Fundamentos da pré-conformidade com a EMC

Em qualquer desenvolvimento de produto, primeiro é necessário testar o dispositivo para validar se ele funciona conforme o esperado. Todos os dispositivos eletrônicos devem passar por testes de conformidade de interferência eletromagnética (EMI) em uma instalação de testes interna certificada. A aprovação nos testes de EMI demonstra que as emissões de EMI do seu dispositivo atendem a níveis aceitáveis e estão em conformidade com os padrões regulatórios apropriados.

A EMI se enquadra no termo geral "EMC", que representa a compatibilidade eletromagnética. Ao realizar testes de pré-conformidade, você está preocupado em testar a EMI, que é o fenômeno eletromagnético real - ou emissões - proveniente do seu dispositivo.

Todos os produtos, desde seu laptop até seu smartphone, precisam passar por testes de conformidade em uma casa de testes certificada. Se o seu dispositivo não for aprovado nos testes de conformidade exigidos pelo governo federal, você não poderá vender o produto.

O estágio final do teste de conformidade geralmente é caro. Se o seu produto não passar no teste de conformidade, você não só terá que refazer o projeto, mas isso também afetará o cronograma de desenvolvimento do produto. Esses atrasos afetam seu custo de produção e a capacidade do produto de entrar no mercado.

É fundamental realizar testes de EMC para garantir que seu dispositivo seja aprovado antes da certificação formal da casa de testes.

As informações a seguir fornecem uma visão geral de tudo o que você precisa saber sobre a realização de testes de EMC em seu próprio ambiente, conhecidos como testes de pré-conformidade de EMC. Para obter uma explicação mais detalhada, consulte o material na seção Leitura sugerida abaixo.

Figura 1: A importância dos testes de pré-conformidade no ciclo de desenvolvimento do produto

EMC é a interação de equipamentos elétricos com seu ambiente eletromagnético e com outros equipamentos. Todos os dispositivos eletrônicos têm o potencial de emitir campos eletromagnéticos, e o teste de conformidade é o estágio final do teste que garante que os dispositivos eletrônicos operem com níveis seguros de EMI.

As casas de testes certificadas realizam vários testes de EMI para determinar se o seu dispositivo tem um nível adequado de emissões. Esses testes podem ser divididos em duas categorias: teste de emissões e teste de imunidade. Em cada uma dessas categorias, é necessário realizar testes de radiação e de condução.

• Os testes irradiados caracterizam a energia eletromagnética não intencional liberada de um dispositivo eletrônico por meio de um meio não físico (teste de cabos).
• Os testes conduzidos caracterizam a energia eletromagnética não intencional liberada de um dispositivo eletrônico por meio de um meio físico (teste de cabo).

Figura 2: As medições de emissões irradiadas e conduzidas caracterizam as emissões de e para o DUT

Para entender a pré-conformidade EMI e como realizar os testes, é útil conhecer os principais termos associados a ela.

Nesta seção, você aprenderá algumas das terminologias relevantes aplicáveis às medições de pré-conformidade EMI.

Terminologia

• EMC - Compatibilidade eletromagnética - o "termo guarda-chuva" para a geração ou propagação não intencional de energia eletromagnética de um dispositivo.
• EMI - Interferência eletromagnética
• Emissão - os fenômenos reais ou as emissões testadas durante as medições de pré-conformidade. A EMI pode causar interferência indesejada em dispositivos vizinhos se não for devidamente considerada durante o projeto e o teste.
• Suscetibilidade - A característica do equipamento eletrônico que permite respostas indesejáveis quando submetido à energia eletromagnética.
• Interferência irradiada - Interferência resultante de ruído de rádio ou sinais indesejados no ar; não através de um meio físico
• Interferência conduzida - Interferência resultante de ruído de rádio conduzido ou sinais indesejados que entram em um transdutor (receptor) por acoplamento direto (via cabos).
• CISPR - International Special Committee on Radio Interference (Comitê Especial Internacional sobre Interferência de Rádio), que define padrões para supervisionar a interferência eletromagnética em dispositivos elétricos e eletrônicos.
• LISN - Redes de estabilização de impedância de linha - A LISN é importante porque isola a rede elétrica do DUT, que precisa ter um sinal o mais limpo possível.
• Câmara anecoica - Uma sala blindada, projetada para absorver sons ou ondas eletromagnéticas e reduzir as reflexões de todas as superfícies internas.
• Radiação - As emissões de energia na forma de ondas eletromagnéticas.
• Imunidade - A propriedade de um receptor ou de qualquer outro equipamento ou sistema que permite que ele rejeite um distúrbio de rádio.

