Las pruebas de EMC son esenciales para obtener una certificación de prueba de inmunidad y emisiones electromagnéticas antes de lanzar el producto al mercado. Sin embargo, las pruebas EMC reales son muy caras. Antes de realizar pruebas de EMC reales, el producto debe probarse en el laboratorio de pruebas de cumplimiento previo de EMC. Las pruebas de cumplimiento previo imitarán todas las pruebas realizadas en los laboratorios de pruebas de EMI/EMC para garantizar que el dispositivo pase las pruebas de cumplimiento de EMI/EMC. Los laboratorios de pruebas de cumplimiento son muy caros y difíciles de aprobar; El costo de las pruebas de cumplimiento previo es más económico que el costo real de los laboratorios de pruebas de cumplimiento de EMI/EMC y dará aproximadamente el mismo resultado.
Fig. 1 Diagrama de bloques para precumplimiento
Este artículo cubre cómo realizar pruebas de cumplimiento previo centrándose en pruebas económicas o fáciles de configurar para aumentar la confianza en las pruebas EMI/EMC reales.
Como se analizó en artículos anteriores, EMI/EMC es una prueba de emisión para medir la interferencia electromagnética generada por el dispositivo. Los límites de las pruebas de EMI o de interferencias electromagnéticas dependen de los estándares establecidos por las regulaciones del país. Esto también depende de la aplicación del producto o dispositivo. Por ejemplo, las pruebas EMI/EMC para productos médicos son rigurosas porque los equipos médicos deben ser precisos en cualquier condición. Si los dispositivos médicos generan emisiones, afectarán a otros dispositivos médicos y provocarán una lectura falsa.
Tipos de pruebas de cumplimiento previo de EMI
Figura 2 Pruebas EMI
La prueba más común realizada en casi todos los dispositivos se muestra en el diagrama de bloques. El motivo del fallo de la prueba EMI podría ser el diseño de la PCB, el blindaje, los componentes y las antenas. Todo esto conduce a emisiones radiadas y conducidas. Esta es la razón por la que la mayoría de las fallas en las pruebas de EMI ocurren en emisiones radiadas y conducidas. A continuación se analizan algunos métodos para configurar y medir las pruebas de cumplimiento previo de emisiones radiadas y realizadas en el laboratorio de bricolaje.
Prueba de emisión radiada
Hay dos métodos que pueden medir la emisión de radiación: un método de campo lejano y un método de campo cercano. Antes de saber cómo medir la emisión radiada en estos campos, comprendamos la diferencia entre mediciones de campo cercano y de campo lejano.
Cuando la electricidad oscilante pasa a través de un conductor, induce un campo magnético. El campo magnético inducido también crea un campo electrificado como se muestra a continuación. El campo H representa el campo magnético y el campo E representa un campo eléctrico.
Fig. 3 Campo E (campo eléctrico) y campo H
El dispositivo o equipo bajo prueba producirá un campo E y un campo H. El campo eléctrico tiene una alta impedancia en las proximidades del producto y el campo magnético tiene una baja impedancia llamada campo cercano. A cierta distancia, el campo eléctrico y el campo magnético se combinan en la misma impedancia, que es un campo lejano. La distancia entre el campo E y el campo H depende de la frecuencia de las ondas.
Fig.4 Campo cercano y campo lejano
Prueba de emisiones radiadas de campo cercano
Se utiliza una sonda de medición cerca del circuito para medir las ondas del campo E y las ondas del campo H. Esta es la técnica de medición más económica que utilizan los diseñadores para tener una idea de cómo solucionar problemas de las pruebas EMI en sus productos. Las pruebas de campo cercano no son tan precisas como las de campo lejano, pero dan una idea de la EMI inducida en el producto durante las pruebas previas a la conformidad.
Necesitará un analizador de espectro y sondas de medición para realizar pruebas de campo cercano. Hay algunos analizadores de espectro costosos disponibles en el mercado, pero en algunos casos un “explorador de RF de bolsillo” o un dongle analizador de espectro USB pueden funcionar.
