EMI sorun giderme, adım adım

  • Ev
  • EMI sorun giderme, adım adım
emi sorun giderme adım adım

Bu yazıda, genellikle en sık karşılaşılan dört EMI sorununu gidermek için uyguladığımız adımları açıklayacağız.

EMI sorun giderme, adım adım

Bu makalede, genellikle dört ana EMI sorununu gidermek için uyguladığımız adımları açıklayacağız; iletilen emisyonlar, yayılan emisyonlar, yayılan bağışıklık ve elektrostatik deşarj.

"Makale ilk olarak Kenneth Wyatt tarafından Interference Technology'de (https://interferencetechnology.com/emi-troubleshooting-step-step/) yayınlanmıştır"

Bu makalede, en sık karşılaşılan dört EMI sorunu olan iletimli emisyonlar, ışınımlı emisyonlar, ışınımlı bağışıklık ve elektrostatik deşarjı gidermek için genellikle uyguladığımız adımları açıklayacağız. Bunlardan son üçü en yaygın sorunlardır ve ışınımlı emisyonlar genellikle bir numaralı arızadır. Ürününüz veya sisteminiz (EUT) yeterli güç ve G/Ç bağlantı noktası filtrelemesine sahipse, iletimli emisyonlar ve güç hattıyla ilgili diğer bağışıklık testleri genellikle sorun teşkil etmez.

Kolaylığınız için, EMI sorunlarını gidermek için önerilen ekipmanların bir listesini hazırladık. İndirme bağlantısı Referans 1'de listelenmiştir.

İletilen Emisyonlar

Yeterli güç hattı filtrelemesi varsa bu genellikle bir sorun teşkil etmez, ancak birçok düşük maliyetli güç kaynağında iyi filtreleme yoktur. Bazı "isimsiz" markalarda ise hiç filtreleme yoktur! Ölçümlü emisyon testi kolayca yapılabilir, işte burada.

Spektrum analizörünüzü aşağıdaki şekilde ayarlayın:

  1. Frekans 150 kHz ila 30 MHz
  2. Çözünürlük bant genişliği = 10 veya 9 kHz
  3. Ön Amplifikatör = Kapalı
  4. Referans Seviyesini, en yüksek harmoniklerin görüntüleneceği ve dikey ölçeğin 10 dB'lik artışlarla okunacağı şekilde ayarlayın
  5. Başlangıçta ortalama tespiti kullanın ve daha sonra herhangi bir tepe noktasında CISPR tespitini kullanın
  6. Dahili zayıflama – ilk önce 20 ila 30 dB ile başlayın ve en iyi görüntüyü elde etmek ve analizörün aşırı yüklenmesini önlemek için ayarlayın.
  7. Dikey birimleri dBμV olarak ayarlayın

Ayrıca yatay ölçeği doğrusaldan logaritmaya doğru ayarlamayı seviyoruz, böylece frekansları okumak daha kolay oluyor.

Bir Hat Empedans Sabitleme Ağı (LISN) edinin ve test edilen ürün veya sistem ile spektrum analizörü arasına yerleştirin. Aşağıdaki bağlantı sırasına dikkat edin!

DİKKAT : LISN'i analizöre bağlamadan önce EUT'yi çalıştırmak genellikle önemlidir. Bunun nedeni, çalıştırma sırasında büyük geçişlerin meydana gelebilmesi ve analizörün hassas giriş aşamasını tahrip edebilmesidir. TekBox LISN'de dahili geçiş koruması olduğunu unutmayın. Ancak hepsinde bu özellik yoktur... uyarıldınız!

EUT'yi çalıştırın ve ardından LISN'nin 50 Ohm çıkış portunu analizöre bağlayın. Harmoniklerin genellikle düşük frekanslarda çok yüksek olduğunu ve 30 MHz'e doğru azaldığını unutmayın. Bu yüksek harmoniklerin analizörü aşırı yüklemediğinden emin olun. Gerekirse ek dahili zayıflama ekleyin.

