Каждый продукт на рынке должен соответствовать Нормы электромагнитной совместимости которые определяют верхние пределы кондуктивных и излучаемых помех.
Кондуктивные выбросы шум компоненты которые генерируются устройством или подсхемой и передаются другому устройству или подсхеме через кабели, печатная плата следы, плоскости питания / земли или паразитная емкость. Кондуктивные излучения, которые появляются на интерфейсных и силовых кабелях, должны быть низкими, иначе они могут распространяться по кабелям и достигать других устройств, вызывая у них проблемы.
Излучение шум компоненты что вся система генерирует как электромагнитное поле, поэтому оно может распространяться по воздуху и достигать других устройств.
Инженеры знают, что распространение сигнала по кабелям происходит без отражения, когда длина кабеля намного короче длины волны сигнала (низкая частота). Вот почему кондуктивные излучения считаются проблемой для низких частот, где можно рассматривать сосредоточенную модель для среды распространения сигнала.
Напротив, когда длина кабеля намного больше, чем длина волны сигнала (высокая частота), распространение сигнала по кабелю будет происходить без отражения только в том случае, если на пути прохождения сигнала обеспечено согласование импеданса. В этом случае распространение через проводники можно проанализировать как распределенная модель (теория линий электропередачи), но в реальном мире системы часто содержат проводники (кабели и схема дорожки), которые не предназначены для использования в качестве линий передачи высоких частот. Такие проводники могут легко излучать сигналы в виде электромагнитного поля, потому что они ведут себя как антенны, а не как линии передачи. Вот почему излучаемые помехи считаются проблемой для высоких частот.
Общее практическое правило дизайнеров - учитывать критическая длина проводника который отделяет сосредоточенное поведение от распределенного следующим образом:
LКРИТИЧЕСКОЕ= λ /6
Рисунок 1. Сосредоточенные системы и распределенные системы.
В следующей таблице показаны длины волн для различных частот, соответствующая критическая длина, конструкции, типичные размеры которых сопоставимы с критической длиной, и тип обычно генерируемых излучений:
Таблица 1. Типичные методы распространения излучения для разных частот.
Обычно точка разрыва между кондуктивными и излучаемыми излучениями устанавливается на 30 МГц, где длина волны (в открытом воздухе) составляет около 10 м, а критическая длина - около 1.7 м.
Нормы ЭМС предназначены для измерения излучения от устройств и их кабелей (так называемые EUT - Тестируемое оборудование). Учитывая, что типичные размеры устройств и связанных кабелей составляют до 1.5 м, приведенная выше таблица показывает, что излучаемые ими излучения могут возникать только для частот выше 30 МГц, где размеры проводников, которые являются частью EUT, могут быть приблизительно больше, чем критическая длина. Для частот ниже 30 МГц излучаемые излучения незначительны, и, как правило, требуется тестировать EUT только на кондуктивные излучения.
Испытания наведенных выбросов
Типичная установка для тестирования кондуктивного излучения от EUT требует следующего:
- Приемник электромагнитных помех или анализатор спектра (подходит для предварительного соответствия)
- Líšnice (Сеть стабилизации импеданса линии)
- Наземный самолет - EUT, LISN и приемник размещаются и подключаются к заземляющей пластине.
Рис. 2. Базовая установка для испытания на кондуктивные эмиссии.
LISN - это трехпортовое устройство, которое подключается к EUT, приемнику и источнику питания.
Назначение LISN - обеспечить стандартизованный импеданс на ВЧ через точку измерения EUT. LISN связывает точку измерения EUT с приемником и ослабляет (практически устраняет) нежелательные сигналы помех, исходящие от источника питания, чтобы предотвратить влияние таких сигналов на выполнение теста.
Существуют различные типы LISN для анализа постоянного тока, однофазного или Трехфазный переменного тока. Наиболее распространенный тип определен в CISPR 16-1-2 и обеспечивает для EUT эквивалентный импеданс 50 Ом параллельно с 50 мкГн + 5 Ом на каждой линии относительно земли. Он называется типом «V-образной сети» для однофазного питания, поскольку стабилизированный импеданс появляется на каждом плече «V», между линией или нейтралью и заземлением.
Рисунок 3. ЛИСН схема за каждую линию «В-сети»
Рис. 4. Зависимость полного сопротивления от частоты на клеммах EUT. Изображение любезно предоставлено Tekbox - руководство пользователя TBLC08.
Шум, измеренный с помощью приемника, необходимо сравнить с пределами шума, предусмотренными правилами ЭМС. В случае однофазных устройств измерения шума необходимо повторить для каждой линии (фазы и нейтрали).
