Przedcertyfikacyjne pomiary EMI analizatorem Rohde & Schwarz FPC1500

Prowadzenie pomiarów

Przygotowanie szablonów pomiarów umożliwia wielokrotne powtarzanie testów bez konieczności każdorazowego definiowania parametrów. Do rozpoczęcia pomiaru wystarczy więc tylko otworzyć szablon w trybie wykonania i uruchomić procedurę pomiarową naciskając przycisk Run (znak trójkąta w prawym górnym rogu ekranu). Cały test nie wymaga żadnej ingerencji operatora, przebiega automatycznie.

W pierwszej fazie pomiaru analizator pracuje w trybie odbiornika skanującego. Oznacza to, że jest przestrajany od częstotliwości początkowej do końcowej z przyjętym krokiem skanowania. Rachunek wykazuje, że jeśli zakres częstotliwości pomiarowych rozciąga się od 30 MHz do 230 MHz, to przy kroku skanowania 60 kHz odbiornik musi wykonać 3333 pomiary. Jeśli tę liczbę przemnoży się przez czas pomiaru w każdym punkcie, okazuje się, że całkowity czas pomiaru może być bardzo długi.

Stosowanie wymaganego w ostatecznym pomiarze detektora Quasi Peak w całym zakresie częstotliwości byłoby istnym szaleństwem. Dlatego w pierwszej fazie do pomiaru jest używany znacznie szybszy detektor Max Peak. Widmo nie jest wprawdzie mierzone tak dokładnie jak z użyciem detektora Quasi Peak, ale dostatecznie dokładnie można wyznaczyć punkty krytyczne (częstotliwości, dla których występują maksymalne poziomy). Takie punkty są zapamiętywane w programie. Po pomiarze wstępnym przyrząd jest przełączany w tryb odbiornika z ustaloną częstotliwością, następnie jest wybierany detektor Quasi Peak i ponownie mierzone są już tylko punkty krytyczne.

Linie limitów wartości

Jeśli w takim badaniu wskazano linie limitów odpowiednie dla normy wg której testowany jest DUT i okaże się, że w którymś z punktów linie te zostały przekroczone, to oprogramowanie automatycznie kwalifikuje wynik jako „negatywny”. W przeciwnym przypadku wynik jest „pozytywny”, lub „nieokreślony”, co zostaje zaznaczone w centralnej górnej części ekranu (rys. 10). Taka kwalifikacja stanowi podstawę do ostatecznej decyzji podejmowanej już przez osobę wykonującą pomiary i jest umieszczana w raporcie końcowym. Mimo negatywnej oceny testu operator może ręcznie zmienić kwalifikację, jeśli uzna, że przekroczenie limitu w jakimś punkcie wynikało z przyczyn niezależnych od zachowania się DUT (np. na skutek nałożenie się jakiegoś sygnału z otoczenia).

Należy pamiętać, że linie limitów są definiowane dla pomiarów laboratoryjnych i zwykle nie odpowiadają warunkom panującym na stanowisku konstruktora. Doświadczony konstruktor może oczywiście wypracować własne odpowiedniki takich norm, przygotowane na podstawie porównań pomiarów własnych z laboratoryjnymi. Wymaga to jednak co najmniej kilku podejść do pomiarów laboratoryjnych (niekoniecznie dla jednego wyrobu).

Rys. 10. Okno pomiarów z oceną końcową

Ideą pomiarów przedcertyfikacyjnych jest takie dopracowanie konstruowanego urządzenia jeszcze na etapie projektowania i prototypowania, aby jego producent czuł się w miarę pewnie w momencie przekazywania tegoż urządzenia do certyfikacji. Zatem jeśli pierwsze pomiary przedcertyfikacyjne wypadną niepomyślnie, urządzenie powinno wrócić do konstruktora, który – niestety – musi wyeliminować przyczyny wykrytych zaburzeń. Jak ma to zrobić? Oczywiście nikt mu tego nie powie. Czasami problem  może okazać się prosty, częściej trzeba postępować metodą prób i błędów. Po każdej poprawce pomiar powinien być przeprowadzony ponownie. Raczej nie powinno się wykonywać kilku poprawek jednocześnie, gdyż nie będzie wiadomo która okazała się skuteczna. Oczywista staje się zatem konieczność ponownego wykonania testu. Jak jednak wiadomo cały pomiar może trwać długo, więc korzystne byłoby teraz wykonanie pomiarów tylko w wykrytych punktach krytycznych.

W programie ELEKTRA jest to możliwe pod warunkiem zapisania wyników na dysku. Nie wykonuje się pomiaru wstępnego, tylko od razu przechodzi się do pomiaru końcowego detektorem Quasi Peak w punktach krytycznych. Ważne jest jednak, aby odtworzyć warunki z pierwszego pomiaru, tj. zastosować tę samą sondę i umieścić ją dokładnie w takim samym położeniu jak w pierwszym pomiarze. Uzyskanie pozytywnych wyników może (nie musi) oznaczać osiągnięcie stanu, w którym urządzenie nadaje się do certyfikacji. Na koniec warto oczywiście na wszelki wypadek powtórzyć cały pomiar, gdyż wprowadzone zmiany mogły spowodować powstanie zaburzeń w innych punktach widma.

