Bekijk onze

EMI-probleemoplossing, stap voor stap

  • Thuis
  • EMI-probleemoplossing, stap voor stap
emi-probleemoplossing stap voor stap

In dit artikel beschrijven we de stappen die we gewoonlijk nemen om de vier belangrijkste EMI-problemen op te lossen.

1

EMI-probleemoplossing, stap voor stap

In dit artikel beschrijven we de stappen die we gewoonlijk nemen om de vier belangrijkste EMI-problemen op te lossen; geleide emissies, uitgestraalde emissies, uitgestraalde immuniteit en elektrostatische ontlading.

"Artikel oorspronkelijk gepubliceerd in Interference Technology (https://interferencetechnology.com/emi-troubleshooting-step-step/) door Kenneth Wyatt”

In dit artikel beschrijven we de stappen die we gewoonlijk nemen om de vier belangrijkste EMI-problemen, geleide emissies, uitgestraalde emissies, uitgestraalde immuniteit en elektrostatische ontladingen op te lossen. Hiervan zijn de laatste drie de meest voorkomende problemen, waarbij uitgestraalde emissies doorgaans de grootste mislukking zijn. Als uw product of systeem (EUT) voldoende stroom en I/O-poortfiltering heeft, zijn geleide emissies en de andere immuniteitstests die verband houden met de stroomlijn doorgaans geen probleem.

Voor uw gemak hebben we een lijst met aanbevolen apparatuur opgesteld die nuttig is voor het oplossen van EMI-problemen. De downloadlink staat vermeld in Referentie 1.


Uitgevoerde emissies

Dit is meestal geen probleem als de stroomleidingen voldoende worden gefilterd. Bij veel goedkope voedingen ontbreekt echter een goede filtering. Sommige merken zonder naam hebben helemaal geen filtering! De uitgevoerde emissietest is eenvoudig uit te voeren, dus alsjeblieft.

Stel uw spectrumanalysator als volgt in:

  1. Frequentie 150 kHz tot 30 MHz
  2. Resolutie bandbreedte = 10 of 9 kHz
  3. Voorversterker = Uit
  4. Pas het referentieniveau aan zodat de hoogste harmonischen worden weergegeven en de verticale schaal zelfs in stappen van 10 dB wordt weergegeven
  5. Gebruik aanvankelijk gemiddelde detectie en later CISPR-detectie voor eventuele pieken
  6. Interne demping – begin eerst met 20 tot 30 dB en pas deze aan voor de beste weergave en geen overbelasting van de analysator.
  7. Stel de verticale eenheden in op dBμV

We houden er ook van om de horizontale schaal in te stellen van lineair naar log, zodat frequenties gemakkelijker uit te lezen zijn.

Zorg voor een lijnimpedantiestabilisatienetwerk (LISN) en plaats dit tussen het te testen product of systeem en de spectrumanalysator. Let op onderstaande volgorde van aansluiten!

LET OP : Het is vaak belangrijk om de EUT in te schakelen voordat u de LISN op de analysator aansluit. Dit komt doordat er grote transiënten kunnen optreden bij het opstarten en mogelijk de gevoelige ingangstrap van de analysator kunnen vernietigen. Merk op dat de TekBox LISN een ingebouwde transiëntbeveiliging heeft. Niet iedereen doet dat...je bent gewaarschuwd!

Schakel de EUT in en sluit vervolgens de 50-Ohm uitgangspoort van de LISN aan op de analysator. Merk op dat de harmonischen meestal erg hoog zijn bij de lagere frequenties en afnemen naar 30 MHz. Zorg ervoor dat deze hogere harmonischen de analysator niet oversturen. Voeg indien nodig extra interne demping toe.

Door de gemiddeld gedetecteerde pieken te vergelijken met de juiste CISPR-limieten, kunt u vóór de formele nalevingstests vaststellen of de EUT wel of niet slaagt.


Omgevingszenders

Een probleem waar u meteen tegenaan zult lopen als u buiten een afgeschermde of semi-echoïsche kamer test, is het aantal omgevingssignalen van bronnen zoals FM- en tv-zenders, mobiele telefoons en portofoons. Dit is vooral een probleem bij het gebruik van stroomtangen of externe antennes. Normaal gesproken voeren we een basislijngrafiek uit op de analysator met behulp van de “Max Hold”-modus om een ​​samengestelde omgevingsgrafiek op te bouwen. Vervolgens activeren we aanvullende sporen voor de daadwerkelijke metingen. We hebben bijvoorbeeld vaak drie plots of sporen op het scherm; de omgevingsbasislijn, de “voor”-grafiek en de “na”-grafiek met enige correctie toegepast.

Vaak is het gemakkelijker om het frequentiebereik op de spectrumanalysator te verkleinen tot nul op een bepaalde harmonische, waardoor de meeste omgevingssignalen worden geëlimineerd. Als de harmonische een smalbandige continue golf (CW) is, kan het verminderen van de resolutiebandbreedte (RBW) ook helpen de EUT-harmonischen te scheiden van nabijgelegen omgevingen. Zorg er wel voor dat het verminderen van de RBW niet ook de harmonische amplitude vermindert.

