EMI sorun giderme, adım adım
Bu makalede, ilk dört EMI sorununu, gidilecek emisyonları, radyasyona maruz kalmış emisyonları, radyasyona maruz kalmış bağışıklığı ve elektrostatik boşalımı gidermek için genellikle attığımız adımları açıklayacağız.
Bu makalede, ilk dört EMI sorununu, gidilecek emisyonları, radyasyona maruz kalmış emisyonları, radyasyona maruz kalmış bağışıklığı ve elektrostatik boşalımı gidermek için genellikle attığımız adımları açıklayacağız. Bunlardan son üçü en yaygın meselelerdir, yayılan emisyonlar tipik olarak bir numaralı arıza olmuştur. Ürününüzün veya sisteminizin (EUT) yeterli güç ve I/O bağlantı filtrelemesi varsa, emisyonlar ve diğer güç hatlarına ilişkin bağışıklık testleri genellikle bir sorun oluşturmaz.
Size kolaylık olması için, EMI sorunlarını gidermek amacıyla yararlı ve önerilen ekipmanların bir listesini geliştirdik. Karşıdan yükleme bağlantısı Referans 1'de listelenmiştir.
İletilen Emisyonlar
Yeterli güç hattı filtrelemesi göz önüne alındığında, bu genellikle bir sorun oluşturmaz; bununla birlikte, birçok düşük maliyetli güç kaynağı, iyi bir filtrelemeye sahip değildir. Bazı "isimsiz" markalarda filtreleme yoktur! İletilen emisyon testi çalıştırmak kolaydır:
Spektrum analizörünüzü aşağıdaki gibi ayarlayın:
- Frekans 150 kHz - 30 MHz
- Çözünürlük bant genişliği = 10 veya 9 kHz
- Preamp = Kapalı
- Referans Seviyesini, en yüksek harmonikler gösterilecek ve dikey ölçek de 10 dB artışlarla okunacak şekilde ayarlayın
- Başlangıçtaki ortalama algılama ve daha sonra herhangi bir doruk noktasında CISPR algılama kullanın
- Dahili zayıflatma - İlk başta 20 ila 30 dB ile başlayın ve en iyi ekran için ve analizör aşırı yüklenmemesi için ayarlayın.
- Dikey birimleri dBμV olarak ayarlayın
Bir Hat Empedans Dengeleme Ağı (LISN) edinin ve test edilen ürün veya sistem ile spektrum analiz cihazı arasında konumlandırın. Aşağıdaki bağlantı sırasına dikkat edin!
DİKKAT : LISN'i analizöre bağlamadan önce EUT cihazını çalıştırmak çoğunlukla önemlidir. Bunun nedeni, güç açıldığında büyük geçici dalgaların ortaya çıkması ve analizörün hassas giriş aşamasını potansiyel olarak yok edebilmesidir. TekBox LISN'de dahili geçici koruma bulunduğunu unutmayın. Hepsi bitmedi ... İkazı görünüz! 4.
EUT'ye güç verin ve LISN'nin 50 Ohm çıkış portunu analizöre bağlayın. Harmoniklerin genellikle düşük frekanslarda çok yüksek olduğunu ve 30 MHz'e doğru kayganlaştığını unutmayın. Bu yüksek harmoniklerin analiz cihazını aşırı oynatmadığından emin olun. Gerekirse ilave dahili zayıflatma ekleyin.
Saptanan ortalama tepe noktalarını uygun CISPR sınırlarıyla karşılaştırarak, resmi uygunluk testinden önce EUT'nin geçip geçmediğini veya başarısız olduğunu söyleyebilirsiniz.
Ortam VericileriHemen karşılaşacağınız bir problem, ekranlanmış bir odayı veya yarı aneko odayı test ederken, FM ve TV gibi kaynaklardan gelen ortam sinyallerinin vericileri, hücresel telefonları ve iki yönlü telsiz yayınını iletmesidir. Bu, özellikle mevcut probları veya harici antenleri kullanırken sorun yaratmaktadır. Genellikle kompozit bir ortam çizimi oluşturmak için "Max Hold" modunu kullanarak analizörde bir taban çizgisi çizelgesi çalışalım. Ardından, gerçek ölçümler için ek izler etkinleştirin. Örneğin, çoğunlukla ekranda üç çizim veya iz vardır; ortam taban çizgisi, "önce" çiz ve "sonra" çiz bazı düzeltme uygulanmıştır.
