EMI hibaelhárítás - lépésről lépésre

EMI hibaelhárítás, lépésről-lépésre

Ebben a cikkben leírjuk azokat a lépéseket, amelyeket általában a négy legfontosabb EMI-probléma, a kibocsátott kibocsátás, a sugárzott kibocsátások, a sugárzott immunitás és az elektrosztatikus kisülés okozta hibák elhárítására használunk.

Ebben a cikkben leírjuk azokat a lépéseket, amelyeket általában a négy legfontosabb EMI-probléma, a kibocsátott kibocsátás, a sugárzott kibocsátások, a sugárzott immunitás és az elektrosztatikus kisülés okozta hibák elhárítására használunk. Ezek közül az utolsó három a legelterjedtebb probléma, a sugárzott kibocsátások jellemzően az első számú hiba. Ha az Ön terméke vagy rendszere (EUT) megfelelő áramellátással és I / O port szűréssel rendelkezik, akkor az elvégzett kibocsátás és a többi hálózati vonal mentességi teszt általában nem jelent problémát.

Az Ön kényelme érdekében kifejlesztettünk egy listát az EMI hibaelhárításához hasznos eszközökkel. A letöltési hivatkozás szerepel az 1. hivatkozásban.

Vezetett kibocsátások

Ez általában nem elegendő a megfelelő hálózati vezeték szűréssel, azonban sok alacsony költségű tápegységnek nincs megfelelő szűrése. Egyes "no name" márkáknak nincs szűrése egyáltalán! Az elvégzett kibocsátás teszt könnyen működtethető, szóval itt megy.

1. 1. Frekvencia 150 kHz - 30 MHz
2. 2. Felbontási sávszélesség = 10 vagy 9 kHz
3. 3. Előerősítő = Ki
4. 4. Állítsa be a Referenciaszintet úgy, hogy a legmagasabb harmonikusok jelenjenek meg, és a függőleges skála 10 dB-es lépésekben is olvas
5. 5. Használja kezdetben az átlagos felismerést és a CISPR-felismerést bármely csúcson később
6. 6. Belső csillapítás - először 20-tól 30 dB-ig kezdjen, és állítsa be a legjobb kijelzőt és nincs elemző túlterhelés.
7. 7. Állítsa a függőleges egységet dBμV értékre

Vonali Impedancia Stabilizációs Hálózatot (LISN) szerezzen be és helyezze el a vizsgált termék vagy rendszer és a spektrumelemző között. Jegyezze fel az alábbi csatlakozási sorrendet!

VIGYÁZAT : Gyakran fontos az EUT bekapcsolása, mielőtt a LISN-t csatlakoztatná az analizátorhoz. Ez azért van, mert bekapcsoláskor nagy tranziensek léphetnek fel, és potenciálisan megsemmisíthetik az analizátor érzékeny bemeneti fázisát. Vegye figyelembe, hogy a TekBox LISN beépített tranziens védelmet nyújt. Nem mindegyik ... figyelmeztettek!

Kapcsolja be az EUT-t, majd csatlakoztassa a LISN 50 ohmos kimeneti portját az analizátorhoz. Jegyezzük meg, hogy a harmonikusok általában nagyon magasak az alsó frekvenciákon és a 30 MHz-es irányba húzódnak. Győződjön meg róla, hogy ezek a magasabb harmonikusok nem túlgesztelik az analizátort. Add hozzá további belső csillapítást, ha szükséges.

Az átlagos észlelt csúcsok és a megfelelő CISPR határok összehasonlításával meg tudja állapítani, hogy az EUT elhalad-e vagy nem teljesül-e a formális megfelelés tesztelése előtt.

Környezeti távadók

Sugárzott kibocsátások

Ez általában a legmagasabb kockázati teszt. Állítsa be a spektrumelemzőt az alábbiak szerint:

1. 1. Frekvencia 10 - 500 MHz
2. 2. Felbontási sávszélesség = 100 vagy 120 kHz
3. 3. Előerősítő = Be (vagy külső 20 dB előerősítőt használ, ha a analizátor hiányzik)
4. 4. Állítsa be a referenciaszintet úgy, hogy a legmagasabb harmonikusok jelenjenek meg, és a függőleges skála 10 dB-es lépésekben is olvas
5. 5. Használjon pozitív csúcsérzékelést
6. 6. Állítsa be a belső csillapítást = nulla

Néha a függőleges egységet az alapértelmezett dBm-től dBμV-ig állítom be, így a kijelzett számok pozitívak. Ez ugyanaz a mértékegység, amelyet a szabványok vizsgálati határában használnak. Szeretném a vízszintes skálát lineárisról naplózni, így a frekvenciákat könnyebben kiolvashatjuk.

