Některé možnosti eliminace chyb při předcertifikačních testech E M C Jiří Svačina Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně svacina @ feec.vutbr.cz

Předcertifikační (předběžné, předvýrobní) testy EMC (pre-compliance tests) Neexistuje přesná a jednoznačná definice (každý test, který není plně certifikovaný, tj. neprobíhá přesně dle požadavků příslušných norem EMC) Musí být realizovány tak, aby získané výsledky mohly být považovány za dostatečně věrohodné Odchylky od standardizovaných postupů mají proto být relativně malé a v méně důležitých oblastech S každou odchylkou od normou předepsaných podmínek či postupů roste neurčitost (chyba) měření a klesá věrohodnost předcertifikačních testů

Proč tedy provádět předcertifikační testy EMC ? Základní výhodou je realizace (zjednodušených) testů EMC přímo ve firmě, na pracovišti (tzv. in-house testing): Možnost opakovaných testů zařízení jako celku a všech jeho dílčích částí během celého vývoje – zvýšení vnitřní úrovně EMC zařízení a jeho celkové kvality. Zkrácení doby vývoje zařízení a celkové doby do jeho uve- dení na trh (odpadnou opakované testy ve zkušebně EMC). Úspora nákladů – většina problémů EMC je identifikována a opravena ještě před plnou certifikací ve zkušebně EMC.

Hlavní oblasti, v nichž se předcertifikační testy mohou odchylovat od plných testů EMC: technické parametry použitých měřicích (testovacích) zařízení a přístrojů nesplňují normu CISPR 16-1 použité testovací metody, příp. postupy, se odchylují od požadavků příslušných norem vhodnost použitého měřicího místa (test site area), kombinace předchozích odchylek. Čím více důležitých odchylek, tím větší je nepřesnost, příp. neurčitost předcertifikačního testu.

Technické parametry použitých přístrojů nejsou dominantním zdrojem odchylek předcertifikač-ních testů od plných testů EMC  současné přístroje pro předcertifikační testy EMC vyhovují většině požadavků normy CISPR 16-1 Testovací metody, příp. postupy se obvykle (úmyslně) neodchylují od požadavků norem pro plné testy EMC; případné odchylky souvisejí spíše ● s odchylkami technických parametrů použitých přístrojů (viz předchozí bod) ● s vhodností (nevhodností) použitého měřicího místa

Testovací místo (test site area) Jde o dominantní a nejčastější zdroj odchylek před-certifikačních testů od plných testů EMC. Předcertifikační měření neprobíhá v bezodrazových ko-morách (anechoic / semi-anechoic room), ani (obvykle) ve stíněných komorách, ale na běžných pracovištích, příp. volném prostranství (OATS), která však nevyhovují požadavkům normy CISPR 16-1 na parametry měřicího stanoviště. Hlavními příčinami této volby necertifikovaných měřicích míst jsou důvody ekonomické, finanční a prostorové.

Dva hlavní problémy necertifikovaných měřicích stanovišť: přítomnost vnějších rušivých signálů (rušivé elektromagnetické pozadí) (background ambient interference) zkreslení měření vlivem nedokonalostí měřicí-ho místa (test-site distortion) Oba tyto faktory jsou vzájemně nezávislé a je nutno je řešit samostatnými – vzájemně se nevylučujícími – postupy.

Vnější rušivé signály Jsou hlavním zdrojem nepřesností předcertifikačních testů vyzařovaného i vedeného rušení. Při měření je nutno odlišit (separovat) vnější rušivé signály od měřených signálů z testovaného objektu (EUT). V městských lokalitách mohou vnější rušivé signály (roz-hlasové a TV vysílání, rádiová komunikace, energetická rušení) zcela „zakrýt“ měřené signály EUT; jejich úroveň může přesáhnout emisní meze EUT o 30 až 40 dB. Vnější rušivé signály tak mohou způsobit chyby předcerti-fikačních měření až několik desítek dB.