Ortalama tespit edilen tepe noktalarını uygun CISPR limitleriyle karşılaştırarak, resmi uyumluluk testinden önce EUT'nin başarılı mı yoksa başarısız mı olduğunu söyleyebileceksiniz.

Ortam Vericileri

Korumalı bir oda veya yarı yankısız bir odanın dışında test yaparken hemen karşılaşacağınız bir sorun, FM ve TV yayın vericileri, cep telefonu ve telsizler gibi kaynaklardan gelen ortam sinyallerinin sayısıdır. Bu, özellikle akım probları veya harici antenler kullanıldığında bir sorun teşkil eder. Genellikle, bileşik bir ortam grafiği oluşturmak için analizörde "Maksimum Tutma" modunu kullanarak bir temel grafik çalıştırırız. Ardından, gerçek ölçümler için ek izleri etkinleştiririz. Örneğin, ekranda genellikle üç grafik veya iz bulunur; ortam temel grafiği, "önceki" grafik ve bir miktar düzeltme uygulanmış "sonraki" grafik.

Genellikle, spektrum analizöründeki frekans aralığını belirli bir harmoniğe odaklanacak şekilde daraltmak ve böylece ortam sinyallerinin çoğunu ortadan kaldırmak daha kolaydır. Harmonik dar bantlı sürekli dalga (CW) ise, çözünürlük bant genişliğini (RBW) azaltmak da EUT harmoniklerini yakındaki ortam sinyallerinden ayırmaya yardımcı olabilir. Ancak, RBW'yi azaltmanın harmonik genliğini de azaltmadığından emin olun.

Bir diğer uyarı da, yakındaki güçlü vericilerin ölçülen sinyallerin genlik doğruluğunu etkileyebileceği ve harmonik gibi görünen, ancak aslında analizördeki verici frekansı ve mikser devresinin bir kombinasyonu olan karışım ürünleri oluşturabileceğidir. Harici vericinin etkisini azaltmak için istenen harmonik frekansta harici bir bant geçiren filtre kullanmanız gerekebilir. Daha pahalı olsa da, ayarlanmış ön seçimli bir EMI alıcısı, yüksek RF ortamlarında normal bir spektrum analizöründen daha kullanışlı olacaktır. Keysight Technologies ve Rohde & Schwarz, dikkate alınması gereken tedarikçilerdir. Tüm bu teknikler Referans 3'te daha ayrıntılı olarak açıklanmaktadır.

Yayılan Emisyonlar

Bu genellikle en yüksek riskli testtir. Spektrum analizörünüzü aşağıdaki gibi ayarlayın:

  1. Frekans 10 ila 500 MHz
  2. Çözünürlük bant genişliği = 100 veya 120 kHz
  3. Ön Amplifikatör = Açık (veya analizörde bu yoksa harici bir 20 dB ön amplifikatör kullanın)
  4. En yüksek harmoniklerin görüntülenmesini ve dikey ölçeğin 10 dB'lik artışlarla okunmasını sağlamak için Referans Seviyesini ayarlayın
  5. Pozitif tepe tespiti kullanın
  6. Dahili zayıflamayı sıfıra ayarlayın

Bazen dikey birimleri varsayılan dBm'den dBμV'ye ayarlamayı tercih ediyorum, böylece görüntülenen sayılar pozitif oluyor. Bu aynı zamanda standartların test sınırlarında kullanılan birimdir. Ayrıca, frekansların okunmasını kolaylaştırmak için yatay ölçeği doğrusaldan logaritmaya ayarlamayı seviyorum.

İlk taramamı 500 MHz'e kadar gerçekleştiriyorum, çünkü bu genellikle dijital harmonikler için en kötü durum bandıdır. Ayrıca, diğer baskın emisyonları karakterize etmek için en az 1 GHz'e (veya daha yüksek) kadar olan emisyonları da kaydetmek isteyeceksiniz. Genel olarak, düşük frekanslı harmoniklerin çözülmesi, yüksek harmoniklerin de azalmasına neden olacaktır.

