EMI-Fehlerbehebung, Schritt für Schritt

EMI-Fehlerbehebung, Schritt für Schritt

In diesem Artikel beschreiben wir die Schritte, die wir normalerweise unternehmen, um die vier häufigsten EMI-Probleme zu beheben. leitungsgebundene Emissionen, abgestrahlte Emissionen, Strahlungsimmunität und elektrostatische Entladung.

„Artikel ursprünglich veröffentlicht in Interference Technology (https://interferencetechnology.com/emi-troubleshooting-step-step/) von Kenneth Wyatt“

In diesem Artikel beschreiben wir die Schritte, die wir normalerweise unternehmen, um die vier häufigsten EMI-Probleme zu beheben: leitungsgebundene Emissionen, abgestrahlte Emissionen, Strahlungsimmunität und elektrostatische Entladung. Von diesen sind die letzten drei die am weitesten verbreiteten Probleme, wobei Strahlungsemissionen in der Regel der Hauptfehler sind. Wenn Ihr Produkt oder System (EUT) über eine ausreichende Stromversorgung und E/A-Port-Filterung verfügt, stellen leitungsgebundene Emissionen und andere stromleitungsbezogene Immunitätstests normalerweise kein Problem dar.

Zu Ihrer Bequemlichkeit haben wir eine Liste empfohlener Geräte zusammengestellt, die für die Fehlerbehebung bei elektromagnetischen Störungen nützlich sind. Der Download-Link ist in Referenz 1 aufgeführt.

Leitungsgebundene Emissionen

Bei ausreichender Netzfilterung stellt dies in der Regel kein Problem dar, allerdings mangelt es vielen kostengünstigen Netzteilen an einer guten Filterung. Einige „No-Name“-Marken haben überhaupt keine Filterung! Der durchgeführte Emissionstest ist einfach durchzuführen, also los geht's.

Richten Sie Ihren Spektrumanalysator wie folgt ein:

1. Frequenz 150 kHz bis 30 MHz
2. Auflösungsbandbreite = 10 oder 9 kHz
3. Vorverstärker = Aus
4. Passen Sie den Referenzpegel so an, dass die höchsten Harmonischen angezeigt werden und die vertikale Skala gleichmäßige 10-dB-Schritte anzeigt
5. Verwenden Sie zunächst die Durchschnittserkennung und später die CISPR-Erkennung für alle Spitzen
6. Interne Dämpfung – beginnen Sie zunächst mit 20 bis 30 dB und passen Sie sie an, um eine optimale Anzeige und keine Überlastung des Analysators zu erzielen.
7. Stellen Sie die vertikalen Einheiten auf dBμV ein

Wir stellen die horizontale Skala auch gerne von linear auf logarithmisch ein, damit Frequenzen leichter abzulesen sind.

Besorgen Sie sich ein Line Impedance Stabilization Network (LISN) und positionieren Sie es zwischen dem zu testenden Produkt oder System und dem Spektrumanalysator. Beachten Sie die nachfolgende Anschlussreihenfolge!

ACHTUNG : Es ist oft wichtig, das EUT einzuschalten, bevor das LISN an den Analysator angeschlossen wird. Dies liegt daran, dass beim Einschalten große Transienten auftreten können, die möglicherweise die empfindliche Eingangsstufe des Analysators zerstören können. Beachten Sie, dass die TekBox LISN über einen integrierten Transientenschutz verfügt. Das tun nicht alle … Sie wurden gewarnt!

Schalten Sie das EUT ein und verbinden Sie dann den 50-Ohm-Ausgangsport des LISN mit dem Analysator. Beachten Sie, dass die Harmonischen bei den niedrigeren Frequenzen normalerweise sehr hoch sind und in Richtung 30 MHz schwächer werden. Stellen Sie sicher, dass diese höheren Harmonischen den Analysator nicht übersteuern. Fügen Sie bei Bedarf zusätzliche interne Dämpfung hinzu.

Durch den Vergleich der durchschnittlichen erkannten Spitzen mit den entsprechenden CISPR-Grenzwerten können Sie vor der formellen Konformitätsprüfung feststellen, ob der EUT bestanden wird oder nicht.

Umgebungssender

Ein Problem, auf das Sie sofort stoßen, wenn Sie außerhalb eines abgeschirmten Raums oder einer halb schalltoten Kammer testen, ist die Anzahl der Umgebungssignale von Quellen wie UKW- und Fernsehsendern, Mobiltelefonen und Funkgeräten. Dies ist insbesondere bei der Verwendung von Stromzangen oder externen Antennen ein Problem. Normalerweise führen wir auf dem Analysegerät im „Max Hold“-Modus ein Basisliniendiagramm aus, um ein zusammengesetztes Umgebungsdiagramm zu erstellen. Anschließend aktivieren wir zusätzliche Spuren für die eigentlichen Messungen. Beispielsweise haben wir oft drei Diagramme oder Spuren auf dem Bildschirm; die Umgebungsgrundlinie, das „Vorher“-Diagramm und das „Nachher“-Diagramm mit einigen angewendeten Korrekturen.

