EMI-vianmääritys, vaihe vaiheelta

Tässä artikkelissa kuvataan vaiheet, joita tavallisesti käytämme neljän EMI: n neljän suurimman ongelman vianmääritykseen, päästöjen, säteilevien päästöjen, säteilyn koskemattomuuden ja sähköstaattisen purkautumisen osalta.

Tässä artikkelissa kuvataan vaiheet, joita tavallisesti käytämme neljän EMI: n neljän suurimman ongelman vianmääritykseen, päästöjen, säteilevien päästöjen, säteilyn koskemattomuuden ja sähköstaattisen purkautumisen osalta. Näistä viimeiset kolme ovat yleisimpiä kysymyksiä, joiden säteilypäästöt ovat tyypillisesti numero yksi epäonnistuminen. Jos tuotteellasi tai järjestelmälläsi (EUT) on riittävä teho ja I / O-portti suodatetaan, päästöt ja muut virransyöttöön liittyvät häiriönsietotestit eivät yleensä ole ongelma.

Käytön helpottamiseksi olemme kehittäneet luettelon suositelluista laitteista, jotka ovat hyödyllisiä EMI: n vianmäärityksessä. Latauslinkki on lueteltu viitteessä 1.


Suoritetut päästöt

Tämä ei yleensä ole ongelma riittävän voimajohdon suodattamisen vuoksi, mutta monet edulliset teholähteet eivät ole hyviä suodatusmahdollisuuksia. Jotkut "no name" -merkit eivät ole lainkaan suodatettuja! Suoritetut päästötestit ovat helppokäyttöisiä, joten tässä mennään.


Aseta taajuuksien analysaattori seuraavasti:
  1. 1. Taajuus 150 kHz - 30 MHz
  2. 2. Resoluutio kaistanleveys = 10 tai 9 kHz
  3. 3. Preamp = Ei käytössä
  4. 4. Säädä viitetaso niin, että korkeimmat harmoniset näytetään ja pystysuuntainen asteikko lukee jopa 10 dB: n välein
  5. 5. Käytä keskimäärin havaitsemista alun perin ja CISPR-havaitseminen millä tahansa huipulla myöhemmin
  6. 6. Sisäinen vaimennus - aluksi 20-30 dB ja säädä paras näyttö ja analysaattorin ylikuormitus.
  7. 7. Aseta pystyyksiköt dBμV: iin
Haluamme myös asettaa vaaka-asteikon lineaarisesta lokiin, joten taajuuksia on helpompi lukea.

Hanki Line Impedance Stabilization Network (LISN) ja aseta se testattavan tuotteen tai järjestelmän ja spektrianalysaattorin väliin. Huomioi alla oleva kytkentäjärjestys!

VAROITUS : On tärkeää, että EUT-laite käynnistetään ennen LISN: n liittämistä analysaattoriin. Tämä johtuu suurista transientteistä, jotka voivat ilmetä käynnistyksen aikana ja voivat mahdollisesti tuhota analysaattorin herkän syöttöasteen. Huomaa, että TekBox LISN: llä on sisäänrakennettu ohimenevä suojaus. Kaikki eivät ... sinua on varoitettu.

Käynnistä EUT ja kytke sitten LISN: n 50 Ohm-lähtöportti analysaattoriin. Huomaa, että harmoniset laitteet ovat tavallisesti hyvin korkeita alemmilla taajuuksilla ja kaventuvat 30 MHz: n suuntaan. Varmista, etteivät nämä ylikenkiot ylittävät analysaattoria. Lisää tarvittaessa lisää sisäistä vaimennusta.

Vertaamalla keskimäärin havaittuja piikkejä sopiviin CISPR-raja-arvoihin voit kertoa, onko EUT läpäissyt tai epäonnistunut ennen virallista vaatimustenmukaisuuden testausta.