Yakın Alan Araştırması

Çoğu yakın alan prob kiti hem E-alan hem de H-alan problarıyla birlikte gelir. H-alan veya E-alan probları arasında karar vermek, akımları mı (yani yüksek di/dt) (devre izleri, kablolar vb.) yoksa yüksek voltajları mı (yani EMI, dV/dt) (anahtarlama güç kaynakları vb.) ölçeceğinize bağlıdır. Her ikisi de korumalı muhafazalardaki sızdıran derzleri veya boşlukları bulmak için kullanışlıdır.

Daha büyük H-alanı probu ile başlayın (Şekil 1) ve ürün muhafazasını, devre kartını/kartlarını ve bağlı kabloları inceleyin. Amaç, ana gürültü kaynaklarını ve belirli dar bant ve geniş bant frekanslarını belirlemektir. Gözlemlenen konumları ve baskın frekansları kaydedin. Kaynaklara odaklandıkça, daha yüksek çözünürlük (ancak daha az hassasiyet) sunan daha küçük çaplı H-alanı problarına geçmek isteyebilirsiniz.

EMI sorun giderme, adım adım

Şekil 1. Yakın alan probu, potansiyel emisyon kaynaklarının belirlenmesine yardımcı olmak için kullanılır.

EMI sorun giderme, adım adım

Şekil 2. H-alan probları, gösterildiği gibi devre izine veya kabloya göre yönlendirildiğinde en iyi hassasiyeti sunar. Şekil, Patrick André'nin izniyle.

Kart üzerinde bulunan tüm yüksek frekanslı enerji kaynaklarının radyasyon yaymayacağını unutmayın! Radyasyon, bir G/Ç kablosu, güç kablosu veya korumalı muhafazadaki birleşim yeri gibi "anten benzeri" bir yapıya bağlanmayı gerektirir.

Harmonik frekansları bilinen saat osilatörleri veya diğer yüksek frekans kaynaklarıyla karşılaştırın. Ortak yazarım Patrick André tarafından geliştirilen Saat Osilatörü Hesaplayıcısı'nı kullanmak faydalı olacaktır. Referans 2'deki indirme bağlantısına bakın.

Kart düzeyinde olası düzeltmeleri uygularken, prob ucunun fiziksel konumunda yaşayacağınız değişimi azaltmak için yakın alan probunu bantladığınızdan emin olun. Düzeltmeleri uygularken esas olarak göreceli değişikliklerle ilgilendiğimizi unutmayın.

Ayrıca, H-alan probları, düzlemleri iz veya kablo ile paralel olduğunda en hassastır (en fazla manyetik akıyı birleştirir). Probu, PC kartının düzlemine 90 derecelik açıyla yerleştirmek de en iyisidir. Şekil 2'ye bakın.

Akım Probu Ardından, Fischer Custom Communications model F-33-1 veya eşdeğeri gibi yüksek frekanslı bir akım probu ile bağlı ortak mod kablo akımlarını (güç kabloları dahil) ölçün (Şekil 3). En üstteki birkaç harmoniğin konumlarını belgeleyin ve yakın alan ölçümüyle belirlenen listeyle karşılaştırın. Bunlar, anten benzeri yapılar (kablolar) üzerinde aktıkları için gerçekte radyasyon yayma ve test başarısızlıklarına neden olma olasılığı en yüksek olanlardır. Belirli bir frekanstaki gerçek akımı hesaplamak için üreticinin sağladığı transfer empedansı kalibrasyon grafiğini kullanın. FCC veya CISPR test limitlerini aşmak için yalnızca 5 ila 8 μA yüksek frekanslı akımın yeterli olduğunu unutmayın.

EMI sorun giderme, adım adım

Şekil 3. G/Ç ve güç kablolarında akan yüksek frekanslı akımları ölçmek için akım probunun kullanımı.

Harmonikleri en üst düzeye çıkarmak için akım probunu ileri geri kaydırmak iyi bir fikirdir. Bunun nedeni, kablodaki durağan dalgalar nedeniyle bazı frekansların farklı yerlerde rezonansa girmesidir.