A kezdeti beolvasást 500 MHz-ig végzem el, mert ez általában a legrosszabb esetben a digitális harmonikusok esetében. A kibocsátásokat legalább 1 GHz-es (vagy annál magasabb) értékekre is fel kell jegyezni, hogy jellemezhessék az egyéb domináns kibocsátást. Általánosságban elmondható, hogy az alacsonyabb frekvenciájú harmonikák feloldása szintén csökkenti a magasabb harmonikusokat.

Közeli terepről

A legtöbb közelben lévő szonda-készlet mindkét E-mezővel és H-mező szondával rendelkezik. A H-mező vagy E-mező szondák kiválasztása attól függ, hogy a próbaáramlások - vagyis a nagy di / dt - (áramköri nyomok, kábelek stb.) Vagy nagyfeszültségek - az EMI dV / dt - ( kapcsoló tápegységek stb.). Mindkettő alkalmas szivárgó varratok vagy rések elhelyezkedésére árnyékolt burkolatokban.

Indítsa el a nagyobb H-mező szondát (1. ábra), és szippantja a termékházat, az áramköri lapokat és a kábeleket. A cél az, hogy meghatározzák a nagyobb zajforrásokat és a speciális keskenysávú és szélessávú frekvenciákat. Ismertesse a megfigyelt helyszíneket és domináns frekvenciákat. Ahogy a forrásokon belül nullázódott, érdemes lehet kisebb átmérőjű H-mező-érzékelőkre váltani, amelyek nagyobb felbontást (de kevésbé érzékenységet) eredményeznek.

Ne felejtsük el, hogy a fedélzeten található összes magas frekvenciájú energia valójában nem sugároz! A sugárzáshoz valamilyen formában kapcsolódni kell egy "antennaszerű" szerkezethez, például egy I / O kábelhez, tápkábelhez vagy varráshoz az árnyékolt házban.

Hasonlítsa össze a harmonikus frekvenciákat ismert órajel oszcillátorokkal vagy más nagyfrekvenciás forrásokkal. Segítséget nyújt az én társszerző, Patrick André által kifejlesztett Óra-oszcillátor kalkulátor használatához. Tekintse meg a 2. hivatkozás letöltési hivatkozását.

A lehetséges javítások a fedélzeti szintre történő alkalmazásakor ügyeljen arra, hogy a közelítő szonda lemezt szalassza le, hogy csökkentse a tapintócsúcs fizikai elhelyezkedését. Ne felejtsük el, hogy leginkább a relatív változások iránt érdeklődünk, mivel javításokat alkalmazunk.

Továbbá, a H-mező-érzékelők a legérzékenyebbek (a legmagasabb mágneses fluxust összekapcsolják), amikor a sík párhuzamos a nyomelem vagy a kábellel. A legjobb, ha a szondát 90 fokosra állítja a PC-kártya síkjához képest. Lásd a 2. ábrát.

Árampróba Ezután mérje meg a csatolt közös módú kábeláramokat (beleértve a tápkábelt is) nagyfrekvenciás áramérzékelővel, például a Fischer Custom Communications modelljével F-33-1 vagy azzal egyenértékű (3. ábra). Ismertesse a felsőbb harmonikusok helyét, és hasonlítsa össze a közeli mezőnyomással meghatározott listával. Ezek a legvalószínűbbek, hogy valóban sugárzanak és tesztelési hibákat okoznak, mivel antennaszerű szerkezetek (kábelek) áramlanak. Használja a gyártó szállított kalibrációs táblázatát az átviteli impedanciával, hogy kiszámítsa a tényleges áramot egy adott frekvencián. Felhívjuk a figyelmet arra, hogy az FCC vagy a CISPR teszt határértékeinek meghibásodása csak 5-8 μA nagyfrekvenciás áramot igényel.

Jó ötlet csúsztatni az aktuális szondát oda és vissza, hogy maximalizálják a harmonikusokat. Ennek oka, hogy egyes frekvenciák különböző helyeken rezonálnak, mivel a kábelen álló hullámok állnak.

