Badania EMC pre-compliance z zastosowaniem przyrządów Rohde&Schwarz

Sonda HZ551 (fot. 2) jest przeznaczona do pomiaru pola elektrycznego. Charakteryzuje się bardzo dużą czułością. Za jej pomocą identyfikowane są emisje zaburzeń EMI w zakresie częstotliwości od ≤1 MHz do 3 GHz. Sonda jest wykorzystywana m.in. do ogólnego wykrywania niepożądanych emisji EMI z badanych urządzeń, a także np. do weryfikacji skuteczności ekranowania. Jest też dobrym narzędziem do sprawdzania, czy poprawki wykonane po negatywnych badaniach laboratoryjnych można uznać za skuteczne. Zalecane jest więc archiwizowanie wszystkich pomiarów tak, aby można je było wykorzystywać do oceny porównawczej.

Fot. 2. Sonda pola elektrycznego HZ551

 

Sonda HZ552 (fot. 3) jest przeznaczona do pomiarów pola magnetycznego. Zwykle jest ona wykorzystywana do dokładniejszych pomiarów po wstępnej lokalizacji zaburzeń sondą pola elektrycznego. Budowa sondy i jej parametry predestynują ją do bardzo precyzyjnego lokalizowania zaburzeń EMI, z dokładnością do pojedynczych elementów elektronicznych, kabli, gniazd, przepustów itp.

Fot. 3. Sonda pola magnetycznego HZ552

 

Sonda HZ553 (fot. 4) to sonda wysokoimpedancyjna, przeznaczona do pomiarów z bezpośrednim kontaktem ze ścieżkami przewodzącymi na PCB. Można uznać, że trudno byłoby uzyskać większą precyzję lokalizacji zaburzeń innymi metodami. Sonda ma bardzo małą pojemność wejściową wynoszącą zaledwie 2 pF i tłumi sygnał w stosunku od 10:1 do 30:1. Dzięki specjalnej, opatentowanej konstrukcji sondy nie jest wymagane stosowanie końcówki dołączanej do masy układu mierzonego.

Fot. 4. Sonda wysokoimpedancyjna HZ553

 

Zalecenia

Przed rozpoczęciem pomiarów z użyciem sond bliskiego pola należy starannie przygotować stanowisko pomiarowe. Sondy charakteryzują się wysoką czułością, co daje o sobie znać szczególnie w przypadku sondy pola elektrycznego. Należy więc zadbać o to, by w pobliżu urządzenia mierzonego (DUT – Device Under Test) nie było innych pracujących urządzeń, które mogłyby zakłócić pomiary. Mogą to być np. komputery, zasilacze, oświetlenie lub inne przyrządy pomiarowe. Na skutek dużej czułości sondy pola elektrycznego zwykle trudno jest całkowicie wyeliminować składniki widma pochodzące od lokalnych stacji radiowych i telewizyjnych, telefonii komórkowej czy sygnałów pochodzących z sieci WiFi, Bluetooth itp. Dobrą metodą jest wstępny pomiar tła i zapisanie takiego wyniku w pamięci. Będzie on następnie wykorzystywany jako odniesienie do pomiarów pracującego DUT.

Wiemy już, że pomiary pola bliskiego są prowadzone z użyciem sond ręcznych. Długie przemiatanie częstotliwości w przyjętym zakresie, szczególnie wtedy, gdy zostanie wybrana niska częstotliwość filtru RBW wyklucza wykonywanie szybkich ruchów sondy. Łatwo wówczas ominąć „punkty zapalne”. Remedium może być zwiększenie częstotliwości filtru RBW. Spowoduje to skrócenie czasu przemiatania, ale wówczas analizator może pominąć częstotliwości, przy których mogłyby ewentualnie wystąpić zaburzenia. Skutek będzie więc podobny.

