Como realizar testes de interferência eletromagnética (EMI)

A interferência eletromagnética (EMI) é o distúrbio que os dispositivos eletrônicos sofrem devido à radiação eletromagnética de outras fontes ou que é gerada pelo seu produto. Essa interferência é significativa porque pode causar mau funcionamento, corrupção de dados ou até mesmo falhas totais no sistema. Para engenheiros e fabricantes, entender o que é EMI é fundamental para garantir a confiabilidade do dispositivo em diversos ambientes.

As fontes comuns de EMI incluem equipamentos domésticos e industriais.

Itens do cotidiano, como micro-ondas, lâmpadas fluorescentes e smartphones, podem emitir EMI, enquanto máquinas industriais, transmissores de rádio e motores elétricos também contribuem com frequência. Essas fontes produzem uma variedade de frequências que podem se sobrepor àquelas usadas por eletrônicos sensíveis, causando interferência.

Os efeitos da EMI nos dispositivos podem ser substanciais, levando à degradação do desempenho, reinicializações não intencionais ou leituras incorretas em equipamentos sensíveis, como dispositivos médicos, sistemas de telecomunicações e eletrônicos automotivos. Por exemplo, em dispositivos de geração de imagens médicas, a EMI pode prejudicar a qualidade da imagem, com risco de erros de diagnóstico. Portanto, a implementação de estratégias eficazes de teste e atenuação da interferência eletromagnética EMI é fundamental para preservar a integridade e o desempenho dos sistemas eletrônicos.

A medição da interferência EMI começa com a compreensão do tipo de emissões, o ambiente de teste correto e o equipamento certo. O objetivo é capturar dados precisos e repetíveis que se alinhem aos padrões de conformidade do setor.

• Normas e padrões de teste - Para testes de EMI, siga os padrões de conformidade que se aplicam ao seu produto e mercado. Exemplos comuns incluem:
  • CISPR - Requisitos internacionais de EMC para testes de emissão e imunidade.
  • FCC - Regulamentos dos EUA para emissões eletromagnéticas.
  • MIL-STD-461 - Requisitos militares de EMI/EMC para equipamentos de defesa e aeroespaciais.
  • Padrões ISO EMC - Padrões globais para testes de compatibilidade eletromagnética em todos os setores.

Siga os métodos de teste específicos de cada padrão, as faixas de frequência e os requisitos do detector para garantir resultados precisos e em conformidade.

• Tipo de emissão - Determine se está medindo emissões irradiadas (RE) ou emissões conduzidas (CE) para selecionar a configuração de teste correta.
• Ambiente de teste - Use uma câmara anecoica ou semianecoica para RE, ou uma configuração conduzida controlada com Redes de Estabilização de Impedância de Linha (LISNs) para CE.
• Equipamento de medição - Escolha um receptor EMI ou analisador de sinal com largura de banda, sensibilidade e faixa dinâmica suficientes para capturar todos os sinais relevantes.
• Método de captura de sinal - Aplique a varredura no domínio do tempo (TDS) ou a varredura em tempo real (RTSC) para detectar sinais transitórios ou intermitentes que as varreduras tradicionais podem deixar passar.
• Calibração e verificação - Calibre regularmente as antenas, os LISNs e os receptores para garantir a precisão e a rastreabilidade das medições.
• Análise de dados - Use o software de medição de EMI para visualizar os resultados, aplicar linhas de limite e gerar relatórios de conformidade para uma solução de problemas mais rápida.
• Pré-conformidade vs. Conformidade total - Decida se deve começar com testes de pré-conformidade para identificar problemas antecipadamente e reduzir o risco de falhas em laboratórios de teste credenciados.

O teste eficaz de pré-conformidade EMI requer atenção cuidadosa às práticas de configuração e medição. Os engenheiros geralmente enfrentam esses desafios:

1. Replicação do ambiente de conformidade - O uso de uma configuração que não corresponda ao padrão de destino (por exemplo, tipo de câmara incorreto, rede de estabilização de impedância de linha ausente para emissões conduzidas) pode produzir resultados enganosos. Sempre combine a configuração do teste com os requisitos de padrões como CISPR, FCC ou MIL-STD-461.
2. Aterramento e gerenciamento de cabos - Cabos longos, não blindados ou mal roteados podem atuar como antenas não intencionais. Mantenha um aterramento consistente, use a blindagem adequada dos cabos e siga os layouts de cabos específicos do padrão.
3. Calibração e verificação - Ignorar a calibração de receptores EMI, antenas e LISNs pode tornar os dados não confiáveis. Verifique a calibração do equipamento antes de cada sessão de teste.
4. Lacunas na cobertura de frequência - Deixar de examinar determinadas bandas pode fazer com que o equipamento seja aprovado na pré-conformidade, mas reprovado no laboratório oficial. Sempre examine toda a faixa de frequência exigida pela norma aplicável.
5. Controle do ruído ambiente - O ruído de RF de fundo pode mascarar as emissões ou criar falsos positivos. Meça e documente o ruído ambiente antes de iniciar os testes e aplique a subtração de ruído, se for compatível com seu equipamento de teste.
6. Teste em apenas um modo operacional - Algumas emissões ocorrem apenas em configurações específicas (por exemplo, alta carga da CPU, sem fio ativo). Teste vários estados operacionais para descobrir problemas intermitentes.

