过去的规定的稳定共模阻抗;②隔离辅助设备对测试的影响;③(通过专配接口内置的网络参数)提供从差模信号到共模信号转换所需要的纵向转换损耗(LCL)。同时要求其电压分压系数的准确率在±1dB以内。
 ISN的构造取决于受试电信端口的配置,即取决于EUT正常工作要求的传输媒介类型和其电气特性(实际由设备目标用途、制造商的设计方案确定)。有的电信端口要求连接屏蔽电缆-屏蔽电缆的芯线数目可能不同,有的要求连接非屏蔽平衡对线-如非屏蔽平衡双绞线,它的对线组数可能不同;同类型电缆又分为电气特性不同的各种规格;这些都决定了不可能规定一种通用的ISN。
 
 5、可否采用四线的ISN用作两线的测试、八线的ISN用作两线或者四线的测试?
 答: 标准规定:在非屏蔽单一平衡对线上进行骚扰电压测量时,应使用一个合适的供两线用的ISN;当对含有2组平衡对线的非屏蔽电缆进行测量时,应使用一个合适的供4线使用的ISN;当对含有4组平衡对线的非屏蔽电缆进行测量时,应使用一个合适的供8线使用的ISN(在标准的资料性附录D中,图D1~D7为非屏蔽平衡对线的ISN原理图示例,图D8~D11为用于同轴电缆的ISN原理图示例)。
 如果ISN的说明书中有相应说明且每对端子校准合格(calibrated including any and all adapters required to connect to the EUT and AE,校准时包含所有需要的连接样品和辅助设备的适配器),图D.2 用于1组或2组非屏蔽平衡对线且具有高纵向转换损耗LCL的ISN,可以用作单一非屏蔽平衡对线的测试;图D.3 用于1组、2组、3组或4组非屏蔽平衡对线且具有高纵向转换损耗LCL的ISN, 可以用作非屏蔽平衡对线两线或者四线的测试;标准未允许其它类型ISN的类似使用。
 目前,主流设备供应商的供货配置为:二线、四线、八线的ISN各一个,分别配三个LCL值不同的接口,以适应不同的测试需求。
 建议根据导线对的总体数量进行ISN的选择,如二对平衡线仅采用四线的ISN进行测试,方便与各方沟通、比较。
 
 6、如何看待不同厂家的ISN对测试结果的影响?
 答:同一厂家的ISN设计相同,测试结果差异不大,比对测试的结果得出相同结论。
 由于标准只是规定了ISN原理图示例和一些相关参数,没有规定具体细致的统一方案,还允许使用符合要求的CDN(对于非屏蔽的1对或2对平衡线,应当使用9.6.2规定的ISNs。对于其它类型的电缆(屏蔽的或非屏蔽的),只要有合适的CDNs,并且CDN插入与EUT连接的电缆时EUT仍能正常工作的,可以使用GB/T17626.6-2008中描述的CDN。但应校准CDN,以确保它的LCL性能不超出GB9254-2008标准中的ISNs的规范要求)。
 不同制造厂家的设计会有所不同,使用不同厂家的ISNs/CDNs,测量结果会有所差异。只要使用的设备参数符合标准要求并经过有效校准,就可以认定测试结果的有效性,只是有必要在报告中说明所用到的ISN型号编号、厂家、校准等相关信息。
 
 7、传输的数据格式对测试结果有较大影响,那么传输软件对测试结果的影响如何?这方面有何建议?
 答: 标准规定,在进行电信端口测量时,为了对LAN处于高效使用时的发射进行可靠的测量,只需要使LAN处于正常工作流量的10%以上并至少保持250ms即可。试验的流量内容应包含周期性的信息和伪随机信息,以模拟实际的数据传输类型(例如,随机型:压缩或加密文件;周期型:非压缩型图形文件,内存转储、屏幕刷新和磁盘映像)。如果LAN在空闲状态期间还保持传输,则测量还应在空闲状态下进行。
 本文第二问答提及,传输的数据格式直接影响电信端传导共模骚扰的大小。而传输的数据格式取决于EUT本身(底层的物理层协议),与测试使用的传输软件没关。
 我们搭建了一个小型局域网,配置相同的两台千兆端口计算机和一部100M路由器,采用tfgen和cuteftp软件分别在局域网中传输文件,内容包括压缩加密文件、非压缩性图形文件,结果如下:
 1)不同的传输软件,相同流量下的测试结果相差很小。使用不同的传输软件,几乎不影响测试结果。虽然如此,我们仍然推荐采用被广泛使用的tfgen,以最大限度减少风险,并建议在报告中注明测试中使用的传输软件。
 2)不同的流量,相同的传输软件,有一定影响;如不传输文件和传输文件达10 Mbps时,结果相差相对明显。因此,必须按照标准的要求,测试中传输流量至少为正常工作流量的10%以上;如果LAN在空闲状态期间还保持传输,测试还应在空闲状态下进行。
 
