Grundlagen der EMC-Pre-Compliance

Bei jeder Produktentwicklung muss das Gerät zunächst getestet werden, um sicherzustellen, dass es die erwarteten Leistungen erbringt. Alle elektronischen Geräte müssen in einer zertifizierten internen Prüfeinrichtung Tests zur Einhaltung elektromagnetischer Störungen (EMI) bestehen. Das Bestehen der EMI-Tests beweist, dass die EMI-Emissionen Ihres Geräts akzeptable Werte erreichen und den entsprechenden gesetzlichen Normen entsprechen.

EMI fällt unter den Oberbegriff "EMV", der für elektromagnetische Verträglichkeit steht. Bei der Durchführung von Pre-Compliance-Tests geht es um die Prüfung der EMI, d. h. der tatsächlichen elektromagnetischen Erscheinungen - oder Emissionen -, die von Ihrem Gerät ausgehen.

Alle Produkte, von Ihrem Laptop bis zu Ihrem Smartphone, müssen die Konformitätsprüfung in einer zertifizierten Prüfstelle bestehen. Wenn Ihr Gerät die staatlich vorgeschriebenen Konformitätstests nicht besteht, können Sie Ihr Produkt nicht verkaufen.

Die letzte Phase der Konformitätsprüfung ist in der Regel teuer. Wenn Ihr Produkt die Konformitätsprüfung nicht besteht, müssen Sie nicht nur Ihren Entwurf überarbeiten, sondern dies wirkt sich auch auf Ihren Zeitplan für die Produktentwicklung aus. Diese Verzögerungen wirken sich auf Ihre Produktionskosten und die Fähigkeit des Produkts aus, auf den Markt zu kommen.

Es ist von entscheidender Bedeutung, dass Sie EMV-Tests durchführen, um sicherzustellen, dass Ihr Gerät vor der offiziellen Zertifizierung durch die Prüfstelle besteht.

Die folgenden Informationen geben Ihnen einen Überblick über alles, was Sie über die Durchführung von EMV-Tests in Ihrer eigenen Umgebung wissen müssen, die so genannte EMV-Vorprüfung. Ausführlichere Erklärungen finden Sie im Abschnitt "Empfohlene Lektüre" weiter unten.

Abbildung 1: Die Bedeutung von Prüfungen vor der Konformitätsprüfung im Produktentwicklungszyklus

Bei der EMV geht es um die Wechselwirkung von elektrischen Geräten mit ihrer elektromagnetischen Umgebung und mit anderen Geräten. Alle elektronischen Geräte können elektromagnetische Felder aussenden, und die Konformitätsprüfung ist die letzte Stufe der Prüfung, die sicherstellt, dass die elektronischen Geräte mit sicheren EMI-Werten arbeiten.

Zertifizierte Prüfstellen führen verschiedene EMI-Tests durch, um festzustellen, ob Ihr Gerät ein angemessenes Emissionsniveau aufweist. Diese Tests lassen sich in zwei Kategorien unterteilen: Emissionsprüfungen und Störfestigkeitsprüfungen. Innerhalb jeder dieser Kategorien müssen Sie sowohl gestrahlte als auch leitungsgebundene Tests durchführen.

• Abgestrahlte Tests charakterisieren unbeabsichtigte elektromagnetische Energie, die von einem elektronischen Gerät über ein nicht-physikalisches Medium abgegeben wird (Kabeltests).
• Durchgeführte Tests charakterisieren die unbeabsichtigte elektromagnetische Energie, die von einem elektronischen Gerät über ein physikalisches Medium abgegeben wird (Kabeltest).

Abbildung 2: Messungen der gestrahlten und leitungsgebundenen Emissionen charakterisieren die Emissionen zum und vom DUT

Um die EMV-Vorprüfung zu verstehen und zu wissen, wie man sie durchführt, ist es hilfreich, die wichtigsten Begriffe zu kennen, die damit verbunden sind.

In diesem Abschnitt lernen Sie einige der relevanten Begriffe kennen, die für die EMV-Vorkonformitätsmessungen gelten.

Terminologie

• EMV - Elektromagnetische Verträglichkeit - der "Oberbegriff" für die unbeabsichtigte Erzeugung oder Ausbreitung elektromagnetischer Energie durch ein Gerät.
• EMI - Elektromagnetische Störungen
• Emission - die tatsächlichen Phänomene oder Emissionen, die während der Messungen vor der Erfüllung der Anforderungen getestet werden. EMI kann unerwünschte Interferenzen mit benachbarten Geräten verursachen, wenn sie bei der Entwicklung und Prüfung nicht angemessen berücksichtigt wird.
• Störanfälligkeit - Die Eigenschaft elektronischer Geräte, die unerwünschte Reaktionen bei elektromagnetischer Energie zulässt.
• Abgestrahlte Störung - Störung durch Funkrauschen oder unerwünschte Signale über die Luft; nicht durch ein physikalisches Medium
• Leitungsgebundene Störungen - Störungen, die durch leitungsgebundene Funkstörungen oder unerwünschte Signale entstehen, die durch direkte Kopplung (über Kabel) in einen Wandler (Empfänger) gelangen.
• CISPR- Internationaler Sonderausschuss für Funkstörungen, der Normen zur Überwachung elektromagnetischer Störungen in elektrischen und elektronischen Geräten festlegt.
• LISN - Line Impedance Stabilization Networks - Das LISN ist wichtig, weil es das Stromnetz vom Prüfling isoliert, der ein möglichst sauberes Signal haben muss.
• Absorberkammer - Ein abgeschirmter Raum, der dazu dient, Schall oder elektromagnetische Wellen zu absorbieren und Reflexionen von allen Innenflächen zu verringern.
• Strahlung - Die Emission von Energie in Form von elektromagnetischen Wellen.
• Störfestigkeit - Die Eigenschaft eines Empfängers oder eines anderen Geräts oder Systems, die es ihm ermöglicht, eine Funkstörung abzuweisen.