Ympäristölähettimet

Yksi ongelma, johon sinun tulee välittömästi, on se, että kun testataan suojatun huoneen tai puolikiinteä kammion ulkopuolella, on ympäristön signaalien määrä FM- ja TV-lähettimistä, matkapuhelimesta ja kaksisuuntaisesta radiosta. Tämä on erityisesti ongelma käytettäessä nykyisiä antureita tai ulkoisia antenneja. Suorita yleensä perusviivakuvaus analysaattorilla käyttäen "Max Hold" -tilaa yhdistetyn ambient-juonen luomiseksi. Sitten aktivoin lisää jälkiä todellisista mittauksista. Esimerkiksi näytöllä on usein kolme kohtaa tai jälkiä; ympäristön perusviiva, "ennen" juoni ja "jälkeen" tontti jossain määrin.

Usein sen on helpompi kapea taajuuskaistaa spektrianalysaattorilla alas nollaan tietyssä harmonikossa, mikä poistaa suurimman osan ympäristön signaaleista. Jos harmoninen on kapeakaistainen jatkuvan aallon (CW), pienennetään resoluution kaistanleveyttä (RBW) voi myös auttaa erottamaan EUT-harmoniset läheisyydestä. Vain varmista, että RBW ei vähennä harmonisen amplitudin määrää.

Toinen varovaisuus on se, että voimakkaat läheiset lähettimet voivat vaikuttaa mitattujen signaalien amplituditarkkuuteen ja luoda sekoitustuot- teita, jotka näyttävät harmonisina, mutta ovat todellakin lähettimen taajuuden ja sekoittimen piirin yhdistelmiä analysaattorissa. Saatat joutua käyttämään ulkoista kaistanpäästösuodatinta halutulla harmonisella taajuudella ulkoisen lähettimen vaikutuksen vähentämiseksi. Vaikka kalliimpi, EMI-vastaanotin, jossa viritetty esivalinta olisi käyttökelpoisempi kuin normaali spektrianalysaattori suurissa RF-ympäristöissä. Keysight Technologies ja Rohde & Schwarz olisivat toimittajia harkitsemaan. Kaikki nämä tekniikat on kuvattu tarkemmin viitteessä 3.

Säteilytetyt päästöt

Tämä on normaalisti suurin riski-testi. Aseta taajuuksien analysaattori seuraavasti:

  1. 1. Taajuus 10-500 MHz
  2. 2. Resoluutio kaistanleveys = 100 tai 120 kHz
  3. 3. Preamp = Päällä (tai käytä ulkoista 20 dB: n esivahvistinta, jos analysaattori puuttuu)
  4. 4. Säädä viitetaso niin, että korkeimmat harmoniset näytetään ja pystysuuntainen asteikko lukee jopa 10 dB: n välein
  5. 5. Käytä positiivista piikin havaitsemista
  6. 6. Aseta sisäinen vaimennus = nolla

Joskus haluan asettaa vertikaaliset yksiköt oletusdBm: stä dBμV: iin, joten näytetyt numerot ovat positiivisia. Tämä on myös sama yksikkö, jota käytetään standardien testausrajoissa. Haluan myös asettaa vaaka-asteikon lineaarisesta lokiin, joten taajuuksia on helpompi lukea.

Suorita alustava skannaus jopa 500 MHz: iin, koska tämä on yleensä huonoin tapaus digitaalisille harmonisille. Haluat myös tallentaa päästöt vähintään 1 GHz: iin (tai korkeammalle), jotta luonnehditte muita hallitsevia päästöjä. Yleisesti ottaen alemman taajuuden yliaaltojen ratkaiseminen vähentää myös korkeampia yliaaltoja.


Lähellä Field Probing

Useimmat lähikentän koettimien sarjat tulevat sekä E-kentällä että H-kentän koettimilla. H-kentän tai E-kentän koettimien määrittäminen riippuu siitä, tulevatko mittausvirtoja eli suuria di / dt - (piirin jälkiä, kaapeleita jne.) Tai suuria jännitteitä - että EMI on dV / dt - ( kytkentäteho jne.). Molemmat ovat hyödyllisiä paikantamisessa vuotavien saumojen tai aukkojen suojaamiseksi suojatuissa koteloissa.

