Os testes de EMC são essenciais para obter uma certificação de teste de emissão eletromagnética e imunidade antes de lançar o produto no mercado. No entanto, os testes reais de EMC são muito caros. Antes de ir para o teste EMC real, o produto deve ser testado no laboratório de testes de pré-conformidade EMC. Os testes de pré-conformidade imitarão todos os testes realizados nos laboratórios de teste EMI/EMC para garantir que o dispositivo passará no teste de conformidade EMI/EMC. Os laboratórios de testes de conformidade são muito caros e difíceis de passar; o custo dos testes de pré-conformidade é mais barato que o custo real dos laboratórios de testes de conformidade EMI/EMC e dará aproximadamente o mesmo resultado.
Fig. 1 Diagrama de blocos para pré-conformidade
Este artigo aborda como realizar um teste de pré-conformidade com foco em testes baratos ou fáceis de configurar para aumentar a confiança em testes reais de EMI/EMC.
Conforme discutido em artigos anteriores, o EMI/EMC é um teste de emissão para medir a interferência eletromagnética gerada pelo dispositivo. Os testes EMI ou limites de teste de interferência eletromagnética dependem dos padrões definidos pelas regulamentações do país. Isto também depende da aplicação do produto ou dispositivo. Por exemplo, o teste EMI/EMC para produtos médicos é rigoroso porque o equipamento médico precisa ser preciso em qualquer condição. Se os dispositivos médicos gerarem qualquer emissão, isso afetará outros dispositivos médicos e causará uma leitura falsa.
Tipos de testes de pré-conformidade EMI
Figura 2 Testes EMI
O teste mais comum executado em quase todos os dispositivos é fornecido no diagrama de blocos. O motivo da falha no teste EMI pode ser o design da PCB, blindagem, componentes e antenas. Tudo isso leva a causar emissões irradiadas e conduzidas. É por isso que a maioria das falhas no teste EMI ocorre em emissões irradiadas e conduzidas. Abaixo, é discutido algum método para configurar e medir testes de pré-conformidade de emissões irradiadas e conduzidos no laboratório DIY.
Teste de emissão irradiada
Dois métodos podem medir a emissão de radiação: um método de campo distante e um método de campo próximo. Antes de saber como medir a emissão radiada nesses campos, vamos entender a diferença entre medições de campo próximo e de campo distante.
Quando a eletricidade oscilante passa por um condutor, ela induz um campo magnético. O campo magnético induzido também cria um campo eletrificado, conforme mostrado abaixo. O campo H representa o campo magnético e o campo E representa um campo elétrico.
Fig. 3 Campo E (campo elétrico) e campo H
O dispositivo ou equipamento em teste produzirá campo E e campo H. O campo elétrico tem uma impedância alta nas proximidades do produto, e o campo magnético tem uma impedância baixa chamada campo próximo. A uma certa distância, o campo elétrico e o campo magnético combinam-se na mesma impedância, que é um campo distante. A distância de encontro do campo E e do campo H depende da frequência das ondas.
Fig. 4 Campo próximo e campo distante
Teste de emissão irradiada em campo próximo
Uma sonda de medição é usada perto do circuito para medir as ondas do campo E e as ondas do campo H. Esta é a técnica de medição mais barata que os projetistas usam para ter uma ideia da solução de problemas em testes de EMI em seus produtos. O teste de campo próximo não é tão preciso quanto um teste de campo distante, mas dá uma ideia da EMI induzida no produto durante o teste de pré-conformidade.
Você precisará de um analisador de espectro e sondas de medição para medir testes de campo próximo. Existem alguns analisadores de espectro caros disponíveis no mercado, mas um “explorador de RF de bolso” ou um dongle analisador de espectro USB pode funcionar em alguns casos.