Oft ist es einfacher, den Frequenzbereich des Spektrumanalysators auf eine bestimmte Harmonische einzuschränken und so die meisten Umgebungssignale zu eliminieren. Wenn es sich bei der Oberwelle um eine Schmalband-Dauerwelle (CW) handelt, kann die Reduzierung der Auflösungsbandbreite (RBW) auch dazu beitragen, die Oberwellen des Prüflings von der Umgebung in der Nähe zu trennen. Stellen Sie jedoch sicher, dass durch die Reduzierung des RBW nicht auch die harmonische Amplitude verringert wird.

Eine weitere Vorsichtsmaßnahme besteht darin, dass starke Sender in der Nähe die Amplitudengenauigkeit der gemessenen Signale beeinträchtigen und Mischprodukte erzeugen können, die scheinbar Oberwellen sind, in Wirklichkeit aber Kombinationen aus Senderfrequenz und Mischerschaltung im Analysator sind. Möglicherweise müssen Sie einen externen Bandpassfilter bei der gewünschten harmonischen Frequenz verwenden, um die Auswirkungen des externen Senders zu reduzieren. Obwohl teurer, wäre ein EMI-Empfänger mit abgestimmter Vorauswahl in Umgebungen mit hohem HF-Gehalt nützlicher als ein normaler Spektrumanalysator. Keysight Technologies und Rohde & Schwarz wären als Lieferanten in Betracht zu ziehen. Alle diese Techniken werden in Referenz 3 ausführlicher beschrieben.

Strahlungsemissionen

Dies ist normalerweise der Test mit dem höchsten Risiko. Richten Sie Ihren Spektrumanalysator wie folgt ein:

1. Frequenz 10 bis 500 MHz
2. Auflösungsbandbreite = 100 oder 120 kHz
3. Vorverstärker = Ein (oder verwenden Sie einen externen 20-dB-Vorverstärker, wenn der Analysator dies nicht hat)
4. Passen Sie den Referenzpegel so an, dass die höchsten Harmonischen angezeigt werden und die vertikale Skala gleichmäßige 10-dB-Schritte anzeigt
5. Verwenden Sie die Erkennung positiver Spitzenwerte
6. Stellen Sie die interne Dämpfung = Null ein

Manchmal bevorzuge ich es, die vertikalen Einheiten vom Standard-dBm auf dBμV einzustellen, damit die angezeigten Zahlen positiv sind. Dies ist auch die gleiche Einheit, die in den Prüfgrenzen der Normen verwendet wird. Außerdem stelle ich die horizontale Skala gerne von linear auf logarithmisch ein, damit sich Frequenzen leichter ablesen lassen.

Ich führe meinen ersten Scan bis 500 MHz durch, da dies normalerweise das Worst-Case-Band für digitale Oberwellen ist. Sie sollten auch die Emissionen mindestens bis zu 1 GHz (oder höher) aufzeichnen, um alle anderen dominanten Emissionen zu charakterisieren. Im Allgemeinen werden durch die Auflösung der Harmonischen mit niedrigerer Frequenz auch die Harmonischen mit höherer Frequenz reduziert.

Nahfeldsondierung

Die meisten Nahfeldsonden-Kits enthalten sowohl E-Feld- als auch H-Feld-Sonden. Die Entscheidung für H-Feld- oder E-Feld-Sonden hängt davon ab, ob Sie Ströme – also hohe di/dt – (Leiterbahnen, Kabel usw.) oder hohe Spannungen – d. h. EMI, dV/dt – ( Schaltnetzteile usw.) bzw. Beide sind nützlich, um undichte Nähte oder Lücken in abgeschirmten Gehäusen zu lokalisieren.

Beginnen Sie mit der größeren H-Feld-Sonde (Abbildung 1) und schnüffeln Sie am Produktgehäuse, an der/den Leiterplatte(n) und den angeschlossenen Kabeln herum. Ziel ist die Identifizierung wichtiger Lärmquellen sowie spezifischer Schmalband- und Breitbandfrequenzen. Dokumentieren Sie die beobachteten Standorte und dominanten Frequenzen. Wenn Sie sich auf Quellen konzentrieren, möchten Sie möglicherweise auf H-Feldsonden mit kleinerem Durchmesser umsteigen, die eine höhere Auflösung (aber weniger Empfindlichkeit) bieten.