Chaque produit sur le marché doit répondre aux Réglementations CEM qui définissent les limites supérieures des émissions conduites et rayonnées.
Émissions conduites est le bruit composants électriques générés par un appareil ou un sous-circuit et transférés vers un autre appareil ou sous-circuit via un câblage, pcb traces, plans puissance / masse ou capacité parasite. Les émissions conduites qui apparaissent sur l'interface et les câbles d'alimentation doivent être maintenues faibles ou elles peuvent se propager à travers les câbles et atteindre d'autres appareils, leur causant des problèmes.
Émissions rayonnées est le bruit composants électriques que l'ensemble du système génère sous forme de champ électromagnétique, de sorte qu'il peut se propager dans l'air et atteindre d'autres appareils.
Les ingénieurs savent que la propagation du signal à travers les câbles se produit sans réflexion lorsque la longueur du câble est beaucoup plus courte que la longueur d'onde du signal (basse fréquence). C'est pourquoi les émissions conduites sont considérées comme un problème pour les basses fréquences, où un modèle forfaitaire peut être envisagé pour le milieu de propagation du signal.
Au contraire, lorsque la longueur du câble est beaucoup plus longue que la longueur d'onde du signal (haute fréquence), la propagation du signal le long du câble se produira sans réflexion uniquement si une adaptation d'impédance est fournie le long du trajet du signal. Dans ce cas, la propagation à travers les conducteurs peut être analysée comme un modèle distribué (théorie des lignes de transmission), mais dans le monde réel, les systèmes présentent souvent des conducteurs (câbles et circuit traces) qui ne sont pas conçues comme des lignes de transmission pour les hautes fréquences. De tels conducteurs peuvent facilement émettre des signaux sous forme de champ électromagnétique car ils se comportent comme une antenne au lieu d'une ligne de transmission. C'est pourquoi les émissions rayonnées sont considérées comme un problème pour les hautes fréquences.
La règle de base courante pour les concepteurs est de prendre en compte les longueur critique du conducteur qui sépare le comportement regroupé du comportement distribué comme suit:
LCRITIQUE= λ /6
Figure 1. Systèmes localisés vs systèmes distribués.
Le tableau suivant montre la longueur d'onde pour différentes fréquences, la longueur critique associée, les structures dont les dimensions typiques sont comparables à la longueur critique et le type d'émissions généralement générées:
Tableau 1. Méthodes typiques de propagation des émissions pour différentes fréquences.
Classiquement, le point de rupture entre les émissions conduites et rayonnées est fixé à 30 MHz, où la longueur d'onde (dans l'air libre) est d'environ 10 m et la longueur critique d'environ 1.7 m.
Les réglementations CEM visent à mesurer les émissions des appareils et de leurs câbles (les EUT - Équipement en cours de test). Étant donné que les dimensions typiques des appareils et des câbles associés sont jusqu'à 1.5 m, le tableau ci-dessus montre que les émissions rayonnées de ceux-ci ne peuvent se produire que pour des fréquences supérieures à 30 MHz, où les dimensions des conducteurs qui font partie de l'EST peuvent être approximativement plus longues que le longueur critique. Pour les fréquences inférieures à 30 MHz, les émissions rayonnées ne se produisent pas de manière significative et il est généralement demandé de tester l'EST uniquement pour les émissions conduites.
Test des émissions conduites
La configuration typique pour tester les émissions conduites de l'EST nécessite les éléments suivants:
- Récepteur EMI ou analyseur de spectre (adapté à la pré-conformité)
- Lisn (Réseau de stabilisation d'impédance de ligne)
- Plan au sol - L'EST, le LISN et le récepteur sont placés et connectés au plan de masse.
Figure 2. Configuration de base des tests d'émissions conduits.
Le LISN est un appareil à trois ports qui est connecté à l'EST, au récepteur et à l'alimentation.
Le but du LISN est de fournir une impédance normalisée aux RF à travers le point de mesure de l'EST. Le LISN couple le point de mesure de l'EST au récepteur et atténue (élimine pratiquement) les signaux d'interférence indésirables provenant de l'alimentation électrique, afin d'éviter que ces signaux n'influencent l'exécution du test.
Il existe différents types de LISN pour analyser le courant continu, monophasé ou Trois phases CA. Le type le plus courant est défini dans la CISPR 16-1-2 et présente à l'EST une impédance équivalente de 50Ω en parallèle avec 50uH + 5Ω sur chaque ligne à la terre. Il s'agit d'un type de "réseau en V" pour l'alimentation monophasée, car l'impédance stabilisée apparaît sur chaque branche du "V", entre la ligne ou le neutre et la connexion à la terre.
Figure 3. LISN circuit pour chaque ligne du « réseau en V »
Figure 4. Impédance vs fréquence aux bornes de l'EST. Image reproduite avec l'aimable autorisation du manuel d'utilisation de Tekbox - TBLC08.