Bir tel veya kabloda akan akım göz önüne alındığında, ilgili frekansta uzunluğun elektriksel olarak kısa olduğu varsayılarak, yayılan E-alanını (V/m) tahmin etmek de mümkündür. Bunun, 200 MHz'e kadar 1 m uzunluğundaki kablolar için doğru olduğu gösterilmiştir. Ayrıntılar için Kaynak 3'e bakın.

Harici Antenlerin Kullanımına İlişkin Not

Harici EMI antenleri kullanırken iki farklı hedef olduğunu unutmayın;

  1. Göreceli sorun giderme, arızalı frekans alanlarını bilmeniz ve genliklerini azaltmanız gereken yerdir. Kalibre edilmiş bir anten gerekli değildir, çünkü yalnızca göreli değişiklikler önemlidir. Önemli olan, EUT'den gelen harmonik içeriğin kolayca görülebilmesidir.
  2. Uyumluluk öncesi test, uyumluluk test laboratuvarı tarafından kullanılan test kurulumunu kopyalamak istediğiniz bir testtir. Yani, kalibre edilmiş bir anteni test edilen ürün veya sistemden 3 veya 10 metre uzağa kurmak ve testin başarılı mı yoksa başarısız mı olduğunu önceden belirlemek.
Radyasyon Emisyonları için Ön Uyumluluk Testi

Ön uyumluluk testi (yukarıdaki 2. örnek) yapmak istiyorsanız, EUT'den 3 m veya 10 m uzaklıkta kalibre edilmiş bir EMI anteni verildiğinde, spektrum analizörünün dBμV okumasını kaydedip koaksiyel kaybı, harici ön amplifikatör kazancını (kullanılıyorsa), herhangi bir harici zayıflatıcıyı (kullanılıyorsa) ve anten faktörünü (üretici tarafından sağlanan anten kalibrasyonundan) hesaba katarak E alanını (dBμV/m) hesaplayabilirsiniz. Bu hesaplama daha sonra şu formül kullanılarak doğrudan 3 m veya 10 m yayılan emisyon test limitleriyle karşılaştırılabilir:

E-alanı (dBμV/m) = SpecAnalyzer (dBμV) – Ön Amplifikatör Kazancı (dB) + Koaksiyel Kaybı (dB) + Zayıflatıcı Kaybı (dB) + AntFaktörü (dB)

Bu makalede, esas olarak, gerçekte yayılan harmonik seviyelerinin genel karakterizasyonu ve olası çözümlerin test edilmesi için yakın aralıklı bir anten (#1) kullanarak sorun giderme prosedürüne odaklanacağım. Örneğin, belirli bir harmonik frekansta sınırın 3 dB üzerinde olabileceğinizi bilmek, hedefinizin yeterli marj için bu emisyonu 6 ila 10 dB azaltmak olması gerektiği anlamına gelir.

EMI sorun giderme, adım adım

Şekil 4. Nedenleri giderirken gerçek yayılan emisyonları ölçmek için tipik bir test düzeneği.

Yakın Mesafeli Antenle Sorun Giderme

Ürünün harmonik profili tamamen tanımlandıktan sonra, hangi harmoniklerin gerçekte yayıldığını görme zamanı gelir. Bunu yapmak için, test edilen ürün veya sistemden en az 1 m uzakta bir anten kullanarak gerçek emisyonları ölçüyoruz (Şekil 4). Genellikle, bağlı G/Ç veya güç kablolarından ve korumalı muhafazadan sızıntı olur. Bu verileri yakın alan ve akım problarının verileriyle karşılaştırın. Şimdi, tespit edilen emisyonların olası kaynağını/kaynaklarını belirleyebilir misiniz?

Kabloları tek tek çıkararak kablo radyasyonunun baskın sorun olup olmadığını belirlemeye çalışın. Ayrıca, test amacıyla bir veya daha fazla kabloya ferrit bobini takmayı da deneyebilirsiniz. Yakın alan problarını kullanarak, korumalı muhafazadaki dikişlerden veya açıklıklardan da sızıntı olup olmadığını belirleyin.

