Testujeme EMI/EMC nanečisto. Čistě z praktických důvodů

Jestliže má naše zdraví dle známé poučky hned z půli záviset na čistotě, v elektronice to bude platit dvojnásob. Pokud je totiž naše zařízení „nevychované“ a ve spektru na sebe příliš upozorňuje, skončí jeho cesta na výsluní ještě předtím, než vůbec začala. Za vše se platí – od vývoje až po konečný verdikt vystavující našemu systému zelenou nebo také stopku. A bude záležet pouze na nás samotných, s jakým předstihem si takové křižovatky všimneme a na který pokus se přes ni hodláme dostat. Vyrazit do reálného provozu připraveni se opravdu vyplatí.

Všechno se vším

Co si budeme říkat, bez dobrého obvodového návrhu, promyšleného layoutu desky, správné volby součástek, a pokud to bude nutné, tak třeba i stínění se ve světě elektromagnetické kompatibility EMC a souvisejících požadavků prostě neobejdeme. Stejně jako bez předběžných testů shody tzv. nanečisto, zvláště když pak ani za těch nejlepších podmínek ještě stále nemusíme mít vyhráno a výsledná prověrka v laboratoři bude spíše než cokoli jiného připomínat obyčejný hazard s časem i vynaloženými prostředky.

Testy EMC zkrátka potrápí i ty nejlepší vývojové týmy. Je to prosté – buď se svým produktem projdeme, nebo taky ne a to pak ono okřídlené „time to market“ dostává pěkně zabrat. Dopodrobna rozumět otázce kompatibility není sice dáno každému, ale změnit vnímání takových testů z docela pravděpodobného silničního zátarasu na krásné zaškrtávací políčko, které si s radostí vyplníme, to by chtěli všichni. A lednová zpráva vydaná společností Tektronix v tom dává docela velkou naději umocněnou zjištěním, že v současném prostředí návrhu elektronických zařízení přibližně polovina z nich v testech elektromagnetické kompatibility napoprvé stejně selhává!

Obr. 1 Předběžné testování shody ve smyslu EMI/EMC nemusí být složité a už vůbec ne časově náročné

Na první dobrou

Nové nástroje řešené na způsob vše v jednom umožňují firmám v kontextu elektromagnetických interferencí a také kompatibility EMI/EMC zajistit nejen předběžné zkoušky, ale také pomoc při řešení řady problémů. Vývojáři tak mohou pohodlně, s dostatečnou přesností a snad i za přijatelné peníze posoudit, zda mají se svými produkty ve finále při zkoumání emisí šanci vůbec uspět.

Masivní nástup internetu věcí doplněný rozmachem elektronických systémů, které se mohou vzájemně nejen ovlivňovat, ale s oblibou tak i činí, klade na požadavky související při návrhu s otázkou EMC zvýšenou pozornost. Nejednomu vývojáři, který právě začíná s novým projektem IoT může nahánět hrůzu už jen samotné pomyšlení na emise, které bude jednou vyzařovat nebo také šířit po vedení, zvláště když si uvědomí, co vše takové selhání v plánovaném rozpočtu nebo i časovém harmonogramu ještě napáchá. Je mu jasné, že díky vlastním testům šanci na úspěch zvyšuje, jen kdyby se nemusel potýkat s nastavováním složité a ještě k tomu i drahé měřicí techniky, dosahovanou přesností, úmorným odstraňováním problémů nebo též chybějícími nástroji pro shrnutí těžce nabytých výsledků.

V reálném čase a s USB

Jádro nového řešení od společnosti Tektronix budou tvořit sympaticky malé spektrální analyzátory pracující přes rozhraní USB a zejména pak v reálném čase. Patří mezi ně rovněž model RSA306B, který má odvahu porovnávat se za zlomek ceny dokonce s vlastnostmi klasických stolních přístrojů. Testy, o kterých zde hovoříme, proto snadno provedeme i mimo laboratoř, a přesto stále v prostředí s „přijatelnou“ úrovní rušení, např. někde v suterénu či podzemních garážích.

Analyzátory RSA306B na obr. 2 pracují v kmitočtovém rozsahu od 9 kHz až do 6,2 GHz, se šířkou pásma v reálném čase 40 MHz, dynamickým rozsahem od –160 dBm až do +20 dBm a se 100% mírou pravděpodobnosti POI zvládnou zachytit signály v minimální délce trvání pouhých 27 μs. Vyšší modely RSA500 nebo RSA600 pracují se stejnou šířkou pásma až do 7,5 GHz, nabídnou volitelný tracking generátor a stejně jako další spektrální analyzátory od Tektronixu budou i ony vyrobeny ve Spojených státech a nabízeny se tříletou zárukou.