Een andere waarschuwing is dat sterke nabijgelegen zenders de amplitudenauwkeurigheid van de gemeten signalen kunnen beïnvloeden, en ook mengproducten kunnen creëren die harmonischen lijken te zijn, maar in werkelijkheid combinaties zijn van de zenderfrequentie en het mengcircuit in de analysator. Mogelijk moet u een extern banddoorlaatfilter op de gewenste harmonische frequentie gebruiken om de invloed van de externe zender te verminderen. Hoewel duurder, zou een EMI-ontvanger met afgestemde voorselectie nuttiger zijn dan een normale spectrumanalysator in hoge RF-omgevingen. Keysight Technologies en Rohde & Schwarz zouden leveranciers zijn om te overwegen. Al deze technieken worden in meer detail beschreven in Referentie 3.


Uitgestraalde emissies

Dit is normaal gesproken de test met het hoogste risico. Stel uw spectrumanalysator als volgt in:

  1. Frequentie 10 tot 500 MHz
  2. Resolutie bandbreedte = 100 of 120 kHz
  3. Voorversterker = Aan (of gebruik een externe 20 dB voorversterker als de analysator deze niet heeft)
  4. Pas het referentieniveau aan zodat de hoogste harmonischen worden weergegeven en de verticale schaal zelfs in stappen van 10 dB wordt weergegeven
  5. Gebruik positieve piekdetectie
  6. Stel de interne verzwakking in op nul

Soms geef ik er de voorkeur aan om de verticale eenheden in te stellen van de standaard dBm naar dBμV, zodat de weergegeven getallen positief zijn. Dit is ook dezelfde eenheid die wordt gebruikt in de testlimieten van de normen. Ik vind het ook leuk om de horizontale schaal in te stellen van lineair naar log, zodat frequenties gemakkelijker uit te lezen zijn.

Ik voer mijn eerste scan uit tot 500 MHz, omdat dit meestal de slechtste band is voor digitale harmonischen. U wilt ook de emissies tot ten minste 1 GHz (of hoger) registreren om eventuele andere dominante emissies te karakteriseren. Over het algemeen zal het oplossen van de lagere frequentieharmonischen ook de hogere harmonischen verminderen.


Nabij veldonderzoek

De meeste nabije-veldsondesets worden geleverd met zowel E-veld- als H-veldsondes. De keuze voor H-veld- of E-veldsondes hangt af van of u stromen gaat onderzoeken – dat wil zeggen hoge di/dt – (circuitsporen, kabels, enz.) of hoge spanningen – die EMI is, dV/dt – ( schakelende voedingen, enz.) respectievelijk. Beide zijn nuttig voor het lokaliseren van lekkende naden of gaten in afgeschermde behuizingen.

Begin met de grotere H-veldsonde (Afbeelding 1) en snuffel rond in de productbehuizing, printplaat(en) en aangesloten kabels. Het doel is om de belangrijkste geluidsbronnen en specifieke smalband- en breedbandfrequenties te identificeren. Documenteer de waargenomen locaties en dominante frequenties. Terwijl u zich richt op bronnen, wilt u misschien overschakelen naar H-veldsondes met een kleinere diameter, die een grotere resolutie (maar minder gevoeligheid) bieden.

Houd er rekening mee dat niet alle bronnen van hoogfrequente energie op het bord daadwerkelijk zullen uitstralen! Straling vereist een vorm van koppeling met een “antenne-achtige” structuur, zoals een I/O-kabel, stroomkabel of naad in de afgeschermde behuizing.

Vergelijk de harmonische frequenties met bekende klokoscillatoren of andere hoogfrequente bronnen. Het zal helpen om de Clock Oscillator Calculator te gebruiken, ontwikkeld door mijn co-auteur, Patrick André. Zie de downloadlink in referentie 2.

Wanneer u potentiële oplossingen op bordniveau toepast, zorg er dan voor dat u de Near Field-sonde vastplakt om de variatie te verminderen die u zult ervaren in de fysieke locatie van de sondetip. Houd er rekening mee dat we vooral geïnteresseerd zijn in relatieve veranderingen wanneer we oplossingen toepassen.

Ook zijn H-veldsondes het meest gevoelig (zullen de meeste magnetische flux koppelen) wanneer hun vlak parallel aan het spoor of de kabel is georiënteerd. Het is ook het beste om de sonde in een hoek van 90 graden ten opzichte van het vlak van de printplaat te plaatsen. Zie figuur 2.