Fig.5 Analizador de espectro
Hay varios tipos de sondas de campo cercano disponibles en el mercado, o puedes crear las tuyas propias. La siguiente imagen es de sondas de campo eléctrico; Hay dos sondas, una sonda tiene una punta puntiaguda y la otra tiene una punta redonda. La punta redondeada cubre un área más amplia para medir el campo eléctrico en un circuito. Una vez encontrada el área donde se genera el campo eléctrico, la pequeña sonda puntiaguda encontrará el área específica de campo eléctrico. Estas sondas no son sensibles a la orientación, por lo que las mediciones se pueden realizar en cualquier dirección.
Fig.6 Sonda de campo eléctrico
Las sondas de campo magnético tienen un bucle para medir el campo magnético. Hay dos sondas en la imagen de abajo: una tiene un anillo de pequeño diámetro y la otra tiene un anillo de gran diámetro. El anillo de gran diámetro mide el campo magnético en un área más amplia. Después de encontrar el área del campo magnético, se puede utilizar la sonda de menor diámetro para encontrar un área específica donde se producen campos electromagnéticos. Estas sondas son muy sensibles a la orientación, así que recuerde que las lecturas se tomarán en la misma orientación y el anillo de la sonda paralelo al circuito dará un resultado mucho mejor.
Fig. 7 Sondas de campo magnético
Esta configuración necesita un amplificador de RF para amplificar la señal proveniente de la sonda para alimentar el analizador de espectro. Las sondas estándar vienen con el amplificador, pero puede comprar una PCB amplificadora de RF en línea para sondas de bricolaje.
Fig.8 Amplificador de RF
- Bricolaje cerca de la sonda de campo H
La sonda de bricolaje se puede fabricar a un precio más bajo que una sonda real en el mercado. Simplemente compre un cable semirrígido y siga el diagrama a continuación. Como en el diagrama, haga un bucle de cable y suelde el cable interior con un blindaje exterior, luego suéldelo para formar un bucle como se muestra a continuación.
Fig. 9 Esquema interno de la sonda de campo H
Después de hacer este bucle, corte la protección exterior para crear un espacio entre los bucles, como se muestra en la imagen a continuación.
Fig. 10 sección sobre la sonda de campo H
Ahora sumérgelo en un poco de pintura aislante o usa un poco de pintura en aerosol para obtener una capa aislante para que no toque el área abierta del circuito. Utilice una pinza de ferrita para evitar ruidos externos, como se muestra en la imagen.
Fig. 11.1 Sonda de campo DIY H
Fig. 11.2 Sonda de campo DIY H
Prueba de emisiones radiadas de campo lejano
La medición de campo cercano sólo puede proporcionar una idea de solución de problemas, pero no puede leer la emisión con precisión. Esta es la razón por la que los laboratorios de pruebas EMI/EMC utilizan pruebas de emisiones radiadas de campo lejano. Esto es caro y un poco difícil de configurar. Por lo tanto, no es fácil configurarlo en laboratorios de cumplimiento previo de bricolaje, pero algunos laboratorios de cumplimiento previo de EMC proporcionan esta configuración. Las pruebas de campo lejano se pueden realizar en dos tipos de áreas.
- Sitios de prueba de área abierta (OTA)
- Cámara Semi Anecoica (SAC)
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Sitio de área abierta (OTA)
En las pruebas en áreas abiertas, la configuración ocurre en un área abierta donde hay objetos reflectantes de RF mínimos cerca del área. El suelo debe ser reflectante de RF y plano para que la antena pueda obtener mediciones directamente del EUT (equipo bajo prueba) y la reflexión del suelo.
Fig. 12 Sitio de área abierta
La distancia mínima entre el EUT y la antena debe ser de 3 metros. Si la distancia se reduce a menos de 3 metros, se considerará medida de campo cercano, que será menos precisa. Para obtener lecturas precisas a 30 MHz, una longitud de onda es de 10 m y a 100 MHz, una longitud de onda es de 3 m.