Aloita suuremmalla H-kenttätunnistimella (kuva 1) ja hävitä tuote kotelo, piirilevy (t) ja kiinnitetyt kaapelit. Tavoitteena on tunnistaa suuret melulähteet ja erityiset kapeakaistaiset ja laajakaistaiset taajuudet. Ilmoita havaitut sijainnit ja hallitsevat taajuudet. Kun olet nollassa lähteissä, voit halutessasi siirtyä halkaisijaltaan pienempiin H-kentän koettimiin, mikä tarjoaa suuremman tarkkuuden (mutta vähemmän herkkyyttä).

Kuvio 1
Kuva 1. Lähentymiskoettia käytetään mahdollisten päästölähteiden tunnistamiseen.
kuvio 2
Kuva 2. H-kentän koettimet tarjoavat parhaan herkkyyden suhteessa piiriin tai kaapeliin, kuten on esitetty. Kuva, kohteliaisuus Patrick André.

Muista, että kaikki laudalla sijaitsevat suurtaajuusenergian lähteet eivät todellisuudessa säteile! Säteily vaatii jonkinlaista kytkentää "antennin kaltaiseen" rakenteeseen, kuten I / O-kaapeliin, virtakaapeliin tai saumaan suojatussa kotelossa.

Vertaa harmonisten taajuuksien tunnettuja kello-oskillaattoreita tai muita korkeataajuisia lähteitä. Se auttaa käyttämään kello-oskillaattorilaskimen, jonka kehittäjä on ollut yhteistyökumppanini Patrick Andrella. Katso viite 2: n latauslinkki.

Kun käytät potentiaalisia korjauksia levytasolle, varmista, että lähikentän koetin on alhaalla, jotta voit pienentää mittausta koettimen kärjen fyysisessä sijainnissa. Muista, että olemme lähinnä kiinnostuneita suhteellisista muutoksista, kun käytämme korjauksia.

Myös H-kentän koettimet ovat herkimpiä (yhdistää eniten magneettista vuota), kun niiden taso suuntautuu rinnakkain jäljen tai kaapelin kanssa. Se on myös paras asentaa anturi 90 astetta PC-levyn tasoon. Katso kuvaa 2.

Virta-anturi Seuraavaksi mitataan liitetyt yhteismuodon kaapelivirrat (myös virtajohdot) suurtaajuisella virtakokeella, kuten Fischer Custom Communications -mallilla F-33-1 tai vastaavalla (Kuva 3). Laske ylimpien yliaaltojen sijainti ja vertaile lähikentän määrittämää luetteloa. Nämä ovat todennäköisimmin todella säteilevät ja aiheuttavat testivikoja, koska ne virtaavat antennin kaltaisissa rakenteissa (kaapeleissa). Käytä valmistajan toimittaman kalibrointikaavion siirtoimpedanssia laskettaessa todellinen virta tietyssä taajuudessa. Huomaa, että vain 5 - 8 μA suurtaajuusvirta häiritsee FCC- tai CISPR-testin raja-arvoja.

kuvio 3
Kuva 3. Virtaanturin käyttö suurtaajuusvirtojen mittaamiseksi I / O- ja virtakaapeleilla.

On hyvä siirtää nykyinen anturi edestakaisin maksimaalisen harmonisen maksimoimiseksi. Tämä johtuu siitä, että jotkut taajuudet resonoivat eri paikoissa johtojen seisovien aaltojen vuoksi.

Sen on myös mahdollista ennustaa säteilytetty E-kenttä (V / m), koska virta kulkee lanka- tai kaapeliverkossa, olettaen, että pituus on sähköisesti lyhyt huolenaiheessa. Tämä on osoittautunut tarkaksi 1 m: n pituisille kaapeleille jopa 200 MHz: n välein. Katso lisätietoja kohdasta Viite 3.