Stroomsonde Meet vervolgens de aangesloten common-mode-kabelstromen (inclusief stroomkabels) met een hoogfrequente stroomsonde, zoals het Fischer Custom Communications-model F-33-1, of gelijkwaardig (Afbeelding 3). Documenteer de locaties van de bovenste verschillende harmonischen en vergelijk deze met de lijst die is bepaald door middel van nabije veldonderzoek. Deze zullen het meest waarschijnlijk daadwerkelijk uitstralen en testfouten veroorzaken, omdat ze over antenne-achtige structuren (kabels) stromen. Gebruik het door de fabrikant meegeleverde kalibratieschema van de overdrachtsimpedantie om de werkelijke stroom bij een bepaalde frequentie te berekenen. Houd er rekening mee dat er slechts 5 tot 8 μA hoogfrequente stroom nodig is om te voldoen aan de FCC- of CISPR-testlimieten.

Pre-compliancetesten voor uitgestraalde emissies

Als u een pre-compliancetest wilt uitvoeren, (#2 hierboven), en met een gekalibreerde EMI-antenne op een afstand van 3 of 10 meter van de EUT, kunt u het E-veld (dBμV/m) berekenen door de dBμV-meting van de spectrumanalysator en rekening houdend met het coaxverlies, externe voorversterkerversterking (indien gebruikt), eventuele externe verzwakker (indien gebruikt) en antennefactor (uit de antennekalibratie geleverd door de fabrikant). Deze berekening kan vervolgens rechtstreeks worden vergeleken met de testlimieten voor uitgestraalde emissies van 3 m of 10 m, met behulp van de formule:

E-veld (dBμV/m) = SpecAnalyzer (dBμV) – PreampGain (dB) + CoaxLoss (dB) + AttenuatorLoss (dB) + AntFactor (dB)

Voor de doeleinden van dit artikel zal ik mij vooral concentreren op de procedure voor het oplossen van problemen met behulp van een antenne op korte afstand (#1 hierboven) voor algemene karakterisering van harmonische niveaus die feitelijk worden uitgestraald en voor het testen van mogelijke oplossingen. Als u bijvoorbeeld weet dat u bij een bepaalde harmonische frequentie mogelijk 3 dB boven de limiet zit, betekent dit dat uw doel zou moeten zijn om die emissie met 6 tot 10 dB te verminderen voor voldoende marge.

Gebruikelijke problemen

Er zijn een aantal productontwerpgebieden die uitgestraalde emissies kunnen veroorzaken:

  1. Slechte kabelafschermingen zijn het grootste probleem
  2. Lekkende productafscherming
  3. Interne kabels die aansluiten op naden of I/O-gebieden
  4. Sporen met hoge snelheid kruisen gaten in het retourvlak
  5. Suboptimale stapeling van lagen

Raadpleeg de referenties voor aanvullende details over systeem- en printplaatontwerpproblemen die emissiestoringen kunnen veroorzaken.


Uitgestraalde immuniteit

De meeste uitgestraalde immuniteitstests worden uitgevoerd van 80 tot 1000 MHz (of in sommige gevallen zelfs 2,7 GHz). Gebruikelijke testniveaus zijn 3 of 10 V/m. Militaire producten kunnen oplopen tot 50 tot 200 V/m, afhankelijk van de operationele omgeving. De commerciële standaard voor de meeste producten is IEC 61000-4-3, waarvan de testopstelling behoorlijk ingewikkeld is. Met behulp van enkele eenvoudige technieken kunt u de meeste problemen echter snel identificeren en oplossen.

Handheld Radio Voor uitgestraalde immuniteit beginnen we doorgaans buiten de EUT en gebruiken we licentievrije handzenders, zoals de Family Radio Service (FRS) walkietalkies (of gelijkwaardig) om zwakke plekken te bepalen. Door deze radio's met laag vermogen dicht bij het te testen product of systeem te houden, kunt u vaak een storing forceren (Afbeelding 5).

Houd de zendknop ingedrukt en laat de radioantenne rondom de EUT lopen. Dit moet alle kabels, naden, displaypoorten, enz. omvatten.

Referenties

Aanbevolen lijst met apparatuur voor het oplossen van EMI-problemen – http://www.emc-seminars.com/EMI_Troubleshooting_Equipment_List-Wyatt.pdf

  1. Klokoscillatorcalculator (Patrick André) – http://andreconsulting.com/Harmonics.xls
  2. André en Wyatt, EMI-kookboek voor probleemoplossing voor productontwerpers, SciTech, 2014.
  3. Joffe en Lock, Gronden voor aarding, Wiley, 2010
  4. Ott, Elektromagnetische compatibiliteitstechniek, Wiley, 2009
  5. Mardiguian, EMI-probleemoplossingstechnieken, McGraw-Hill, 2000
  6. Montrose, EMC eenvoudig gemaakt, Montrose Compliance Services, 2014
  7. Morrison, Aarding en afscherming – circuits en interferentie, Wiley, 2016
  8. Williams, EMC voor productontwerpers, Newnes, 2017

Blij om te helpen
Toegestane maximale grootte is 20 {{ achtervoegsel }}. U kunt meerdere bestanden uploaden