Fig.5 Analisador de espectro
Existem vários tipos de sondas de campo próximo disponíveis no mercado, ou você pode fazer as suas próprias. A imagem abaixo é de sondas de campo elétrico; existem duas sondas, uma sonda tem ponta pontiaguda e outra tem ponta redonda. A ponta arredondada cobre uma área mais ampla para medir o campo elétrico em um circuito. Uma vez encontrada a área onde o campo elétrico é gerado, a pequena sonda de ponta pontiaguda encontrará a área específica do campo elétrico. Estas sondas não são sensíveis à orientação, de modo que as medições podem ser feitas em qualquer direção.
Fig. 6 Sonda de campo elétrico
As sondas de campo magnético possuem um loop para medir o campo magnético. Existem duas sondas na imagem abaixo: uma possui um anel de pequeno diâmetro e a outra possui um anel de grande diâmetro. O anel de grande diâmetro mede o campo magnético em uma área mais ampla. Depois de encontrar a área do campo magnético, a sonda de menor diâmetro pode ser usada para encontrar uma área específica onde os campos eletromagnéticos são produzidos. Essas pontas de prova são muito sensíveis à orientação, portanto, lembre-se de que as leituras serão feitas na mesma orientação e o anel da ponta de prova paralelo ao circuito dará um resultado muito melhor.
Fig. 7 Sondas de campo magnético
Esta configuração precisa de um amplificador de RF para amplificar o sinal proveniente da sonda para alimentar o analisador de espectro. As pontas de prova padrão vêm com o amplificador, mas você pode comprar uma PCB amplificadora de RF online para pontas de prova DIY.
Fig. 8 Amplificador de RF
- Faça você mesmo perto da sonda de campo H
A sonda DIY pode ser feita a um preço mais baixo do que uma sonda real no mercado. Basta comprar um cabo semirrígido e seguir o diagrama abaixo. Como no diagrama, faça um laço de fio e solde o fio interno com uma blindagem externa e, em seguida, solde-o para fazer um laço conforme mostrado abaixo.
Fig. 9 Diagrama interno da sonda de campo H
Depois de fazer esse laço, corte a proteção externa para criar um espaço entre o laço, conforme mostrado na imagem abaixo.
Fig. 10 corte na sonda de campo H
Agora mergulhe-o em uma tinta isolante ou use um pouco de tinta spray para obter uma camada isolante para que não toque na área aberta do circuito. Utilize uma pinça de ferrite para evitar ruídos externos, conforme mostrado na imagem.
Fig. 11.1 Sonda de campo DIY H
Fig. 11.2 Sonda de campo DIY H
Teste de emissão irradiada de campo distante
A medição de campo próximo pode apenas fornecer uma ideia da solução de problemas, mas não pode ler a emissão com precisão. É por isso que os laboratórios de testes EMI/EMC usam testes de emissão radiada de campo distante. Isso é caro e um pouco difícil de configurar. Portanto, não é fácil configurá-lo em laboratórios de pré-conformidade DIY, mas alguns laboratórios de pré-conformidade da EMC fornecem essa configuração. O teste de campo distante pode ser realizado em dois tipos de áreas.
- Local de teste de área aberta (OTAs)
- Câmara Semi Anecóica (SAC)
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Site de área aberta (OTAs)
No teste de área aberta, a configuração ocorre em uma área aberta onde objetos refletivos de RF mínimos estão próximos da área. O solo deve ser refletivo de RF e plano para que a antena possa obter medições diretamente do EUT (equipamento em teste) e do reflexo do solo.
Fig. 12 Site de área aberta
A distância mínima entre o EUT e a antena deve ser de 3 metros. Se a distância for reduzida para menos de 3 metros, será considerada medição de campo próximo, o que será menos preciso. Para obter leituras precisas em 30 MHz, um comprimento de onda é 10 m, e em 100 MHz, um comprimento de onda é 3 m.
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Câmara Semi-Anecóica (SAC)
A câmara semi-anecóica é composta por paredes metálicas com material absorvente de RF. O material absorvente de RF absorve o sinal de RF produzido pelo EUT. O tamanho da câmara depende do padrão aplicado ao produto. A distância entre a antena e o EUT é geralmente de 3m, 5m e 10m.