Рисунок 5. Однофазный LISN 9KHz-30MHz от разных производителей. Изображение предоставлено NARDA и Tekbox.
В базовой испытательной установке, представленной выше, заземляющий слой играет фундаментальную роль в стандартизации испытательной среды, поскольку обычно на часть кондуктивного шума могут влиять паразитные параметры, как это будет лучше объяснено позже.
Приемник EMI - это специальное устройство, разработанное для тестирования EMI, такое как LISN. Он отличается от обычного анализатора спектра по различным аспектам, не затронутым в этой статье, но, на первый взгляд, его можно рассматривать как анализатор спектра со специфическими функциями тестирования электромагнитных помех:
- параметры сканирования в соответствии с глобальными правилами ЭМС (например, время удержания, ширина полосы разрешения (RBW), детектор и т. д.)
- автоматическое выполнение теста с управлением ЛИСН и переключением между фазами сети в случае подачи переменного тока (однофазного или Трехфазный)
- программный интерфейс для просмотра сканирования, настройки и сохранения результатов тестирования
Рисунок 6. Приемник электромагнитных помех. Изображение предоставлено NARDA
Анализатор спектра может быть менее дорогостоящей заменой приемника электромагнитных помех при выполнении предварительных испытаний продукции на соответствие требованиям в процессе проектирования и проверки. Полную установку для предварительного тестирования на соответствие требованиям (LISN + анализатор спектра + заземляющий слой) можно купить менее чем за 2000 долларов, что является разумной ценой также для небольших компаний. За такую ограниченную стоимость можно провести сканирование кондуктивных излучений продукта, обнаружить чрезмерное шумовое излучение и внести исправления, прежде чем отправиться в аккредитованную испытательную лабораторию для окончательного испытания на соответствие.
Существует множество регулирующих органов, регулирующих допустимые уровни выбросов побочных продуктов. Глобальным органом по стандартизации является IEC (Международная электротехническая комиссия).
На региональном уровне существуют различные органы, которые обеспечивают выполнение на местном уровне правил, основанных на стандартах ЭМС, выпущенных МЭК: в Соединенных Штатах наиболее распространенные правила, касающиеся выбросов, издаются FCC (Федеральной комиссией по связи), в то время как в Европе они выдается организациями CEN / CENELEC.
В следующей таблице приведены основные стандарты продукции для кондуктивных и излучаемых помех:
| Сектор продукции | Стандарт EN | Стандарт США |
| Мультимедийное оборудование (MME) | EN 55032 | FCC часть 15 |
| Промышленное, научное и медицинское оборудование (ISM) | EN 55011 | FCC часть 18 |
| Осветительное оборудование | EN 55015 | FCC, часть 15/18 |
Таблица 2. Основные стандарты продукции для кондуктивных и излучаемых выбросов.
Каждый стандарт разработан для регулирования условий, методов испытаний и ограничений на кондуктивные и излучаемые излучения. В качестве примера мы можем изучить стандарты EN 55032 и FCC, часть 15.
Ассоциация стандарт EN 55032 регулирует в Европе кондуктивные и излучаемые излучения сигналов в диапазоне частот от 9 кГц до 400 ГГц для мультимедиа): оборудование с номинальным напряжением питания RMS, не превышающим 600 В. Устройства делятся на два класса:
- Класс-Б (коммерческий): это применимо к устройствам, которые используются в жилых и домашних условиях. Их выбросы должны быть ниже нижних пределов выбросов, определенных для класса B.
- Класс-А (промышленный): это применимо ко всем устройствам, которые превышают пределы класса B. В этом случае уровень излучения устройства должен быть ниже пределов, определенных для класса A, и он может вызывать помехи в жилых районах, поэтому в руководстве к устройству должно быть предупреждение.
Рисунок 7. Пределы кондуктивного излучения классов A и B по EN 55032. Изображение любезно предоставлено Texas Instruments.
Точно так же продукты, предназначенные для рынка США, должны соответствовать эквивалентным ограничениям, установленным стандарт FCC, часть 15, подраздел B (непреднамеренные излучатели), раздел 15.107 (пределы кондуктивного излучения), где пределы кондуктивного излучения эквивалентны тем, которые указаны в EN 55032. Также в части 15 FCC устройства делятся на два класса:
- Класс-Б: цифровые устройства, предназначенные для использования в жилых помещениях, несмотря на использование в коммерческих, деловых и промышленных средах.
- Класс-А: цифровые устройства, предназначенные для использования в коммерческой, промышленной или деловой среде; за исключением устройств, продаваемых для использования широкой публикой или предназначенных для использования в домашних условиях.