Badania EMC pre-compliance z zastosowaniem przyrządów Rohde&Schwarz

Po stwierdzeniu obecności zaburzeń EMI o poziomie zagrażającym przekroczeniu norm można przystąpić do dokładniejszej lokalizacji źródła wycieku. W tym celu w opisywanym eksperymencie zastosowano sondę wysokoimpedancyjną. Jej grot przyłożono do pinu, na którym występował przebieg wyjściowy, a także do kilku pinów sąsiednich. Poziomy zmierzone na gorącym wyprowadzeniu są wyraźnie wyższe od poziomów w innych punktach. Wynik pomiaru przedstawiono na rys. 8.

Rys. 8. Wyniki pomiarów sondą wysokoimpedancyjną HZ553

 

Pomiar zdalny z zastosowaniem programu „HM PreCom EMC”

Badania przedcertyfikacyjne wykonuje się wyłącznie wykorzystując oprogramowanie „HM PreCom EMC”. Zawarto w nim procedury pomiarowe, które wprawdzie nie są dokładnymi odpowiednikami procedur określonych w normach CISPR stosowanych w pomiarach certyfikacyjnych, ale na nich bazują. W analizatorach widma instalowane są różne typy detektorów: Peak, Quasi Peak, RMS i Average. W pomiarach EMC w zakresie do 1 GHz wykorzystywane są detektory „Quasi Peak”. Są one automatycznie wybierane przez program po uruchomieniu pomiaru. Niestety, niekorzystną cechą detektora „Quasi Peak” jest wolna praca, przez co badanie zaburzeń z jego użyciem znacznie się wydłuża. Detektory „Quasi Peak” mierzą wartość szczytową ważoną, dzięki czemu pojedyncze impulsy przekraczające poziom dozwolony są ignorowane. Wraz ze wzrostem częstotliwości powtarzania takich impulsów rośnie ich waga, a więc w coraz większym stopniu wpływają na końcowy wynik pomiaru.

Podstawowym pytaniem, które powinien sobie zadać każdy konstruktor przed wykonaniem badań, dotyczy zakresu pomiarowego. Odpowiedź nie jest prosta, gdyż zakres ten zależy od rodzaju badanego urządzenia. Liczba norm obejmujących zagadnienia kompatybilności EMC jest bardzo pokaźna. Ich wykaz można pobrać np. ze strony https://pzn.pkn.pl/kt/info/published/9000128890. Na domiar złego to nie laboratorium, lecz sam zainteresowany wybiera odpowiednie pomiary oraz normy, które powinno spełniać jego urządzenie. Wyboru nie ułatwiają ponadto systematyczne modyfikacje przepisów, mające na celu dostosowywanie ich do aktualnych technologii. W ostatniej zmianie na przykład dość znacznie poszerzono zakres badanych częstotliwości.

Jako przykład niech posłuży badanie zaburzeń EMI opisywanej wcześniej płytki eksperymentalnej. Pomiar wykonujemy za pomocą programu „HM PreCom EMC” w przyjętym zakresie częstotliwości od 30 MHz do 1 GHz z krokiem 120 kHz i filtrem RBW zgodnym z CISPR 120 kHz (rys. 9). Możliwe jest wybranie z listy dostępnego przetwornika, wzmacniacza lub tłumika, a także linii ograniczeń umieszczanej później w raporcie na wykresie. Linia taka w czytelny sposób ilustruje granicę między poziomami dozwolonymi i niedozwolonymi, określonymi w przyjętych normach. Po ustawieniu takich parametrów uruchamiany jest pomiar Pre Measure. Jak można sądzić, nie uzyskuje się w nim jeszcze wyników końcowych. Stanowią one jedynie podstawę do wyznaczenia punktów, dla których w kolejnym kroku zostanie powtórzony pomiar ostateczny. Punkty są wyznaczane automatycznie za pomocą komendy Detect!. Można też dopisywać je do listy przez wskazanie ręczne (Add Manually). Dla tak utworzonej listy wykonywany jest teraz pomiar ostateczny uruchamiany komendą Final Measure.

Rys. 9. Okno ustalania parametrów pomiaru

 

Gdyby okazało się, że pomiar wstępny nie powiódł się, lub trzeba zmienić konfigurację DUT, można go powtórzyć komendą Re-Measure zachowującą wszystkie ustawione wcześniej parametry. Do określania niektórych szczegółów widma wykorzystywane są markery, podobnie jak w analizatorze.