Fig. 13 Câmara Semi-Anecóica
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Analisador de espectro/receptor EMI
Conforme discutido no teste de campo próximo, todo laboratório precisa de um analisador de espectro para medir os sinais de RF com precisão. Certifique-se de que o analisador de espectro possa cobrir todas as faixas de frequência que precisam ser investigadas para EUT (por exemplo, 30 MHz a 5 GHz). A maioria dos analisadores Spectrum pode medir “pico”, “médio” e “quase pico”, o que ajuda na medição.
Fig. 14 Analisador de espectro
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Antena
A antena é o componente mais importante da medição de campo distante. A medição de frequência mais baixa aumentará o tamanho e o custo da antena, a medição de frequência mais alta reduzirá o tamanho e o custo da antena. A antena deve ser calibrada para obter os fatores exatos da antena necessários para uma medição precisa da intensidade do campo. O sinal máximo é recebido em uma altura específica para que a antena possa se mover de 4 a 6 metros de altura para obter o sinal EMI máximo. a antena mais barata não será capaz de medir baixas frequências. A imagem mostrada abaixo é a antena baseada em PCB para medir frequências de 0,6 GHz a 10 GHz.
Fig. 15 Antena de medição de campo distante para 0,6 a 10 GHz
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Mesa giratória
Na medição de campo distante, tanto o OATS quanto o SAC precisam de uma mesa giratória porque a emissão do dispositivo ESE é geralmente direcional. A mesa deverá ser de madeira ou qualquer material que não interfira na medição. A mesa giratória deve ser girada em 360 graus de rotação para que a medição possa ser feita em todas as direções do ESE.
Fig. 16 Mesa giratória
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Célula TEM
Esta é outra opção para testar o teste de emissão irradiada. A célula TEM significa teste eletromagnético transversal. As células TEM consistem no septo, um plano condutor no meio, conectado a uma carga de 50 Ohm. Quanto menor a célula TEM capturará, maior será a frequência e quanto maior a célula TEM capturará a frequência mais baixa. Pode ser adquirido ou fabricado com dimensões adequadas de acordo com a frequência.
Fig. 17 Célula TEM
Teste de emissão realizado
O teste de emissão conduzido não é complicado como o teste de pré-conformidade de emissão irradiada porque o equipamento e a configuração necessários para este teste são muito menores. Você precisa apenas de um analisador de espectro e de um dispositivo LISN para o teste de pré-conformidade de emissões. Acima já discutimos a emissão radiada de diferentes opções de analisadores de espectro. Agora vamos entender o que os dispositivos LISN fazem?
LISN significa Rede de estabilização de impedância de linha, este dispositivo é usado para um teste de emissão conduzido. O dispositivo será conectado entre a alimentação e o EUT. Isso ajudará a medir o ruído de RF gerado pelo EUT no fornecimento. O ruído de RF medido pelo dispositivo LISN pode ser medido usando um analisador de espectro.
Fig.18 LISN
Limites EMI/EMC
Os limites EMI/EMC dependem dos padrões regulatórios EMI do país. Nos EUA, a interferência é regulamentada pela FCC (Federal Communications Commission). A FCC categoriza os dispositivos em Classe A e Classe B. Um dispositivo de Classe A é para uso industrial e o dispositivo destinado a uso residencial está na Classe B. A tabela abaixo mostra os limites de acordo com a FCC para dispositivos de Classe A e Classe B.
Fig. 19 Limites padrão da FCC
Na Europa, a interferência é regulamentada pela CISPR. Este também é um dispositivo categorizado em duas categorias. As categorias são as mesmas da FCC. A Classe A é para dispositivos industriais e a Classe B é para dispositivos residenciais. Os limites para estes dispositivos de acordo com a CISPR são apresentados abaixo.
Fig. 20 Limites dos padrões CISPR