Emisyon kaynakları belirlendikten sonra, filtreleme, topraklama ve ekranlama bilginizi kullanarak sorunlu emisyonları azaltabilirsiniz. Ürünün içinden dışarıdaki kablolara kadar olan bağlantı yolunu belirlemeye çalışın. Bazı durumlarda, katman dizilimini optimize ederek veya dönüş düzlemlerindeki boşluklardan geçen yüksek hızlı hatları ortadan kaldırarak vb. devre kartının yeniden tasarlanması gerekebilir. Sonuçları belirli bir mesafedeki bir antenle gerçek zamanlı olarak gözlemleyerek, azaltma aşaması hızla ilerleyecektir.

Ortak Sorunlar

Radyasyon emisyonlarına neden olabilecek bir dizi ürün tasarım alanı vardır:

  1. Zayıf kablo kalkanı sonlandırmalarının en büyük sorun olduğu
  2. Sızdıran ürün koruması
  3. Dahili kabloların dikişlere veya G/Ç alanlarına bağlanması
  4. Dönüş düzlemindeki boşlukları geçen yüksek hızlı izler
  5. Alt düzeyde katman yığılması

Emisyon arızalarına neden olabilecek sistem ve PC kartı tasarım sorunları hakkında ek ayrıntılar için referanslara bakın.

Radyasyon Bağışıklığı

Radyasyona karşı bağışıklık testlerinin çoğu 80 ila 1000 MHz (veya bazı durumlarda 2,7 GHz'e kadar) arasında gerçekleştirilir. Yaygın test seviyeleri 3 veya 10 V/m'dir. Askeri ürünler, çalışma ortamına bağlı olarak 50 ila 200 V/m'ye kadar çıkabilir. Çoğu ürün için ticari standart, test kurulumu oldukça karmaşık olan IEC 61000-4-3'tür. Ancak, bazı basit teknikler kullanarak çoğu sorunu hızlı bir şekilde tespit edip çözebilirsiniz.

El Telsizi Radyasyona karşı bağışıklık için, genellikle EUT dışından başlarız ve zayıf noktaları belirlemek için Family Radio Service (FRS) telsizleri (veya eşdeğeri) gibi lisanssız el telsizleri kullanırız. Bu düşük güçlü telsizleri test edilen ürüne veya sisteme yakın tutarak, genellikle bir arızaya neden olabilirsiniz (Şekil 5).

İletim düğmesini basılı tutun ve radyo antenini EUT'nin etrafında gezdirin. Bu, tüm kabloları, bağlantı noktalarını, ekran portlarını vb. kapsamalıdır.

EMI sorun giderme, adım adım

Şekil 5. Lisans gerektirmeyen bir vericinin kullanılmasıyla arızanın zorlanması.

RF Jeneratörü

Sadece belirli frekans bantlarının hassas olması ve bazen sabit frekanslı el telsizlerinin etkili olmaması çok yaygındır. Bu durumda, büyük boyutlu H-alan probu takılı ayarlanabilir bir RF jeneratörü kullanıyorum ve bilinen arıza frekanslarında her yeri ölçüyorum. Ayrıca, hassasiyet alanlarını belirlemek için dahili kabloları ve PCB'yi incelemek de yardımcı oluyor. Şekil 6'daki gibi daha küçük ürünler için, en iyi fiziksel çözünürlük için daha küçük H-alan problarını kullanmayı deneyin.

EMI sorun giderme, adım adım

Şekil 6. Hassasiyet alanlarının belirlenmesinde RF jeneratörü ve H-alan probu kullanımı.

Daha büyük laboratuvar kalitesinde RF jeneratörleri yerine, yakın alan problu Windfreak SynthNV (veya muadili) gibi daha küçük bir USB kontrollü RF sentezleyici de kullanıyorum. SynthNV, 34 MHz ile 4,4 GHz arasında +19 dBm'ye kadar RF gücü üretebildiği için iyi çalışıyor. Bu, EMI sorun giderme kitime de gayet iyi uyuyor. Bkz. Şekil 7. Önerilen jeneratörlerin listesini Kaynak 1'de bulabilirsiniz.

