數字PCB電流傳導干擾信號檢測的一種算法

劉陽

（湖南高速鐵路職業技術學院鐵道電信學院， 湖南 衡陽 421002）

0 前言

數字電子系統中，元器件的安裝在印刷電路板上的密度越來越高，高速邏輯部件尤為多見。數字設備向外界輻射電磁干擾信號的主要噪聲源[1，2]是印制電路板上的信號布線，

同時，它也很容易受外界干擾。其電流會隨著邏輯開關的狀態變化產生較大變化，同時有較多的高頻諧波分量。這些高頻諧波產生的干擾信號會干擾設備，進而造成電磁污染。故在數字電子系統設計和數字電子產品定型測試中，要對數字設備的電磁兼容（EMC）性進行分析。

進行傳導干擾信號測試時，數據采集卡前端（或自帶）的信號調理及其板卡布局、外界環境噪聲等會造成輸出中含有較大的噪聲，消除這些噪聲后才可以得到準確的結果[3]。

本文介紹了網格及網格分形模式，提出了一種用于短時分形維數的模糊行實時檢測的算法。

1 電磁干擾檢測系統

電磁干擾信號的自動檢測系統在數字印制電路板中的具體實現原理如圖 1所示。當測量分析印制電路板傳導干擾時，線性阻抗穩定網絡（LISN）必須在待測設備（ EUT: equipment under test ）與電網交流電源之間。首先，諧波源需要將輸出的電流經過調理電路進行增益、調理、濾波并通過電壓激勵后送入數據采集卡，用來滿足后續設備對輸入端電平的要求，當然，有些情況下數據采集卡會自帶調理電路；而后，核心電路開始工作，對i（或u）處理，將幅值在抽樣時間內依然為連續的模擬信號經過轉換變為數字信號，并將此信號X(n)送入存儲器，當然，這兩步的工作過程中由于內部和外部的原因，信號積累了一定的噪聲。最后，開展基于短時分形維數的模糊控制濾波，消除噪聲N(n)，得到S(n)，對其處理后做測量，并通過外設來輸出結果，用來做分析和處理。

圖1 電磁干擾檢測系統圖

2 網格與網格分形維數計算

2.1 網格與分形維數的算法

網格是一種用于集成或共享地理上分布的各種資源，使之成為有機的整體，共同完成各種所需任務的方式。一般而言用Xj來表示在n維空間nR 上的一個網格，Xj的直徑為網格的尺寸△， Rn=UXj。顯然，在這個集合中，包含多個△或稱近似的△。當然，根據網格形狀不同又可以把它們分為矩形網格、三角形網格和正方形網格等。

網格分形方式的實用性很強，計算機在做圖像的數字化處理時也可以選用網格分形方式來進行，尤其是在復平面的迭代、分形云彩的模擬等方面。它簡單實用的特點被發揮的淋漓盡致。本文以正方形網格為例做分形。現就網格分形方式做簡單分析，處理過程如下文所述。

用盡可能細(小)的△正方形網格將n維空間上的 Rn劃分，將集合X做離散處理，變成數字點集NΔ，即為集合X的點計數。接下來我們做放大處理，把較小的△網格放大，變為以kΔ為寬度的正方形網格，同理用NkΔ代表集合X 的點計數。容易得出，如果k的取值足夠大，是可以達到 NkΔ＞1的條件的。在此條件下，使 Xk=ln k， yk= lnNkΔ，其中 k=1,2,···,K 。不難發現，在極限條件Δ→0時，可得

上式中，C為常數。接下來我們對集合X的網格分形維數dN(X)作簡單數學處理后，可將其表征為：

不難發現，在已經確定當前點間間距△（或稱分辨率）時，l n NkΔ作為lnk的函數，它既是凸函數，還具有單調下降的特性，由此不難得到dN(X)的近似結果為

2.2 短時分形維數及其算法

確定其網絡分形維數時可用一段數字印制電路板傳導干擾信號作為函數圖像。現將其做離散處理，將傳導干擾信號抽樣頻率設為300kHz。為了研究方便毎幀選 128個抽樣點、幀長 16ms，幀頻 62.2。 那么對于第k幀而言，可以用

短時分形維數在各幀幀長趨向于零時可變成分形維數分布。在同等條件下，與采用短時Fourier變換來研究傳導干擾信號不是平穩信號的情況一樣，信號也可以應用短時分形維數來衡量其變化并能更有效的體現信號變化過程中出現的一些特征以提供做具體分析[4]。可見，濾波時是完全可以使用本算法的。

應用本算法（短時分形維數的其中一種算法）進行濾波時，如果需要盡量保持信號的基本特征，需要將短時分形維數變小；如果僅只是為了消除噪聲，可將短時分析維數變大即可，可以根據實際需求作設置。實際設置時，需要注意的是模糊控制參數（用A表示）與短時分形維數(用B表示)基本關系可以表征為A變大則B變小，A變小則B變大。