Huomaa ulkoisten antennien käytöstä

Huomaa, että käytettäessä ulkoisia EMI-antenneja on olemassa kaksi erillistä tavoitetta;

  1. 1. Suhteellinen vianmääritys, jossa tiedät alueet, joissa esiintyy vikaantuneita taajuuksia ja joiden on vähennettävä niiden amplitudeja. Kalibroitua antennia ei tarvita, koska vain suhteelliset muutokset ovat tärkeitä. Tärkeää, että EUT: n harmonisen sisällön pitäisi olla helposti nähtävissä.
  2. 2. Edellytystenmukaisuuden testaus, jossa haluat kopioida koestusasetuksen, jota vaatimustestilaboratorio käyttää. Eli kalibroidun antennin asettaminen 3m tai 10m etäisyydellä testattavaa tuotetta tai järjestelmää ja määrittämään etukäteen, kulkevatko vai epäonnistuvatko.

Säteilevien päästöjen vaatimustenmukaisuuden testaus

Jos haluat asettaa vaatimustenmukaisuustestin (nro 2 yllä), anna kalibroitu EMI-antenni, joka on 3 m tai 10 metrin päässä EUT: stä, voit laskea E-kentän (dBμV / m) tallentamalla spektrin analysaattorin dBμV lukeminen ja factoring koaksiaalihäviöön, ulkoisen esivahvistustason (mikäli käytetään), mahdolliset ulkoiset vaimentimet (jos käytössä) ja antennitekijä (valmistajan antennikalibroinnista). Tätä laskentaa voidaan sitten verrata suoraan 3 m: n tai 10 m: n säteilyn päästötasojen raja-arvoihin käyttäen kaavaa:

E-kenttä (dBμV / m) = SpecAnalyzer (dBμV) - PreampGain (dB) + CoaxLoss (dB) + AttenuatorLoss (dB) + AntFactor (dB)

Tässä artikkelissa keskitytään lähinnä vianmääritysmenettelyyn, jossa käytetään melkein erillään olevaa antennia (# 1 yllä) yleisten harmonisointitasojen yleistä karakterisointia varten ja potentiaalisten korjausten testaamiseksi. Esimerkiksi tietäen, että olet ylittänyt rajan 3 dB: llä jonkin harmonisen taajuuden avulla, sinun pitäisi pyrkiä vähentämään kyseistä päästöä 6-10 dB riittävästä marginaalista.

Kuvio 1
Kuva 4. Tyypillinen koestusjärjestelmä, jolla mitataan todelliset säteilypäästöt syyn selvittämisen aikana.


Vianetsintä lähietäisyydellä

Kun tuotteen harmoninen profiili on täysin luonteenomaista, on aika nähdä, mitkä harmoniset säteilevät. Tätä varten käytämme antennia, joka on vähintään 1 metrin päässä testattavasta tuotteesta tai järjestelmästä mitattaessa todellisia päästöjä (kuva 4). Tyypillisesti se tulee vuotamaan liitetyistä I / O- tai virtakaapeleista sekä vuotoa suojatussa kotelossa. Vertaa näitä tietoja lähikentän ja nykyisten koettimien tasoon. Voitteko nyt määrittää päästöjen todennäköisen lähteen / lähteet?

Yritä selvittää, onko kaapelisäteitä hallitseva ongelma irrottamalla kaapelit yksitellen. Voit kokeilla myös yhtä tai useampaa kaapelia yhtä tai useampaa ferriittisensorjaa asennettaessa. Käytä lähikentän koettimia sen määrittämiseksi, esiintyvätkö myös vuoto myös suojatuissa koteloissa olevista saumoista tai aukkoista.

Kun päästölähteet on tunnistettu, voit käyttää tietämystä suodatuksesta, maadoituksesta ja suojauksesta ongelmien lieventämiseksi. Yritä määrittää kytkentäpolku laitteen sisäpuolelta mihin tahansa ulkoiseen kaapeliin. Joissakin tapauksissa piirilevy on ehkä suunniteltava uudelleen optimoimalla kerroksen pinoaminen tai poistamalla nopeat jäljet, jotka ylittävät aukkoja paluumatkoissa jne. Tarkkailemalla tuloksia reaaliaikaisesti jonkin matkan päässä olevasta antennista, lieventäminen vaiheen pitäisi mennä nopeasti.