EMI sorun giderme, adım adım

Şekil 7. Prob ucu etrafında yoğun RF alanları üretmek için küçük bir sentezlenmiş RF jeneratörünün kullanılması

Elektrostatik Deşarj

Elektrostatik deşarj testi, IEC 61000-4-2 standardında açıklanan bir test düzeneği kullanılarak en iyi şekilde gerçekleştirilir. Bu, belirli boyutlarda bir test masası ve topraklama düzlemleri gerektirir. EUT, test masasının ortasına yerleştirilir. Genellikle yer karolarını, mevcut karoların boşluklarına tam olarak uyacak 4 x 8 fitlik bakır veya alüminyum levhalarla değiştirmenizi öneririm (Şekil 8). Test, çeşitli kaynaklardan temin edilebilen bir ESD simülatörü gerektirir. Bkz. Kaynak 1. Nispeten küçük ve +/- 15 kV'a ayarlanabilen eski KeyTek MiniZap kullanıyorum. Başka uygun (ve daha yeni) tasarımlar da mevcuttur.

EMI sorun giderme, adım adım

Şekil 8. IEC 6100-4-2'ye göre ESD test düzeneği. Görsel, Keith Armstrong'un izniyle kullanılmıştır.

ESD testi, test noktalarını belirleme açısından oldukça karmaşıktır, ancak temelde iki test vardır: hava deşarjı ve temas deşarjı. Operatörün EUT'nin dışına dokunabileceği tüm noktalar için hava deşarjı kullanın. Operatörün dokunabileceği ve içine deşarj yapabileceği tüm açıkta kalan metaller için temas deşarjı kullanın. Hem pozitif hem de negatif polariteleri test edin. Çoğu ticari test, 4 kV temas deşarjı ve 8 kV hava deşarjı gerektirir.

Test düzeneği yatay ve dikey bağlantı düzlemlerini de içerir. Bağlantı düzlemlerine temas deşarj ucunu kullanın. Bu düzlemler, toprağa yüksek empedanslı bir deşarj yolu gerektirir. Ayrıntılar ve kesin test prosedürleri için IEC standardına bakın.

EMI sorun giderme, adım adım

Şekil 9. Hava ve temas deşarj uçlarına sahip tipik bir ESD simülatörü. +/- 15 kV'a kadar akım üretebilir.

Özet

Kendi EMI sorun giderme ve uyumluluk öncesi test laboratuvarınızı geliştirerek, ticari test laboratuvarlarına bağımlı kalarak zaman planlamak, ilgili maliyet ve planlama gecikmeleri yaşamak yerine, sorun giderme sürecini şirket içinde gerçekleştirerek zamandan ve paradan tasarruf edeceksiniz.

Yüksek riskli EMI testlerinin çoğu, düşük maliyetli ekipmanlarla kolayca gerçekleştirilebilir. Sorun gidermeyi kendi tesisinizde gerçekleştirerek elde edeceğiniz maliyet tasarrufu, yüz binlerce dolara ve haftalarca hatta aylarca süren ürün gecikmelerine kadar çıkabilir.

Referanslar

EMI sorun giderme ekipmanlarının önerilen listesi – http://www.emc-seminars.com/EMI_Troubleshooting_Equipment_List-Wyatt.pdf

  1. Saat Osilatörü Hesaplayıcısı (Patrick André) – http://andreconsulting.com/Harmonics.xls
  2. André ve Wyatt, Ürün Tasarımcıları için EMI Sorun Giderme Yemek Kitabı, SciTech, 2014.
  3. Joffe ve Lock, Topraklama İçin Zeminler, Wiley, 2010
  4. Ott, Elektromanyetik Uyumluluk Mühendisliği, Wiley, 2009
  5. Mardiguian, EMI Sorun Giderme Teknikleri, McGraw-Hill, 2000
  6. Montrose, EMC Basitleştirildi, Montrose Uyumluluk Hizmetleri, 2014
  7. Morrison, Topraklama ve Koruma – Devreler ve Girişim, Wiley, 2016
  8. Williams, EMC Ürün Tasarımcıları İçin, Newnes, 2017

Daha fazla sonuç