A sugárzott E-mezőt (V / m) is meg lehet becsülni, mivel az áram folyik egy vezetékben vagy kábelen, feltételezve, hogy a hossza elektromosan rövid az aggodalom gyakoriságában. Ez igazoltnak bizonyult az 1 m hosszú kábeleknél akár 200 MHz-en is. A részletekért lásd a 3. hivatkozást.

Megjegyzés a külső antennák használatáról

1. 1. Relatív hibaelhárítás, ahol ismerik a hibás frekvenciasávokat, és csökkenteni kell amplitúdóit. Kalibrált antenna nem szükséges, mivel csak a relatív változások fontosak. A legfontosabb dolog, amit az EUT harmonikus tartalma könnyen láthatónak kell lennie.
2. 2. Előbizonylat-tesztelés, ahol meg szeretné duplázni a tesztbeállításokat a megfelelőségi vizsgálati laboratóriumban. Vagyis kalibrált antennát állítson 3 m vagy 10 m-re a vizsgált terméktől vagy rendszertől, és előre meghatározza, hogy elhalad-e vagy nem.

A sugárzott kibocsátások elő-megfelelőségi vizsgálata

Ha előválasztási tesztet kíván készíteni (a fenti 2. helyen), majd egy kalibrált EMI antennát adjon az EUT-től 3 m-re vagy 10 méter távolságra, akkor az E-mezőt (dBμV / m) dBμV leolvasása a spektrumanalizátorban és faktorálás a koaxiális veszteségben, külső előerősítő erősítés (ha van), bármely külső csillapító (ha van) és antennatényező (az antennakalibrációtól függően a gyártó által). Ezt a számítást közvetlenül a 3m vagy 10m-es sugárzási határértékekkel lehet összehasonlítani a következő képlet segítségével:

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

Ennek a cikknek a céljaként elsősorban a hibaelhárítási eljárásra összpontosítok egy közeli távolságú antennát használva (a fenti 1. számú) a ténylegesen sugárzott harmonikus szintek általános jellemzésére és a potenciális javítások vizsgálatára. Például, tudván, hogy egy bizonyos harmonikus frekvenciánál 3 dB-nál többet tudsz a határon túlra csökkenteni, az a cél, hogy a kibocsátást 6-10 dB-re csökkentse a megfelelő mozgástér.

Hibaelhárítás közelképes antennával

Amint a termék harmonikus profilja teljes mértékben meg van határozva, itt az ideje, hogy megtekinthesse, melyik harmonikus sugárzású. Ehhez egy legalább egy méter távolságra elhelyezett antennát használunk a vizsgált termék vagy rendszer számára a tényleges kibocsátás mérésére (4. ábra). Jellemzően a csatlakoztatott I / O vagy tápkábelek szivárgása, valamint az árnyékolt burkolat szivárgása. Hasonlítsa össze az adatokat a közeli mező és az aktuális érzékelőkével. Meg tudja-e határozni a feljegyzett kibocsátás valószínű forrását?

Próbálja meg meghatározni, hogy a kábeles sugárzás a domináns probléma a kábelek egyenkénti eltávolításával. Megpróbálhat egy vagy több kábelen tesztelni egy ferrit-fojtót is. Használja a közeli mezőszondákat annak megállapításához, hogy szivárgás keletkezik-e az árnyékolt burkolat varrataiból vagy nyílásaiból.

A kibocsátási források azonosítása után a szűrés, a földelés és az árnyékolás ismerete a problémás kibocsátás mérséklése érdekében használhatja. Próbálja meg meghatározni a kapcsolódási útvonalat a termék belsejéből bármely külső kábellel. Bizonyos esetekben az áramköri kártyát át kell alakítani a réteg felhalmozásának optimalizálásával, vagy a nagy sebességű nyomvonalak kiküszöbölésével, amelyek a hézagokat keresztezik stb. Az eredmények valós időben történő megfigyelésével, bizonyos távolságra elhelyezett antennával, a fázisnak gyorsan meg kell haladnia.