Raport

Wszystkie pomiary są dokumentowane. Użytkownik może utworzyć raport w postaci elektronicznej (w formacie PDF). ELEKTRA zawiera specjalny edytor. Dokument składa się z dostępnych komponentów. Są to m.in.:

  • informacje tekstowe podawane na formularzu pomiarowym,
  • a także inne pola udostępniane przez edytor, np.:
  • pole z nazwą raportu,
  • wykonawcą pomiarów,
  • nazwą urządzenia,
  • datą,
  • wykresy i tabele wyników,
  • a nawet rysunki i fotografie urządzenia.

Wszystkie te elementy przenosi się z ogólnego zasobnika komponentów do zasobnika raportu, można też dołączać elementy zewnętrzne z dysku (rysunki, fotografie itp.). Dokument można oglądać dopiero po naciśnięciu przycisku odświeżenia, a plik PDF tworzy się po wydaniu polecenia eksportu PDF (rys. 11).

Rys. 11. Okno edycji raportu z pomiarów

Badania EMI bez ELEKTRY

Program ELEKTRA jest profesjonalnym narzędziem software’owym wykorzystywanym w laboratoriach certyfikujących, ale jak już wiadomo Rohde&Schwarz oferuje go również producentom planującym prowadzenie badań przedcertyfikacyjnych we własnych biurach konstrukcyjnych. Jest to jednak wyrób komercyjny, zwiększający koszt takiego stanowiska pomiarowego. Nasuwa się więc pytanie czy można wykonać testy przedcertyfikacyjne samym analizatorem, bez oprogramowania komputerowego? Odpowiedź jest twierdząca, aczkolwiek pomiary takie trzeba traktować tylko jako dość daleko idące uproszenie w porównaniu z tym co oferuje ELEKTRA.

Zdolność do prowadzenia takich pomiarów wynika z faktu, że analizator FPC1500 może pracować autonomicznie w trybie odbiornika skanującego. Jest to zatem dokładnie ten sam tryb, w który program ELEKTRA przestawia analizator podczas badań certyfikacyjnych. Jeśli użytkownik nie korzysta z ELEKTRY, musi zadbać o ręczne przełączenie przyrządu. Dalej postępowanie jest podobne, tzn. należy wprowadzić kilka parametrów, takich jak:

  • zakres skanowania częstotliwości,
  • krok skanowania,
  • pasmo (parametr „BW”),
  • czułość,
  • typ detektora,

a następnie uruchomić pomiar.

Tym razem będzie się on składał tylko z jednego etapu: skanowanie od częstotliwości początkowej do końcowej z ustalonym skokiem (rys. 12).

Decydując się na zastosowanie detektora Quasi Peak trzeba się będzie pogodzić z możliwym bardzo długim czasem pomiaru. Z tego względu wskazane wydaje się stosowanie detektora Max Peak, a następnie wykonanie ręcznych pomiarów punktowych dla częstotliwości, w których wystąpiły maksima wskazań. Taka metoda postępowania przypomina algorytm zastosowany w programie ELEKTRA, z tym że zrealizowany ze sterowaniem ręcznym.

Fot. 12. Pomiar zaburzeń EMI analizatorem FPC1500 bez programu ELEKTRA

Pomiary zaburzeń przewodzonych

W artykule skoncentrowano się przede wszystkim na badaniach zaburzeń promieniowanych za pomocą analizatora FPC1500. Przyrząd ten używa się również w przedcertyfikacyjnych pomiarach zaburzeń przewodzonych. W tym przypadku stosuje się nieco inną metodykę, inaczej wyglądają stanowiska pomiarowe i inne obowiązują zakresy częstotliwości. Najważniejszą różnicą jest konieczność stosowania tzw. sztucznej sieci (LISN – Line Impedance Stabilization Network). Jej zadaniem jest separacja urządzenia badanego od sieci zasilającej, a także stabilizacja impedancji tej sieci. Bez ustabilizowanej impedancji wyniki pomiarów prowadzonych w szerokim zakresie częstotliwości będą obarczone sporymi błędami.

Do pomiarów zaburzeń przewodzonych R&S oferuje sztuczną sieć HM6050 artificial network spełniającą wszystkie wymagania stawiane tego typu urządzeniom. Staranne przygotowanie stanowiska pomiarowego w firmie użytkownika powinno zapewnić dużą zgodność uzyskanych przez niego wyników z wynikami laboratoryjnymi. Pomiary zaburzeń przewodzonych nie są tak wrażliwe na czynniki zewnętrzne, jak pomiary zaburzeń promieniowanych. Jeśli typ urządzenia przewidzianego do certyfikacji wymaga tego rodzaju badań, warto rozważyć uzupełnienie stanowiska do badań przedcertyfikacyjnych o sztuczną sieć.

Podsumowanie

Analizator R&S FPC1500 wraz z programem ELEKTRA i kompletem sond do pomiarów w bliskim polu należy uznać za jedną z najlepszych konfiguracji do przedcertyfikacyjnych pomiarów zaburzeń elektromagnetycznych. Pewną zachętą dla potencjalnych nabywców jest w miarę akceptowalna cena zestawu. Ważny jest także fakt, że jego komponenty pochodzą od renomowanej firmy zaliczanej do czołowych producentów w tej branży.

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”.