Genellikle, spektrum analizörü üzerindeki frekans aralığını belirli bir harmonikte sıfıra indirgemek, böylece ortam sinyallerinin çoğunu ortadan kaldırmak daha kolaydır. Armonik dar bantlı sürekli dalga (CW) ise, daha sonra çözünürlük bant genişliğini (RBW) azaltmak, EUT harmoniklerini yakın çevreden ayırmaya yardımcı olabilir. Sadece RBW'yi azaltmanın, harmonik genliğini azaltmadığından emin olun.
Dikkat çekilmesi gereken diğer bir husus, yakınlardaki güçlü vericilerin ölçülen sinyallerin genlik doğruluğunu etkileyebileceğinin yanı sıra harmonikler gibi görünen karıştırma ürünleri üretmek ama gerçekten analizördeki verici frekansı ve karıştırıcı devresinin kombinasyonudur. Harici vericinin etkisini azaltmak için istenen harmonik frekansta harici bir bant geçiren filtre kullanmanız gerekebilir. Daha pahalı olmakla birlikte, önceden seçilmiş ayarlanmış bir EMI alıcı, yüksek RF ortamlarında normal bir spektrum analizöründen daha yararlı olacaktır. Keysight Technologies ve Rohde & Schwarz tedarikçiler göz önüne alacaklardır. Bütün bu teknikler Referans 3'de daha ayrıntılı olarak anlatılmıştır.
Yayılan Emisyonlar
Bu normalde en yüksek risk testidir. Spektrum analizörünüzü aşağıdaki gibi ayarlayın:
- Frekans 10 ila 500 MHz
- Çözünürlük bant genişliği = 100 veya 120 kHz
- Preamp = Açık (ya da analizörde yoksa harici bir 20 dB preamp kullanın)
- Referans Seviyesini, en yüksek harmonikler gösterilecek ve dikey ölçek de 10 dB artışlarla okunacak şekilde ayarlayın
- Pozitif zirve algılama kullanın
- Dahili zayıflamayı sıfıra ayarlayın
Bazen dikey birimleri varsayılan dBm'den dBμV'ye ayarlamayı tercih ederiz, böylece görüntülenen sayılar pozitif olur. Bu aynı zamanda standartların test limitlerinde kullanılan aynı birimdir. Ayrıca, yatay ölçeği doğrusaldan günlüğe ayarlamayı tercih etmekte fayda var, böylece frekansların okunması daha kolaylaşacaktır.
İlk tarama işlemini 500 MHz'e kadar gerçekleştirin, çünkü bu genellikle dijital harmonikler için en kötü durum bandıdır. Diğer egemen emisyonların karakterize edilmesi için emisyonları en az 1GHz (veya daha yüksek) olarak kaydedelim. Genel olarak, düşük frekans harmoniklerinin çözülmesi, daha yüksek harmonikleri de azaltacaktır.
Yakın Alan Tarama
Çoğu yakın saha prob kitleri hem E-alanı hem de H-alanı probları ile birlikte gelir. H-alanı veya E-alanı probları için vereceğiniz karar, akımları mı -yani yüksek di / dt- (devre izleri, kablolar vb.), yoksa yüksek gerilimleri mi -yani EMI'nin dV / dt- (anahtarlama güç kaynakları vb.) yoklayacağınıza bağlıdır. Her ikisi de sızdıran kaynakları veya ekranlanmış muhafazaların boşluklarını bulmak için kullanışlıdır.
Daha büyük H-alanı probu ile başlayın (Şekil 1) ve ürün muhafazası, devre kartı (ları) ve bağlı kabloları kontrol edin. Amaç, büyük gürültü kaynaklarını ve belirli dar bant ve geniş bant frekanslarını tanımlamaktır. Gözlemlenen yerleri ve baskın frekansları belgeleyin. Kaynaklar üzerinde yoğunlaştığınızdan, daha büyük çözünürlük (daha az hassasiyet) sunacak daha küçük çaplı H-alanı problarına geçmek isteyebilirsiniz.
Board da bulunan yüksek frekanslı enerji, tüm kaynakları aslında yaymaz! Radyasyon, I/O kablosu, güç kablosu veya korumalı muhafazadaki bağlantı yeri gibi "anten benzeri" bir yapıya bir şekilde bağlanmayı gerektirir.