Obr. 2 Real-time spektrální analyzátory RSA306B své stolní protějšky připomínají jen vzdáleně.
Přesto s nimi rády poměří své síly

Pro pacienta i do televize

Nad chodem přístrojů bdí software SignalVu-PC běžící na notebooku či tabletu. Pro účely našeho testování vše ještě doplňuje volitelný plug-in EMCVu podporující předběžné zkoušky a také diagnostiku potíží a ladění v rámci stejného uživatelského rozhraní. Po dobu 30 dnů si to můžeme zdarma i vyzkoušet.

Pro celou řadu návrhů umožňuje EMCVu pracovat se standardy EMC zahrnujícími např. CISPR, FCC nebo MIL-STD a za účelem automatizovaného testování dále přichází s vlastním přehledem, v němž zvolíme příslušný předpis a také oblast, ve které se bude náš výrobek nakonec i prodávat. Díky možnostem nastavení kmitočtových rozsahů či limitů si navíc dokážeme vše přizpůsobit. Podporovanou nabídku pro jednotlivé oblasti zahrnující lékařskou elektroniku (ISM), automobilový průmysl, multimédia, domácí spotřebiče nebo např. osvětlení pak přehledně zachycuje tabulka. Ve spojitosti s rozšířením v podobě softwaru EMCVu stojí za zmínku též automatická detekce rušení z okolního prostředí včetně příslušné kalibrace, rychlé skeny, hromadná měření a také značky pro harmonické, které nám pomohou při hloubkové analýze.

Doplňky a výstupy

Možnosti spektrálního analyzátoru a také softwaru by však nebyly úplné bez kompletní sady příslušenství, které výrobce pečlivě volí a důkladně ověřuje s ohledem na maximální účinnost veškerých testů – viz např. obr. 3. S přesností se pak musí pojit rovněž ztráty nebo naopak zase zesílení jednotlivých prvků, které již bylo softwarově podchyceno a při měření se s ním i počítá. A to jsme se již dostali až k výsledkům našich experimentů, které si společně s poznámkami nebo obrázky jednoduše uložíme do konfigurovatelného hlášení ve formátech PDF či RTF. Skvělé.

Obr. 3 Příslušenství prochází pečlivým výběrem spolu se softwarovým podchycením parametrů,
s nimiž při měření rovnou počítáme

Logicky nás bude zajímat i cena, tak tedy vězte, že za ucelené řešení pro předběžné testy zahrnující spektrální analyzátor s USB model RSA306B, softwarové vybavení SignalVu-PC spolu s plug-inem EMCVu, sondy NF pro blízká pole, krabičky LISN (Line Impedance Stabilization Network) – zde ve verzích s indukčnostmi 5 nebo 50 μH, antény, třínohý stojan a samozřejmě též i kabeláž zaplatíme 26 655 dolarů. Konfigurace, která pak nepočítá s příslušenstvím pro testy emisí, začíná na méně než 6 400 dolarech a samotný analyzátor o rozměrech 5,5 × 7,5 × 1,25 palců konečně vychází na 3 890 dolarů.

Připraveni na ostré testy?

Vývoj produktu stojí peníze, čas a vše často provází též spousta emocí. To poslední, co bychom si tak přáli, je pohořet při drahých závěrečných zkouškách. Pokud se tedy rozhodneme vydat cestou předběžného testování, tratní rozhodně nebudeme. Možné potíže ve světle EMI/ EMC totiž rozpoznáme již v ranné fázi vývoje, vyhneme se tak spoustě dalších nepříjemností, v případě změny v návrhu dostáváme okamžitou zpětnou vazbu i s jejími důsledky, testy dokážeme naplánovat mnohem pružněji a ve finále budeme svému produktu (nebo snad i sami sobě) věřit zase o něco více. Pokud na otázku elektromagnetické kompatibility v duchu obr. 4 myslíme již od počátku, není zase tak těžké zavést doporučované postupy přímo do praxe.

Obr. 4 Čím dříve začneme myslet na otázku elektromagnetické kompatibility, tím lépe pro nás i naše zařízení

(robenek) @dps-az.cz