Le bruit mesuré avec le récepteur doit être comparé aux limites de bruit prévues par la réglementation CEM. Dans le cas d'appareils monophasés, les mesures de bruit doivent être répétées pour chaque ligne (phase et neutre).
Figure 5. LISN monophasé 9KHz-30MHz de différents fabricants. Image reproduite avec l'aimable autorisation de NARDA et Tekbox.
Dans la configuration de test de base présentée ci-dessus, le plan de masse joue un rôle fondamental dans la normalisation de l'environnement de test, car généralement une partie du bruit conduit peut être influencée par des paramètres parasites, comme expliqué plus loin.
Le récepteur EMI est un appareil spécifique conçu pour les tests EMI, comme le LISN. Il diffère d'un analyseur de spectre générique pour divers aspects non couverts dans cet article, mais en tant que première idée, il peut être considéré comme un analyseur de spectre avec des fonctionnalités de test EMI spécifiques:
- scannez les paramètres conformément aux réglementations CEM mondiales (c.-à-d. temps de maintien, bande passante de résolution (RBW), détecteur, etc.)
- exécution automatique du test avec contrôle du LISN et commutation entre les phases de la ligne en cas d'alimentation AC (monophasée ou Trois phases)
- interface logicielle pour la vue de numérisation, la configuration et l'enregistrement des résultats de test
Figure 6. Un récepteur EMI. Image courtoisie de NARDA
Un analyseur de spectre peut être un remplacement moins coûteux du récepteur EMI lors des tests de pré-conformité des produits pendant le processus de conception et de vérification. Une configuration complète de test de pré-conformité (LISN + analyseur de spectre + plan de masse) peut être achetée pour moins de 2000 $, un prix raisonnable également pour les petites entreprises. Pour un coût aussi limité, il est possible de faire une analyse des émissions conduites d'un produit, de découvrir des émissions sonores excessives et d'apporter des corrections avant de se rendre dans un laboratoire de test accrédité pour le test de conformité final.
Il existe de nombreux organes directeurs qui réglementent les niveaux admissibles d'émissions générées par les biproduits. L'organisme mondial de normalisation est la CEI (Commission électrotechnique internationale).
Au niveau régional, il existe différents organismes pour assurer la mise en œuvre locale des réglementations basées sur les normes CEM publiées par la CEI: aux États-Unis, les réglementations les plus courantes sur les émissions sont émises par la FCC (Federal Communications Commission), tandis qu'en Europe elles le sont. émis par les organisations du CEN / CENELEC.
Le tableau suivant présente les principales normes de produits pour les émissions conduites et rayonnées:
| Secteur de produits | Norme EN | Norme américaine |
| Équipement multimédia (MME) | EN 55032 | FCC Part 15 |
| Équipements industriels, scientifiques et médicaux (ISM) | EN 55011 | FCC Part 18 |
| Matériel d'éclairage | EN 55015 | Partie 15/18 de la FCC |
Tableau 2. Principales normes de produits pour les émissions conduites et rayonnées
Chaque norme est élaborée pour réglementer les termes, les méthodes d'essai et les limites des émissions conduites et rayonnées. A titre d'exemple, nous pouvons examiner les normes EN 55032 et FCC Partie 15.
Les norme EN 55032 réglemente en Europe les émissions conduites et rayonnées de signaux dans la gamme de fréquences de 9 kHz à 400 GHz pour le multimédia): équipement ayant une tension d'alimentation RMS nominale ne dépassant pas 600V. Les appareils sont divisés en deux classes:
- Classe B (commercial): ceci s'applique aux appareils qui sont utilisés dans des environnements résidentiels et domestiques. Ils doivent avoir des émissions inférieures aux limites d'émission inférieures définies pour la classe B.
- Classe A (industriel): cela s'applique à tous les appareils qui dépassent les limites de classe B. Dans ce cas, l'appareil doit avoir des émissions inférieures aux limites définies pour la classe A et peut provoquer des interférences dans les zones résidentielles, le manuel de l'appareil doit donc comporter un avertissement.
Figure 7. Limites d'émissions conduites EN 55032 Classe A et Classe B. Image reproduite avec l'aimable autorisation de Texas Instruments.
De même, les produits conçus pour le marché américain doivent être conformes aux limites équivalentes établies par le norme FCC Partie 15, sous-partie B (radiateurs non intentionnels), section 15.107 (limites conduites), où les limites d'émissions conduites sont équivalentes à celles données dans la norme EN 55032. Également dans la partie 15 de la FCC, les appareils sont divisés en deux classes:
- Classe B: appareils numériques commercialisés pour une utilisation dans un environnement résidentiel nonobstant une utilisation dans des environnements commerciaux, commerciaux et industriels.
- Classe A: appareils numériques commercialisés pour une utilisation dans un environnement commercial, industriel ou commercial; à l'exclusion des appareils commercialisés pour une utilisation par le grand public ou destinés à être utilisés à domicile.