Harmonik frekansları bilinen saat osilatörleri veya diğer yüksek frekans kaynakları ile karşılaştırın. Ortak yazarımız Patrick André tarafından geliştirilen Clock Oscillator Calculator'ı kullanmanıza yardım edecektir.
Potansiyel düzeltmeleri board seviyesinde uygularken, prob ucunun fiziksel konumunda karşılaşacağınız varyasyonu azaltmak için yakın saha taramasını bantladığınızdan emin olun. Unutmayın, düzeltmeler uyguladığımız için çoğunlukla göreli değişikliklerle ilgileniyoruz.
Ayrıca, H-alanı probları, uçları iz ya da kabloyla paralel olduğunda en duyarlıdır (en manyetik akıyı birleştirir). Probu PC kartı düzlemine 90 derece konumlandırmak da en iyisidir. Bkz. Şekil 2.
Akım Probu Daha sonra, Fischer Özel İletişim Modeli F-33-1 veya eşdeğeri gibi yüksek frekanslı bir akım probu ile ekli ortak mod kablosu akımlarını (güç kabloları dahil) ölçün (Şekil 3). En iyi birkaç harmoniğin yerini belgeleyin ve yakın alan taramayla belirlenen listeyle karşılaştırın. Bunlar, anten benzeri yapılara (kablolar) aktığı için gerçekte yayacakları ve test arızalarına neden olma olasılığı en yüksek yerler olacaktır. Belirli bir frekanstaki gerçek akımı hesaplamak için üreticinin sağladığı transfer empedans kalibrasyon grafiğini kullanın. FCC veya CISPR test sınırlarını geçememek için yalnızca 5 ila 8 μA yüksek frekanslı akım gerektiğini unutmayın.
Harmonikleri en üst düzeye çıkarmak için mevcut probu ileri ve geri kaydırmak iyi bir fikirdir. Bunun nedeni, bazı frekansların kabloda duran dalgalar nedeniyle farklı yerlerde yankılanmasıdır.
Aynı zamanda, bir tel veya kablo içerisinde akan akım verildiğinde, elektromanyetik alanın uzunluğunun elektriksel olarak kısa olduğu varsayımıyla, yayılan E alanını (V/m) tahmin etmek de mümkündür. Bunun, 200 MHz'e kadar 1 metrelik kablolar için doğru olduğu gösterilmiştir. Ayrıntılar için Referans 3'e bakın.
Harici Antenlerin Kullanımı Hakkında NotHarici EMI antenleri kullanırken iki ayrı hedefin olduğunu unutmayın;
- Başarısız frekansların yerlerini bildiğiniz ve genliklerini azaltmanız gereken göreceli sorun giderme. Kalibre edilmiş bir anten gerekmemektedir, yalnızca göreli değişiklikler önemlidir. Önemli not: EUTD'den gelen harmonik içeriğin kolayca görülebilmesi gerekir.
- Ön uygunluk testi; burada uyumluluk test laboratuarı tarafından kullanılan test ayarını çoğaltmak istiyoruz. Yani, test edilen ürün veya sistemden 3 m veya 10 m uzakta kalibre edilmiş bir anten kurarak ve geçtiğini veya başarısız olduğunu önceden belirlemek amacındayız.
Yayılmış Emisyonlar için Uyum Öncesi Test
Bir ön uyum testi (yukarıdaki # 2) kurmayı arzuluyorsanız, EUT'den 3m veya 10m mesafedeki kalibre edilmiş bir EMI anteni verildiğinde, E-alanı (dBμV / m) hesaplayarak spektrum analizörünün dBμV okuması ve coax kaybı, harici preamp kazanımı (kullanılıyorsa), harici zayıflatıcı (kullanılıyorsa) ve anten faktörü (üreticinin sağladığı anten kalibresinden). Bu hesaplama, daha sonra aşağıdaki formülü kullanarak 3m veya 10m yayılımlı emisyon test sınırlarıyla doğrudan karşılaştırılabilir:
E-alan (dBμV / m) = SpecAnalyzer (dBμV) - PreampGain (dB) + CoaxLoss (dB) + AttenuatorLoss (dB) + AntFaktör (dB)
Bu makalede, aslında radyasyona maruz kalan harmonik düzeylerin genel karakterizasyonu ve potansiyel düzeltmeleri test etmek için, esasen birbirine yakın bir anteni (yukarıdaki # 1) kullanarak sorun giderme prosedürüne odaklanacağız. Örneğin, bazı harmonik frekansta limitin 3 dB üzerinde olabileceğini bilmek amacınız ise, yeterli marj için bu emisyonu 6 ila 10 dB azaltmak esas olmalıdır.