Közös problémák

1. 1. A rossz kábelpajzs lezárások a legfontosabbak
2. 2. Szivárgó termék árnyékolása
3. 3. Belső kábelek a varratokhoz vagy I / O területekhez csatlakoztatva
4. 4. Nagy sebességű nyomok, amelyek áthaladnak a visszatérő síkban lévő rések között
5. 5. Az optimális réteg felhalmozása

Sugárzott immunitás

A legtöbb sugárzott immunitási vizsgálatot 80-1000 MHz-en (vagy bizonyos esetekben akár 2,7 GHz-en) végzik. A közös vizsgálati szintek 3 vagy 10 V / m. A katonai termékek a működési környezettől függően akár 50 és 200 V / m közötti értéket is elérhetnek. A legtöbb termék kereskedelmi szabványa az IEC 61000-4-3, amelynek tesztbeállítása igencsak érintett. Azonban néhány egyszerű technikával gyorsan felismerheti és megoldhatja a legtöbb problémát.

Kézi rádió A sugárzott immunitásért általában az EUT-n kívül kezdődnek és engedély nélküli kézi adók, például a walkie-talkiek (vagy ezzel egyenértékű) családi rádiós szolgáltatás (FRS) használatát használjuk a gyengeségek meghatározására. Ha ezeket a kis teljesítményű rádiókat a tesztelt termékhez vagy rendszerhez közel tartja, gyakran hibát okozhat (5. ábra).

Tartsa nyomva az adó gombot, és futtassa a rádióantennát az EUT körül. Ez magában foglalja az összes kábelt, varratokat, kijelzőportokat stb.

RF generátor

A nagyobb laboratóriumi minőségű RF generátorok helyett egy kisebb, USB vezérlésű RF szintetizátort is használok, mint például a Windfreak SynthNV (vagy azzal egyenértékű) a közelítő szenzorral. A SynthNV akár 34 MHz-ről 4,4 Ghz-ig akár + 19 dBm RF teljesítményt is képes produkálni, így jól működik. Ez jól illeszkedik az EMI hibaelhárító kitembe. Lásd a 7. ábrát. A javasolt generátorok listája megtalálható az 1. hivatkozásban.

Elektrosztatikus kisülés

Az ESD-vizsgálat meglehetősen bonyolult a vizsgálati pontok azonosítása szempontjából, de alapvetően két teszt létezik: a levegőkibocsátás és az érintkezés mentesítése. Használjon légtelenítést minden olyan pontra, ahol az üzemeltető érintheti az EUT külső részét. Használjon érintkezésmentesítést minden olyan fémből, ahol az üzemeltető megérinthet és ki tud lépni. Vizsgálja meg mind a pozitív, mind a negatív polaritást. A legtöbb kereskedelmi vizsgálat 4 kV érintéskiáramlást és 8 kV légtelenítést igényel.

A tesztbeállítás horizontális és függőleges tengelykapcsoló síkokat is tartalmaz. Használja a csatlakozófej csúcsát a csatlakozó síkba. Ezeknek a repülőgépeknek nagy földimpulzusú kisülési pályára van szükségük. Részleteket és pontos vizsgálati eljárásokat az IEC szabványban talál.

összefoglalás

A saját EMI hibaelhárítási és elővásárlási tesztlaborjainak fejlesztésével időt és pénzt takaríthat meg, ha a hibaelhárítási folyamatot házon belül, az ütemezési időt, valamint a kapcsolódó költségeket és ütemezési késedelmeket a kereskedelmi tesztelőlaboroktól függően áthelyezi.

A nagy kockázatú EMI tesztek nagy része könnyen elvégezhető alacsony költségű berendezésekkel. A költségmegtakarítás a saját létesítményénél végzett hibaelhárítással akár több százezer dollárt, valamint hetek vagy hónapok késleltetését is lehetővé teheti.

Irodalom

Az EMI hibaelhárító berendezések ajánlott listája - http://www.emc-seminars.com/EMI_Troubleshooting_Equipment_List-Wyatt.pdf

1. 1. Óra oszcillátor kalkulátor (Patrick André) - http://andreconsulting.com/Harmonics.xls
2. 2. André és Wyatt, EMI Hibaelhárítási Cookbook a terméktervezők számára, SciTech, 2014.
3. 3. Joffe és Lock, földelés földeléshez, Wiley, 2010
4. 4. Ott, Elektromágneses Kompatibilitásmérnök, Wiley, 2009
5. 5. Mardiguian, EMI hibaelhárítási technikák, McGraw-Hill, 2000
6. 6. Montrose, EMC Made Simple, Montrose Megfelelőségi Szolgáltatások, 2014
7. 7. Morrison, földelés és árnyékolás - áramkörök és interferencia, Wiley, 2016
8. 8. Williams, EMC terméktervezők, Newnes, 2017