Yleisiä kysymyksiä

On olemassa useita tuotesuunnittelualueita, jotka voivat aiheuttaa säteilypäästöjä:

  1. 1. Huono kaapelisuojan päätteet ovat tärkein ongelma
  2. 2. Vuotava tuote suojus
  3. 3. Sisäiset kaapelit kytkeytyvät saumoihin tai I / O-alueisiin
  4. 4. Suurnopeusjäljet, jotka ylittävät aukot paluumatkassa
  5. 5. Optimaalinen kerrospinoaminen
Katso lisätietoja järjestelmästä ja PC-piirilevyistä, jotka voivat aiheuttaa päästövaurioita.

Säteilytetty koskemattomuus

Suurin osa säteilytetyistä koskemattomuustesteistä suoritetaan 80-1000 MHz: n taajuudella (tai joissakin tapauksissa jopa 2,7 GHz: ssa). Yleiset testitasot ovat 3 tai 10 V / m. Sotilaalliset tuotteet voivat nousta jopa 50 - 200 V / m käyttöympäristöstä riippuen. Useimpien tuotteiden kaupallinen standardi on IEC 61000-4-3, jonka koestus on melko mukana. Käyttämällä joitakin yksinkertaisia ​​tekniikoita voit kuitenkin tunnistaa ja ratkaista useimmat ongelmat nopeasti.

Kädessä pidettävä radio Säteilytettyjen koskemattomuuden vuoksi pääsemme yleisesti EUT: n ulkopuolelle ja käytämme lupakirja-vapaita kämmentietokoneita, kuten Family Radio Service (FRS) walkie-talkijoita (tai vastaavia) heikkouden alueilla. Pidä nämä pienitehoiset radiot lähellä testattavaa tuotetta tai järjestelmää, voit usein pakottaa epäonnistumisen (Kuva 5).

Pidä lähetyspainiketta alaspäin ja aja radioantenni ympäri EUT: tä. Tämän tulisi sisältää kaikki kaapelit, saumat, näyttöportit jne.

kuvio 5
Kuva 5. Lisensoidun lähettimen käyttäminen vikojen pakottamiseen.

RF-generaattori

On hyvin yleistä, että vain tietyt taajuuskaistat ovat alttiita ja joskus kiinteät taajuuskaapelit eivät ole tehokkaita. Tällöin käytän säädettävää RF-generaattoria, johon on liitetty suurikokoinen H-kenttäanturi ja koetin kaiken ympäri tunnetuissa epäonnistuneissa taajuuksissa. Se auttaa myös mittaamaan sisäisiä kaapeleita ja PC-korttia määrittääkseen herkkyysalueet. Pienemmille tuotteille, kuten kuviossa 6, kokeile pienempien H-kentän koettimia parhaan fyysisen resoluution avulla.
kuvio 6
Kuva 6. RF-generaattorin ja H-kenttäanturin käyttäminen herkkyysalueiden määrittämiseksi.

Suurimpien laboratoriotason RF-generaattorien sijasta käytän myös pienempää USB-ohjattua RF-syntetisaattoria, kuten Windfreak SynthNV: tä (tai vastaavaa) lähikentän koettimen kanssa. SynthNV voi tuottaa jopa +19 dBm: n RF-tehon 34 MHz: sta 4,4 GHz: iin, joten se toimii hyvin. Tämä sopii myös EMI-vianmääritystasoon kauniisti. Katso kuva 7. Löydät luettelon suositeltavista generaattoreista viitteessä 1.

kuvio 7
Kuva 7. Pienen syntetisoidun RF-generaattorin käyttäminen tuottamaan voimakkaita RF-kenttiä koettimen kärjen ympärille