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Cámara Semianecoica (SAC)
La cámara semianecoica está compuesta por paredes metálicas con material absorbente de RF. El material absorbente de RF absorbe la señal de RF producida por el EUT. El tamaño de la cámara depende del patrón aplicado al producto. La distancia entre la antena y el EUT es generalmente de 3 m, 5 m y 10 m.
Fig. 13 Cámara Semianecoica
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Analizador de espectro/receptor EMI
Como se analizó en las pruebas de campo cercano, cada laboratorio necesita un analizador de espectro para medir las señales de RF con precisión. Asegúrese de que el analizador de espectro pueda cubrir todas las bandas de frecuencia que deben investigarse para EUT (por ejemplo, de 30 MHz a 5 GHz). La mayoría de los analizadores de espectro pueden medir "pico", "promedio" y "casi pico", lo que ayuda con la medición.
Fig. 14 Analizador de espectro
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Antena
La antena es el componente más importante de la medición de campo lejano. La medición de frecuencias más bajas aumentará el tamaño y el costo de la antena, la medición de frecuencias más altas reducirá el tamaño y el costo de la antena. La antena debe calibrarse para obtener los factores de antena exactos necesarios para una medición precisa de la intensidad de campo. La señal máxima se recibe a una altura específica por lo que la antena puede moverse de 4 a 6 metros de altura para obtener la señal EMI máxima. la antena más barata no podrá medir bajas frecuencias. La imagen que se muestra a continuación es la antena basada en PCB para medir frecuencias de 0,6 GHz a 10 GHz.
Fig. 15 Antena de medición de campo lejano de 0,6 a 10 GHz
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Placa giratoria
En mediciones de campo lejano, tanto OATS como SAC necesitan una plataforma giratoria porque la emisión del dispositivo ESE es generalmente direccional. La mesa debe ser de madera o de cualquier material que no interfiera con la medición. La plataforma giratoria debe girarse 360 grados para que se puedan realizar mediciones en todas las direcciones del EUT.
Fig.16 Mesa giratoria
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celda TEM
Esta es otra opción para realizar pruebas de emisiones radiadas. La celda TEM significa prueba electromagnética transversal. Las células TEM constan de un tabique, un plano conductor en el medio, conectado a una carga de 50 ohmios. Cuanto menor sea la captura de la celda TEM, mayor será la frecuencia y cuanto mayor sea la celda TEM, mayor será la frecuencia más baja. Se puede adquirir o fabricar con dimensiones adecuadas según la frecuencia.
Fig.17 Celda TEM
Prueba de emisiones realizada
La prueba de emisiones realizadas no es complicada como la prueba de cumplimiento previo de emisiones radiadas porque el equipo y la configuración necesarios para esta prueba son mucho más pequeños. Solo necesita un analizador de espectro y un dispositivo LISN para las pruebas de cumplimiento previo de emisiones. Anteriormente ya hemos comentado la emisión radiada de diferentes opciones de analizadores de espectro. Ahora entendamos qué hacen los dispositivos LISN.
LISN significa Red de Estabilización de Impedancia de Línea, este dispositivo se utiliza para realizar una prueba de emisiones. El dispositivo se conectará entre la alimentación y el EUT. Esto ayudará a medir el ruido de RF generado por el EUT en el suministro. El ruido de RF medido por el dispositivo LISN se puede medir utilizando un analizador de espectro.
Fig.18 LISN
Límites EMI/EMC
Los límites de EMI/EMC dependen de los estándares regulatorios de EMI del país. En EE.UU. las interferencias están reguladas por la FCC (Comisión Federal de Comunicaciones). La FCC clasifica los dispositivos en Clase A y Clase B. Un dispositivo de Clase A es para uso industrial y el dispositivo destinado a uso residencial está en Clase B. La siguiente tabla muestra los límites según la FCC para Clase A y Clase B.
Fig. 19 Límites estándar de la FCC
En Europa, la interferencia está regulada por CISPR. Este también es un dispositivo categorizado en dos categorías. Las categorías son las mismas que las de la FCC. La Clase A es para dispositivos industriales y la Clase B es para dispositivos residenciales. Los límites para estos dispositivos según CISPR se establecen a continuación.
Fig. 20 Límites de los estándares CISPR