A pré-conformidade é um método econômico e de baixo risco para garantir que seu dispositivo em teste (DUT) seja aprovado no teste de conformidade final. Esperar até o final do ciclo de desenvolvimento de um produto para realizar o teste de conformidade é arriscado devido ao seu alto custo. O custo do teste de conformidade inclui reservar tempo no laboratório de conformidade e reprojetar seu DUT se ele não for aprovado em conformidade. O teste adequado de pré-conformidade é fundamental se você quiser economizar dinheiro e evitar surpresas durante o teste de conformidade.

A principal diferença entre os testes de pré-conformidade e de conformidade é a formalidade e o uso de uma câmara anecoica, como pode ser visto na imagem abaixo.

Uma câmara anecoica é uma sala projetada para absorver a reflexão de ondas eletromagnéticas, o que é perfeito para a realização de testes em um dispositivo eletrônico para garantir que não haja nenhuma interferência inesperada. Em geral, o teste de conformidade é um processo formal devido à câmara anecoica, pois a maioria dos fabricantes de dispositivos eletrônicos não possui uma câmara própria. Geralmente, elas são reservadas com antecedência por meio de um grupo terceirizado. Essas câmaras são o principal diferencial entre os testes de pré-conformidade e de conformidade final.

Figura 3: O uso de uma câmara anecoica é a principal diferença entre os testes de pré-conformidade e de conformidade final.

O teste de emissões mede a quantidade de energia eletromagnética emitida pelo seu dispositivo. Os testes de emissões são importantes porque você não quer que seu dispositivo interfira acidentalmente em dispositivos próximos.

Os testes de emissões incluem duas categorias: irradiada e conduzida.

Os testes de emissões irradiadas quantificam a intensidade da energia eletromagnética via aérea das emissões do seu dispositivo. Eles garantem que essas emissões de seu dispositivo estejam de acordo com o padrão apropriado. Muitos dispositivos falham nesse tipo de medição, portanto, invista algum tempo em testes de emissões irradiadas antes da conformidade.

Figura 4: O equipamento necessário para um teste de emissões irradiadas inclui um analisador de sinais com software de pré-conformidade, uma antena montada em um tripé e o DUT.

O equipamento necessário para o teste de emissões irradiadas inclui:

• Antena EMI calibrada, montada em um tripé, posicionada de 1 a 3 metros de distância do DUT
• Analisador de espectro equipado com software de medição de pré-conformidade EMC (aplicativo de medição EMI Keysight N6141A)
• Pré-amplificador

Para evitar interferências, você deve realizar testes de emissões irradiadas longe de outros equipamentos. Por exemplo, você pode usar um grande estacionamento ou uma sala de conferências vazia. É fundamental que as transmissões de rádio, TV ou telefones celulares não interajam com seu DUT ou com as antenas durante o processo de teste de emissões irradiadas.

As emissões de RF conduzidas são distúrbios eletromagnéticos criados pela atividade elétrica no DUT que se propagam para fora do DUT ao longo de seus cabos de energia, sinal ou dados de interconexão. Os distúrbios conduzidos viajam ao longo de caminhos de acoplamento do DUT diretamente para outros dispositivos eletrônicos. Além disso, os distúrbios conduzidos podem se propagar dentro do próprio dispositivo e afetar negativamente o desempenho. Os testes de emissões conduzidas concentram-se nesses sinais indesejados gerados pela corrente CA de um DUT.

O equipamento necessário para o teste de emissões de RF conduzido inclui:

• Analisador de espectro equipado com software de medição de pré-conformidade EMC (aplicativo de medição EMI Keysight N6141A)
• LISN (Rede de Estabilização de Impedância de Linha)
• Limitador

O teste de imunidade determina a suscetibilidade de seu dispositivo à energia eletromagnética emitida por outros dispositivos.