Sähköstaattinen purkaus

Sähköstaattinen purkaustesti voidaan suorittaa parhaiten käyttämällä IEC 61000-4-2 -standardissa kuvattua testausasennusta. Tämä vaatii testipöydän ja tiettyjen ulottuvuuksien pohjalevyt. EUT sijoitetaan testipöydän keskelle. Yleensä ehdotan, että lattialaatat korvattiin kuparin tai alumiinisen 4 x 8-jalkaisilla levyillä, jotka sopivat juuri nykyisten laatatilojen tiloihin (kuva 8). Testaus edellyttää ESD-simulaattoria, joka on saatavilla useista lähteistä. Katso ohjeita 1. Käytän vanhempaa KeyTek MiniZap -ohjelmaa, joka on suhteellisen pieni ja jota voidaan säätää arvoon +/- 15 kV. On olemassa useita muita sopivia (ja uudempia) malleja.

kuvio 8
Kuva 8. IEC 6100-4-2: n mukainen ESD-testaus. Kuva, kohteliaisuus Keith Armstrong.

ESD-testaus on varsin monimutkainen testauspisteiden tunnistamiseksi, mutta periaatteessa on kaksi testia - ilmanpoisto ja kosketuspoisto. Käytä ilmapurkausta kaikkiin kohtiin, joissa operaattori voi koskettaa EUT: n ulkopuolelta. Käytä kosketuspurkausta kaikille alttiina oleville metallille, jossa käyttäjä voi koskettaa ja päästää. Testaa sekä positiiviset että negatiiviset polariteetit. Useimmat kaupalliset testit edellyttävät 4 kV: n kosketuspoistoa ja 8 kV: n ilmapurkausta.

Testausasennukseen kuuluu myös vaaka- ja pystysuorat kytkentätaulut. Käytä kontaktipurkauskärkeä kytkentäkoneisiin. Nämä tasot tarvitsevat suuren impedanssin purkausreitin maahan. Katso IEC-standardin yksityiskohdat ja tarkat testimenetelmät.


kuvio 9
Kuva 9. Tyypillinen ESD-simulaattori, jossa on ilma- ja kosketuspoistumisvihjeitä. Se voi tuottaa jopa +/- 15 kV.

Yhteenveto

Kehittämällä omaa EMI-vianmääritystyötä ja vaatimustenmukaisuuden testauslaboratoriota voit säästää aikaa ja rahaa siirtämällä vianmääritysprosessia talon sisällä sen sijaan, että aikataulutusajankohta ja siihen liittyvät kustannukset ja aikataulutusviivästykset riippuvat kaupallisista testilaboratorioista.

Suurin osa suuririskisistä EMI-testeistä on helppo suorittaa edullisilla laitteilla. Kustannussäästöt tekemällä vianmääritystä omassa laitoksessasi voivat sopeutua jopa satoihin tuhansia dollareita ja viikkoja tai kuukausia tuotteiden myöhästymiseen.


Viitteet

Suositeltava luettelo EMI-vianetsintälaitteista - http://www.emc-seminars.com/EMI_Troubleshooting_Equipment_List-Wyatt.pdf

  1. 1. Kello-oskillaattorin laskin (Patrick André) - http://andreconsulting.com/Harmonics.xls
  2. 2. André ja Wyatt, EMI: n vianmäärityskirjaus tuotesuunnittelijoille, SciTech, 2014.
  3. 3. Joffe ja lukko, Grounds Grounding, Wiley, 2010
  4. 4. Ott, sähkömagneettinen yhteensopivuus, Wiley, 2009
  5. 5. Mardiguian, EMI-vianmääritystekniikat, McGraw-Hill, 2000
  6. 6. Montrose, EMC Made Simple, Montrose Compliance Services, 2014
  7. 7. Morrison, maadoitus ja suojaus - piirit ja häiriöt, Wiley, 2016
  8. 8. Williams, EMC Product Designers, Newnes, 2017


Haluaisitko...