 

Pomiary

Przedcertyfikacyjne pomiary zaburzeń EMI wykonuje się wykorzystując oprogramowanie „HM PreCom EMC” z pakietu „HMExplorer”. Zawiera ono predefiniowane parametry i standardowe procedury pomiarowe opracowane w oparciu o normy EMC. Pomiar w całym zakresie częstotliwości trwa bardzo długo. Z tego względu warto zadbać o mały statyw, na którym można by było stabilnie umocować sondę. Przed pomiarem zasadniczym można wykonać wstępny pomiar z użyciem samego analizatora widma (bez oprogramowania), co pomoże zorientować się, jak w przybliżeniu będą wyglądały wyniki ostateczne. Przed rozpoczęciem badań należy ustawić w analizatorze wszystkie parametry, które decydują o przebiegu pomiaru, a więc: zakres częstotliwości (częstotliwość początkową i końcową lub częstotliwość centralną i span), poziom referencyjny i czułość toru pomiarowego (opcjonalnie zastosować odpowiednio dobrane tłumienie lub wzmocnienie), wybrać z listy parametry RBW i VBW, a także tryb pracy detektora (pomiar wartości maksymalnych lub minimalnych, uśrednianie itp.). Ewentualne pomiary szczegółów widma prowadzi się zwykle z zastosowaniem markerów ekranowych. W analizatorze HMS-X może być ich 8.

Na kilku zamieszczonych dalej rysunkach przedstawiono wyniki pomiarów popularnej płytki ewaluacyjnej wykonane analizatorem HMS-X. Płytka taka z założenia jest przeznaczona do różnych prób i doświadczeń, nie zawiera elementów minimalizujących zaburzenia EMI. Co więcej, w prezentowanym przykładzie celowo zademonstrowano w jakim stopniu może być groźne np. niefrasobliwe pozostawienie odcinka przewodu dołączonego do aktywnej linii mikroprocesora. Na rys. 5 przedstawiono widmo zaburzeń EMI pracującej płytki zmierzone sondą pola elektrycznego (HZ551). Płytka była zasilana, ale procesor nie wykonywał żadnego programu. Przez cały czas trwania testu linia RESET pozostawała w stanie aktywnym. Widoczne są wyraźne artefakty wynikające z odbierania sygnału radia FM oraz telewizji, a także prążek podstawowy i harmoniczne generatora taktującego procesor (ok. 8 MHz + harmoniczne).

Rys. 5. Widmo zaburzeń EMI zasilanej płytki ewaluacyjnej w stanie gdy procesor nie wykonuje żadnego programu

 

Na rys. 6 przedstawiono widmo zaburzeń EMI podczas wykonywania programu przez procesor. Zadaniem procesora było generowanie przebiegu prostokątnego o częstotliwości 591,7 kHz. Do wyjścia portu wyprowadzającego ten sygnał dołączono przewód o długości ok. 25 cm, którego drugi koniec pozostawał niepodłączony. Jak widać, przewód taki jest źródłem silnych zaburzeń EMI. Aby odnieść otrzymane wyniki do poziomu tła dokonano jeszcze jednego pomiaru, w którym płytka była odłączona od zasilania (rys. 7).

Rys. 6. Widmo zaburzeń EMI płytki ewaluacyjnej podczas generowania przebiegu prostokątnego o częstotliwości 591,7 kHz
Rys. 7. Widmo tła (płytka ewaluacyjna nie jest zasilana)

O autorze

Jarosław Doliński

Jarosław Doliński jest absolwentem Wydziału Elektroniki na Politechnice Warszawskiej. Pracował w Przemysłowymi Instytucie Telekomunikacji oraz Instytucie Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy, gdzie zajmował się konstruowaniem urządzeń transmisji danych. Współpracował z Zakładem Urządzeń Teatralnych m.in. w zakresie konstrukcji interkomów teatralnych i urządzeń dla inspicjentów. Brał także udział w pracach projektowych rejestratorów urządzeń wiertniczych i elektroniki montowanej na żurawiach mobilnych.
Obecnie prowadzi firmę zajmująca się konstruowaniem i produkcją urządzeń elektronicznych dla rehabilitacji i wspomagania treningu sportowego.
Jest autorem czterech książek poświęconych elektronice i mikrokontrolerom, współpracuje ponadto z miesięcznikami „Elektronika Praktyczna”, „Elektronik” oraz „Świat Radio”.