Os testes de imunidade irradiada envolvem testar a suscetibilidade do seu dispositivo a emissões pelo ar de outros dispositivos no ambiente ao redor.

O equipamento necessário para o teste de imunidade irradiada inclui:

• Gerador de sinais (Keysight MXG ou EXG)
• Conjunto de sondas de campo próximo
• Rádio

Os testes de imunidade conduzidos avaliam a suscetibilidade de seu dispositivo e dos cabos à EMI de outros dispositivos.

O teste de imunidade é importante porque você não quer que seu dispositivo seja influenciado pelas emissões eletromagnéticas de um dispositivo vizinho. O teste de imunidade é mais rápido e fácil do que outros testes de pré-conformidade. As normas CISPR não exigem testes de imunidade, mas nós os recomendamos fortemente.

Figura 6: O equipamento necessário para um teste de imunidade conduzida inclui um gerador de sinal, um analisador de sinal, um conjunto de sondas de campo próximo e o DUT.

Os testes de EMC garantem que o dispositivo funcione de acordo com as especificações do projeto sem irradiar emissões que ameacem ou prejudiquem o desempenho de outros equipamentos. Os testes de EMC devem atender a padrões rígidos de emissão, desenvolvidos por órgãos reguladores de EMC, como o Comitê Internacional Especial de Perturbações Radioelétricas (CISPR). O CISPR, Comitê Especial Internacional de Interferência de Rádio, determina o equipamento e os métodos para medir a EMI irradiada. Além disso, o CISPR estabelece os níveis exigidos de emissões irradiadas para dispositivos eletrônicos, dependendo do setor e do país que vende o produto.

Antes de fazer medições em seu DUT, é essencial fazer a si mesmo algumas perguntas preliminares:

1. Em quais países seu produto será vendido - Europa, Estados Unidos, Ásia-Pacífico, China?
2. Qual é a classificação do produto?

• Equipamento de tecnologia da informação (ITE)
• Equipamentos industriais, científicos ou médicos (ISM)
• Automotivo
• Comunicação
• Itens genéricos/domésticos
• Onde o produto será vendido - residencial, comercial, industrial

Suas respostas a essas perguntas o ajudarão a determinar os padrões de EMC para seus produtos. Depois de conhecer os padrões de EMC para o seu produto, você poderá planejar as medições de teste de EMC necessárias.

Os benefícios do teste de pré-conformidade

Os testes de pré-conformidade EMC economizam seu tempo e retrabalho dispendioso. Ao incluir o teste de pré-conformidade EMC durante o processo de desenvolvimento, você aumenta significativamente a probabilidade de seu produto ser aprovado no teste de conformidade EMC completo. A inclusão de um sistema de teste de pré-conformidade é a abordagem ideal para obter a conformidade EMC de seus produtos, o que permite reduzir de forma econômica o tempo de lançamento no mercado.

Figura 7: Todos os produtos eletrônicos precisam passar por regulamentações específicas de emissões, dependendo do tipo de produto e do local onde será vendido.

Soluções de pré-conformidade da Keysight

• Os analisadores da série X da Keysight ajudam você a projetar, testar e entregar com nossa análise de sinal mais avançada. Escolha entre uma análise ampla em tempo real e medições essenciais de baixo custo.
• O aplicativo de medição de EMI N6141A faz parte de uma biblioteca padrão de mais de 25 aplicativos de medição da série X da Keysight. Esse aplicativo transforma os analisadores de sinais da série X em uma poderosa solução de diagnóstico e pré-conformidade EMI, fornecendo ferramentas de coleta e análise de dados fáceis de usar que facilitam a rápida colocação de novos projetos no mercado.

A vantagem de executar um teste de pré-conformidade EMI com um analisador de sinais é que você pode fazer uma boa estimativa do desempenho EMI do seu novo produto e reduzir o risco de não conformidade EMI no final de um projeto.

Para entender melhor as medições de pré-conformidade, consulte a seguinte nota de aplicação, Making Radiated and Conducted Measurements (Fazendo medições radiadas e conduzidas) para entender melhor as medições de pré-conformidade.