Ostatnim etapem badań jest utworzenie raportu. Tworzy się go przez bezpośredni wydruk na drukarce, lub eksportując wyniki do pliku PDF (rys. 10). Widoczne na wykresie niejednorodności widma nie wynikają z emitowanych przez DUT zaburzeń lecz są to wykrywane przez sondę pomiarową sygnały stacji radiowo-telewizyjnych, sieci komórkowej, WiFi itp.

Rys. 10. Raport z pomiarów

 

LISN (sztuczna sieć)

Badania kompatybilności elektromagnetycznej obejmują nie tylko zaburzenia radiowe. Urządzenia zasilane z jednofazowej sieci elektrycznej o napięciu do 240 V powinny być poddawane dodatkowo badaniom zaburzeń przewodzonych, a więc takich, które są przenoszone przez sieć zasilającą. Mierzone są zaburzenia zarówno w przewodzie fazowym (L1), jak i neutralnym (N). Do przeprowadzenia takich badań niezbędny jest stabilizator sieci zasilającej (LISN), zwany też potocznie sztuczną siecią (fot. 11). Urządzenie to może być traktowane jako filtr górnoprzepustowy, przez który DUT jest dołączany do sieci zasilającej. Zadaniem filtru jest niedopuszczenie do ewentualnego przedostawania się zakłóceń z sieci zasilającej do DUT, a jego specjalna konstrukcja umożliwia jednocześnie pomiar zaburzeń generowanych przez DUT. Zaburzenia w wybranej przełącznikiem linii L1 lub N są mierzone analizatorem widma dołączonym do LISN za pośrednictwem gniazda BNC.

W artykule omawiamy przedcertyfikacyjne pomiary zaburzeń EMI wykonywane przez konstruktora lub producenta. Charakter tych pomiarów zwalnia zainteresowanego z tak rygorystycznego przestrzegania zasad, jakie są wymagane w akredytowanych laboratoriach. Niemniej, badań zaburzeń przewodzonych nie powinno się prowadzić na zwykłym biurku. Muszą być spełnione pewne warunki, które można jednak względnie łatwo spełnić. Stanowisko takie przedstawiono na rys. 12. Jak widać wymagany jest drewniany (nieprzewodzący) stół o wysokości 80 cm ustawiony na poziomej płaszczyźnie przewodzącej w odległości 40 cm od płaszczyzny pionowej, także przewodzącej. Obie płaszczyzny uziemiające powinny mieć wymiary co najmniej dwa razy większe od wymiarów badanego urządzenia. Analizator widma powinien znajdować się poza przewodzącą podłogą w odległości większej niż 1 metr. Sztuczną sieć należy połączyć z powierzchnią uziemiającą z zachowaniem jak najmniejszej rezystancji. W tym celu na tylnej ścianie LISN umieszczono metalową listwę, do której jest dokręcana dwoma śrubami linka uziemiająca.

Rys. 12. Stanowisko do badania zaburzeń przewodzonych z zastosowaniem stabilizatora sieci HM6050-2 i analizatora widma HMS-X

Częstotliwości określone w normach dla zaburzeń przewodzonych obejmują zakres od 9 kHz do 30 MHz. I w tym przypadku w końcowym pomiarze wykorzystywany jest detektor „Quasi Peak”.

 

Wnioski

Wykonywane we własnym zakresie pomiary przedcertyfikacyjne zaburzeń EMI nie dają gwarancji uzyskiwania pozytywnych wyników badań certyfikacyjnych. W wielu przypadkach pomagają jednak przewidywać potencjalne zagrożenia i lokalizować punkty wycieków, które mogą przyczynić się do niepowodzeń w laboratorium. Można uznać, że badania przedcertyfikacyjne wykonywane przez użytkownika po raz pierwszy będą stanowić tylko pewien mniej lub bardziej trafiony punkt odniesienia. Miarodajnej interpretacji trzeba się dopiero nauczyć przez porównanie wyników badań przedcertyfikacyjnych z badaniami laboratoryjnymi. Tak zdobyta wiedza będzie natomiast przydatna w kolejnych badaniach, niekoniecznie dotyczących tego samego urządzenia. Ocenę zasadności inwestycji w pomiarowy zestaw przedceryfikacyjny musi dokonać sam konstruktor/producent. Nie ma tu generalnej recepty.

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”.