Čtyři metody (postupy) respektování vnějších rušivých signálů: Odladění vnějších rušivých signálů (off-tuning the EMI receiver) Substituce vnějších rušivých signálů (signal substitution) Zkrácení měřicí vzdálenosti Lineární subtrakce (odečítání) měřeného a rušivých signálů

Lineární subtrakce (odečítání) signálů 1. krok: EUT je vypnuto, P je v poloze měření, na vstup při-jímače jsou přiváděny jen vnější rušivé signály ve zvoleném frekvenčním pásmu. Postup využívá speciální hardwarové a softwarové vybavení použité v řadě měřičů rušení. 2. krok: P se přepne do polohy zápis, vstupní vnější rušivé sig- nály jsou digitalizovány a uloženy do paměti přijímače. 3. krok: EUT se zapne, P se přepne do polohy zápis, na vstup přijímače jsou nyní přivedeny měřené signály EUT + vnější rušivé signály. Rozdílový zesilovač realizuje rozdíl aktuálního signálu (EUT + rušení) a signálu uloženého v paměti přijímače (rušení).

vnější rušivé signály skutečný průběh Tue 20 Feb 2008 vnější rušivé signály skutečný průběh

Tue 20 Feb 2008 šumový signál měřený signál v režimu Difference

Nedokonalosti měřicího místa Na nedokonalém měřicím pracovišti vzniká mnoho odrazů signálů emitovaných EUT a tyto odrazy mohou značně ovlivnit výsledky měření. Vlnění přichází k měřicí anténě po mnoha odrazech po různých drahách, tj. s různými fázovými posuvy. Jejich vektorovým součtem vzniká v místě antény výsledné pole. Tímto mnohocestným šířením vlivem odrazů dochází k neurčitosti měření až několik desítek dB. Problém lze řešit kalibrací měřicího pracoviště pomocí speciálních přesně kalibrovaných zdrojů signálů.

Speciální signálové zdroje ERS – Emissions Reference Source CNE – Comparison Noise Emitter CSS – Comparison Signal Source Jsou to generátory přesných signálů pro určitý rozsah kmitočtů (např. od 1 MHz do několika GHz) realizované buď jako širokopásmový zdroj bílého šumu (CNE), nebo jako tzv. comb generátory generující „husté“ spektrum kmitočtových složek (např. s odstupem 2 či 10 MHz). Tyto zdroje mají vysokou dlouho-dobou stabilitu a jsou přesně kalibrovány v profesionálních bez-odrazových komorách pro určitou měřicí vzdálenost (často 3 m) v obou polarizačních rovinách (vertikální a horizontální).

ERS CNE

Před vlastním měřením se provede kalibrace měřicího pracoviště pomocí referenčního zdroje signálů (CNE). Každý referenční zdroj je dodáván se svými kalibračními daty (kalibrační křivkou) změřenými na „ideálním“ stanovišti. Měřením signálu CNE na použitém (= neideálním) pracovišti získáme jiné hodnoty dat (intenzit pole). Jejich odchylka od dodaných (ideálních) kalibračních dat je dána neideálností užitého měřicího pracoviště a dalšími faktory v měřicím řetězci včetně antény a měřicího přijímače. Rozdíl ideálních (dodaných) a naměřených hodnot pole refe-renčního zdroje (CNE) lze tak na jednotlivých měřicích kmito-čtech použít jako korekci pro měření rušivých signálů EUT.

Kalibrační data a skutečně měřené úrovně CNE III York Ltd. Intenzita elektric. pole [dBµV/m] kalibrační data 30 40 50 70 100 200 300 MHz 90 80 70 60 50 40 30 20 10 měřené hodnoty kalibrační data Korekční křivka stanoviště 30 40 50 70 100 200 300 MHz 20 15 10 5 -5 -10 Korekce stanoviště [dB]

Děkuji za pozornost … . . . a za trpělivost Závěr Předcertifikační testy EMC jsou užitečné, neboť ● jsou operativní, lze je realizovat v místě pracoviště, ● jsou relativně levné a snižují náklady na vývoj zařízení, ● mohou být poměrně přesné, ● jsou přiměřeně složité, příp. relativně jednoduché. Různými metodami a postupy lze výsledky předcerti-fikačních testů EMC poměrně výrazně zpřesnit, ale  nemohou nikdy plně nahradit plně certifikovaná měření