Dica: Documente cada detalhe da configuração, desde o roteamento dos cabos até as configurações do equipamento, para que você possa replicar ou ajustar a configuração facilmente se for necessário refazer o teste.

À medida que a próxima geração de redes móveis 5G, veículos de condução autônoma e a Internet das Coisas (IoT) tomam forma, os engenheiros estão correndo para projetar mais dispositivos sem fio para atender à demanda acelerada do mercado. 

Simultaneamente, a densidade e a complexidade do ambiente eletromagnético estão aumentando como resultado do enorme número de dispositivos que se conectam sem fio à rede. Essa dinâmica representa um desafio para os testes de compatibilidade eletromagnética (EMC) devido ao fato de que os dispositivos sem fio exigem certificação de acordo com padrões de conformidade normativa que também estão crescendo em número. É importante identificar e isolar rapidamente os problemas de EMC durante os testes de conformidade EMC para ajudá-lo a colocar os dispositivos no mercado com mais rapidez e eficiência. 

A varredura no domínio do tempo (TDS) é uma técnica de medição de espectro baseada na transformada rápida de Fourier (FFT), que converte sinais do domínio do tempo para o domínio da frequência. Em comparação com os métodos tradicionais de varredura por etapas ou varredura por varredura, o TDS reduz significativamente o tempo de medição sem comprometer a precisão.

O método TDS foi formalmente adotado e aprovado na CISPR 16-1-1 (2010) como uma abordagem de medição em conformidade com o padrão. Durante o processamento da FFT, uma função de janela (ou filtro) é aplicada para limitar o espectro de frequência dos sinais. A CISPR 16-1-1 especifica as larguras de banda necessárias e as formas exatas de filtro a serem usadas. Os receptores EMI devem estar em conformidade com as máscaras de tolerância de forma de filtro definidas para atender à norma. 

Os receptores EMI PXE e MXE da Keysight oferecem recursos de medição de TDS em conformidade com a CISPR, permitindo que os usuários economizem um tempo substancial de teste em seus fluxos de trabalho de conformidade ou pré-conformidade EMI.

A varredura em tempo real (RTSC) é um recurso exclusivo do receptor EMI PXE da Keysight que permite a captura e a análise de sinais sem intervalos com uma largura de banda FFT muito ampla de até 350 MHz ou 1 GHz (dependendo das opções). Ele permite medições simultâneas e exibição de resultados de domínio de frequência, domínio de tempo e espectrograma, com até 3 medições simultâneas de detectores EMC (até seis detectores simultâneos com a FFT de 1 GHz).

Você pode realizar medições e análises sem intervalos de sinais de perturbação intermitentes que emanam do EUT de uma forma muito mais rápida em comparação com o método tradicional de etapa/varredura e sem perder nenhum sinal. Com esse recurso, o laboratório de testes pode melhorar o rendimento do teste de EMC para testar mais produtos e certificá-los em menos tempo, e você pode verificar todas as emissões intermitentes ou de banda larga do seu dispositivo antes de enviá-lo ao laboratório de testes para testes de conformidade.

A largura de banda de varredura em tempo real de 1 GHz permite realizar medições da banda C/D da CISPR em uma única aquisição e sem intervalos, além de obter medições de 6 detectores simultaneamente. Você poderá capturar todas as emissões do EUT (Equipment Under Test), inclusive sinais transitórios, de banda estreita e de banda larga, o que proporciona visibilidade total do comportamento do ruído do dispositivo, ajudando os engenheiros a identificar e resolver problemas antes dos testes formais de EMC - aumentando a confiança no sucesso do teste.

Muitos sinais de distúrbio são rápidos e intermitentes. Os métodos convencionais de varredura por etapas ou por varredura geralmente não os detectam. 

Com uma captura em tempo real e sem intervalos de 1 GHz, você pode detectar de forma confiável todos os sinais de perturbação, sejam eles transitórios, de banda estreita ou de banda larga, sem o risco de perder emissões críticas.

Sem a varredura em tempo real, seria necessário definir longos tempos de espera para aumentar a chance de capturar sinais intermitentes. Isso aumenta significativamente a duração do teste, especialmente quando são necessárias medições repetidas em todas as posições da mesa giratória e alturas de antena.

A função de varredura em tempo real elimina essa ineficiência ao permitir a medição sem intervalos baseada em FFT de banda larga. Ela permite a caracterização completa do desempenho de ruído do EUT e, ao mesmo tempo, reduz o tempo total do ciclo de teste e aumenta a confiança na aprovação em testes formais de EMC.