Yakın Aralıklı Anten ile Sorun Giderme
Ürünün harmonik profili tamamen karakterize edildiğinde, hangi harmoniklerin gerçekte yayıldığını görmenin zamanı gelmiş demektir. Bunu yapmak için, gerçek emisyonları ölçmek için test edilen ürüne veya sisteme en az 1 metre uzaklıkta bir anten kullanıyoruz (Şekil 4). Tipik olarak, bağlı I/O'lerden veya güç kablolarından kaçakların yanı sıra, ekranlanmış muhafazada da sızıntı olacaktır. Bu verileri yakın alan ve akım problarıyla karşılaştırın. Artık emisyonların muhtemel kaynaklarını tespit edebiliyor musunuz?
Kabloları tek tek çıkarıp kablo radyasyonunun baskın bir sorun olup olmadığını belirlemeye çalışın. Bir testte bir veya daha fazla kabloda bir ferrit boğumu takmayı da deneyebilirsiniz. Sızıntının, ekranlanmış muhafazadaki birleşimlerinden veya açıklıklardan da oluşup oluşmadığını belirlemek için yakın alan problarını kullanın.
Emisyon kaynakları belirlendikten sonra, sorunlu emisyonları azaltmak için filtreleme, topraklama ve koruma konularındaki bilgilerinizi kullanabilirsiniz. Ürünün içinden herhangi bir dış kabloya giden bağlantı yolunu belirlemeye çalışın. Bazı durumlarda, devre kartı, katman yığınını optimize ederek veya dönüş yüzeylerindeki boşlukları aşan yüksek hızdaki izleri ortadan kaldırarak yeniden tasarlanmaya ihtiyaç duyulabilir. Biraz uzak mesafedeki bir antenle sonuçları gerçek zamanlı olarak gözlemleyerek, hafifletme evresi hızlı bir şekilde ilerlemelidir.
Ortak sorunlarYayılan ışınımlara neden olabilecek bir dizi ürün tasarım alanı vardır:
- Kötü kablo kalkanı uçları en çok sorundur
- Sızdıran ürün koruması
- Birleşim yerlerine veya I/O alanlarına bağlanan dahili kablolar
- Geri dönüş düzlemindeki boşlukları aşan yüksek hız izleri
- Uygun olmayan katman yığılması
Radyasyon Bağışıklığı
En radyasyonlu bağışıklık testleri 80 ila 1000 MHz (veya bazı durumlarda 2.7 GHz'e kadar) yapılır. Genel test seviyeleri 3 veya 10 V / m'dir. Askeri ürünler operasyonel ortama bağlı olarak 50 ila 200 V/m'ye kadar çıkabilir. Çoğu ürün için ticari standart IEC 61000-4-3'dur, bu testin kurulumu oldukça etkindir. Bununla birlikte, bazı basit teknikleri kullanarak birçok sorunu hızlı bir şekilde tespit edebilir ve çözebilirsiniz.
El telsizleri radyasyon bağışıklığı için, genellikle EUT dışına başlarız ve zayıflık alanlarını belirlemek için Family Radio Service (FRS) telsiz telefonları (veya eşdeğeri) gibi lisanssız el vericiler kullanılır. Bu düşük güçlü radyoları test edilen ürüne veya sisteme yakın tuttuğunuzda sıklıkla bir arıza yapmaya zorlayabilirsiniz (Şekil 5).
İletme düğmesini aşağı doğru tutun ve radyo antenini tüm EUT çevresinde çalıştırın. Bu, tüm kabloları, birleşim yerlerini, ekran portlarını vb içermelidir.