8、电信端口和传输电缆如何分类?针对不同端口和电缆如何安排测试?比如传输速率仅为10/100Mbps,100/1000Mbps或10/100/1000Mbps,每种传输速率都要分别测试吗?
 答:电信端口和传输电缆分类方法有多种角度,这里只从我们关心的角度来看。
 电信端口根据传输速率定义,可分为十兆端口、百兆端口、千兆端口等。
 非屏蔽平衡对线电缆与端口无直接对应关系、不是依据连接的端口来定义,而是按电气性能(含纵向转换损耗(LCL)特性)划分为三类、五类(含超五类)、六类和七类电缆。
 三类双绞线用于10Mbps,除了语音系统仍有使用,目前市场上很少见了。五类双绞线多用在10/100Mbps的以太网(虽然通过特定设备支持1000Mbps速率,由于价格与超五类非常相近,已经淡出市场),超五类和六类双绞线适用于10/100/1000Mbps。六类双绞线价格稍高,但能够很好支持1000Mbps,与超五类布线系统兼容性好,是目前综合布线的首选。七类屏蔽双绞线是一种全新的布线系统,价格昂贵、施工复杂,目前很少采用。
 测试安排方面,标准提示如有合适的ISNs或CDNs,建议采用GB9254-2008附录C.1.1的方法进行测量,测量结果具有最小的测量不确定度。
 欧洲EMC认证机构协会技术指导性说明TGN16和CISPR 32的草案中提到以太网端口需要在端口支持的最大速率的情况下进行测试。
 笔者理解测试原则应为:依据产品说明书明示的端口适用的非屏蔽平衡对线电缆类别和信号传输速率,选择适用的窄带电缆进行较高传输速率的测试。
 因为对于给定的数据传输速率,采用将信号功率分布在一个或一些较窄频带的线路编码的差模信号比采用将信号功率分布在宽频带的线路编码的差模信号更容易产生不可接受的共模骚扰;而且窄带电缆其对应ISN的纵向转换损耗(LCL)也较小。这样就贯彻了测试时“EUT的工作条件由制造商根据EUT的典型应用以及预期产生最大的发射电平来确定”的要求。
 假如说明书明示(如说明书没有相应信息,有必要沟通客户甚至要求补充声明):产品适用超五类和六类双绞线,数据传输速率10/100/1000Mbps可选。实际测试时,应选择对五类(或更好)非屏蔽平衡对线电缆所连接端口进行测量的ISN(下简称五类ISN,类同),进行传输速率1000Mbps的测试;不需要选择五类ISN,分别进行传输速率10/100/1000Mbps的测试;也不需要选择六类ISN,分别进行各种传输速率的测试。
假如说明书明示:产品数据传输速率10/100/1000Mbps可选, 10/100Mbps用途时选用五类双绞线,1000Mbps用途时须选用六类双绞线。则应选择五类ISN,进行传输速率100Mbps的测试,再选择六类ISN,进行传输速率1000Mbps的测试,两次都符合限值要求该项测试才算合格。当然,如果选择五类ISN,直接进行传输速率1000Mbps的测试,如能符合限值要求,则可以判定该项测试合格;如果不符合限值要求,就需要按前述进行两次测试。
 假如说明书明示:适用超五类和六类双绞线,传输速率仅为1000Mbps。只需要选择五类ISN,进行传输速率1000Mbps的测试即可。
 建议在检验报告中,说明测试安排的理由和测试结果算法(例如:说明测量共模骚扰电压时需要加上ISN的分压系数9.5 dB再与限值比较等)。
 
 9、如果辅助设备没能满足传输速率的要求,如何开展测试?
 答: 辅助设备不满足传输速率的要求,无法进行合格评估测试;符合标准要求的测试,结果才有效才可比。如果辅助设备不满足传输速率要求,即使借助于对不同传输速率下的比对结果(比对总有局限性,也难以得到普遍性的结论),开展不满足传输速率要求的测试,始终存在结果可信性和科学性的质疑。
 为了满足标准规定的对于各类端口的测试要求,实验室提供的辅助设备以及连接电缆(主要指ISN)均要满足百兆、千兆的传输要求,也可以采用客户提供的千兆网络交换机。
 
 10、辅助设备(AE)对测试结果有何影响?
 答:无论电信端传导测试还是辐射骚扰场强测试,尤其后者,相同的样品配置和测量设备下,使用同一传输软件配合不同的辅助设备(AE)进行测试,结果可能会有较大的差异,甚至使用不同的网线都可能有一定的差别。
 标准推荐的ISN隔离度:在150kHz~1.5MHz频段内,隔离度>35~55dB;在1.5~30MHz频段内,隔离度>55dB;不能完全隔离较差的辅助设备的影响,所以要尽量选择电信端骚扰较小的辅助设备,并且在报告中注明所使用的辅助设备的型号、制造商等相关信息。
 实验中以(通过专配接口内置的网络参数)提供的纵向转换损耗(LCL)综合考量了实际电缆(电气特性)连接的影响,所以,实验室在测试连接电缆方面,只要准备一些满足各种传输速率要求(即带宽要求)的质量较好的短电缆,把连接头做精细,特别保证非屏蔽平衡对线的较好平衡性,尽量减小其它方面对于测试的影响。
 
11.电源模块对电信端口传导共模骚扰测试结果有影响吗?
 答: 没有任何数据传输时,作为小信号处理的电信电路板和以太网卡,本身不会产生超过限值的共模骚扰,但电源部分很可能影响到电信端口传导共模骚扰不合格。今年上半年国家质检总局抽查发现,因为电源适配器问题,影响到某些品牌的笔记本产品的电信端口传导共模骚扰不符合GB9254-2008标准的要求。
 有些实验室在测试电信端口传导共模骚扰时也发现,不少样品在150kHz~30MHz的低频段几乎不受数据传输格式和速率的影响,无论以何种速率传输数据,或者根本没有数据传输,该频段的波形都存在,对电源适配器进行整改后该频段骚扰明显降低。说明电源部分或电源模块对电信端口的传导骚扰在150kHz~30MHz的低频段确实影响较大。不过这是产品本身的特性,与测试安排和测试过程无关。
 在测试不配带电源适配器的电话机,往往150kHz~30MHz的低频段骚扰比较高,说明电信端传导共模骚扰如何也和通信传输信号的频段在哪些区域有关。

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