RF JeneratörüYalnızca belirli frekans bantlarının hassas olduğu ve bazen sabit frekanslı el telsizlerinin etkili olmadığı çok yaygındır. Bu durumda, bağlı olan büyük boyutlu H-alanı probu ve ayarlanabilir bir RF jeneratörü kullanırız ve başarısız frekansların hepsini bildirebiliriz. Bu aynı zamanda, hassasiyet alanlarını belirlemek için dahili kabloları ve PCB'yi kontrol etmeye yardımcı olur. Daha küçük ürünler (Şekil 6'daki gibi) ve en iyi fiziksel çözünürlük için daha küçük H-alanı problarını deneyin.
Laboratuvar kalitesinde daha büyük RF jeneratörlerinin yerine, yakın alan taramalı Windfreak SynthNV (veya eşdeğeri) gibi daha küçük bir USB kontrollü RF synthesizer da kullanıyoruz. SynthNV, 34 MHz'den 4.4 GHz'e kadar +19 dBm RF gücü üretebilir, bu nedenle de iyi çalışır. Bu aynı zamanda EMI sorun giderme kit'ine de güzel uyum sağlar. Şekil 7'ye bakın. Referans 1'de önerilen jeneratörlerin listesi mevcuttur.
Elektrostatik deşarjElektrostatik deşarj testi, IEC 61000-4-2 standardında açıklandığı gibi bir test düzeneği kullanılarak gerçekleştirilir. Bu, belirli ölçülerde bir test masası ve yer düzlemleri gerektirir. EUT test masasının ortasına yerleştirilir. Genellikle zemin karolarını mevcut fayansların alanlarına sığacak olan 4 x 8 ayaklı bakır veya alüminyum levhalarla değiştirmeyi öneriyoruz (Şekil 8). Test, bir takım kaynaklardan edinilebilen bir ESD simülatörü gerektirir. Bkz. Referans 1. Nispeten daha küçük ve +/- 15 kV'a ayarlanabilen daha eski KeyTek MiniZap kullanıyoruz. Bazı farklı ve uygun (ve daha yeni) tasarımlar da mevcuttur.
ESD testi, test noktalarını tanımlamak kadar oldukça karmaşıktır, ancak temelde hava deşarjı ve kontak deşarjı olmak üzere iki test vardır. Bir operatörün EUT dışına dokunabileceği tüm noktalar için hava deşarjı kullanın. Operatörün dokunmasına ve boşalmasına neden olan tüm maruz kalmış metaller için kontak deşarjı kullanın. Hem pozitif hem negatif kutupları test edin. Çoğu ticari test 4 kV temas deşarjı ve 8 kV hava deşarjı gerektirir.
Test düzeneği yatay ve dikey bağlantı düzlemlerini de içerir. Temas deşarj ucunu kuplaj düzlemlerine kullanın. Bu düzlemler, yeryüzüne yüksek empedanslı bir deşarj yoluna ihtiyaç duyar. Detaylar ve kesin test prosedürleri için IEC standardına bakın.
Özet
Kendi EMI sorun giderme ve ön uyum test laboratuvarınızı geliştirerek, ticari test laboratuvarlarına bağlı olarak zamanı planlamadan ve ilgili maliyeti ve zamanlamayı geciktirmek yerine sorun giderme işlemini kendi bünyesinde yürüterek zamandan ve paradan tasarruf etmiş olursunuz.
Yüksek riskli EMI testlerinin çoğu, düşük maliyetli ekipmanlarla kolayca gerçekleştirilir. Kendi tesisinizde sorun giderme gerçekleştirerek maliyet tasarrufu sağlayabilir, haftalar veya aylarca ürün gecikmesini engeleyebilirsiniz.
Referanslar
EMI sorun giderme ekipmanının önerilen listesi - http://www.emc-seminars.com/EMI_Troubleshooting_Equipment_List-Wyatt.pdf
- Clock Oscillator Calculator (Patrick André) - http://andreconsulting.com/Harmonics.xls
- André and Wyatt, EMI Troubleshooting Cookbook for Product Designers, SciTech, 2014
- Joffe and Lock, Grounds For Grounding, Wiley, 2010
- Ott, Electromagnetic Compatibility Engineering, Wiley, 2009
- Mardiguian, EMI Troubleshooting Techniques, McGraw-Hill, 2000
- Montrose, EMC Made Simple, Montrose Compliance Services, 2014
- Morrison, Grounding And Shielding - Circuits and Interference, Wiley, 2016
- Williams, EMC For Product Designers, Newnes, 2017