Pre-Compliance ist eine risikoarme, kostengünstige Methode, um sicherzustellen, dass Ihr Prüfling die endgültige Konformitätsprüfung besteht. Bis zum Ende des Produktentwicklungszyklus mit der Konformitätsprüfung zu warten, ist aufgrund der hohen Kosten riskant. Die Kosten für die Konformitätsprüfung beinhalten die Reservierung von Zeit im Konformitätslabor und die Neuentwicklung Ihres Prüflings, wenn er die Konformitätsprüfung nicht besteht. Eine ordnungsgemäße Prüfung vor der Konformitätsprüfung ist entscheidend, wenn Sie Geld sparen und Überraschungen bei der Konformitätsprüfung vermeiden wollen.

Der Hauptunterschied zwischen Pre-Compliance- und Konformitätsprüfungen besteht in der Formalität und der Verwendung eines schalltoten Raums, wie in der folgenden Abbildung zu sehen ist.

Ein schalltoter Raum ist ein Raum, der die Reflexion elektromagnetischer Wellen absorbiert. Er eignet sich perfekt für die Durchführung von Tests an elektronischen Geräten, um sicherzustellen, dass keine unerwarteten Störungen auftreten. Im Allgemeinen ist die Konformitätsprüfung aufgrund der reflexionsarmen Kammer ein formeller Prozess, da die meisten Hersteller elektronischer Geräte nicht über eine eigene Kammer verfügen. Diese werden oft im Voraus über eine Drittpartei reserviert. Diese Kammern sind das Hauptunterscheidungsmerkmal zwischen der Vorprüfung und der endgültigen Konformitätsprüfung.

Abbildung 3: Die Verwendung eines schalltoten Raums ist der entscheidende Unterschied zwischen der Prüfung vor der Erfüllung der Anforderungen und der endgültigen Prüfung.

Bei der Emissionsprüfung wird die Menge an elektromagnetischer Energie gemessen, die von Ihrem Gerät ausgeht. Emissionsprüfungen sind wichtig, weil Sie nicht wollen, dass Ihr Gerät versehentlich benachbarte Geräte stört.

Die Emissionsprüfung umfasst zwei Kategorien: gestrahlte und leitungsgebundene Emissionen.

Die Prüfung der Strahlungsemissionen quantifiziert die Stärke der elektromagnetischen Energie, die von Ihrem Gerät über die Luft abgestrahlt wird. Sie stellen sicher, dass die von Ihrem Gerät ausgehenden Emissionen der entsprechenden Norm entsprechen. Viele Geräte fallen bei dieser Art von Messung durch. Investieren Sie daher etwas Zeit in die Prüfung der Strahlungsemissionen vor der Erfüllung der Anforderungen.

Abbildung 4: Die für eine Störaussendungsprüfung erforderliche Ausrüstung umfasst einen Signalanalysator mit Pre-Compliance-Software, eine auf einem Stativ montierte Antenne und den Prüfling.

Zu den erforderlichen Geräten für die Prüfung gestrahlter Emissionen gehören:

• Kalibrierte EMI-Antenne, die auf einem Stativ montiert und 1 bis 3 Meter vom Prüfling entfernt ist
• Spektrumanalysator mit EMV-Pre-Compliance-Messsoftware (Keysight N6141A EMI Measurement Application)
• Vorverstärker

Um Interferenzen zu vermeiden, sollten Sie Tests der Strahlungsemissionen weit entfernt von anderen Geräten durchführen. Sie können zum Beispiel einen großen Parkplatz oder einen leeren Konferenzraum verwenden. Es ist wichtig, dass Übertragungen von Rundfunk, Fernsehen oder Mobiltelefonen während der Störaussendungsprüfung nicht mit Ihrem Prüfling oder den Antennen interagieren.

Geleitete HF-Emissionen sind elektromagnetische Störungen, die durch elektrische Aktivitäten im Prüfling entstehen und sich entlang der Strom-, Signal- oder Datenkabel aus dem Prüfling heraus ausbreiten. Geleitete Störungen breiten sich über Kopplungspfade vom Prüfling direkt in andere elektronische Geräte aus. Darüber hinaus können sich leitungsgebundene Störungen im Gerät selbst ausbreiten und die Leistung negativ beeinflussen. Die Prüfung leitungsgeführter Emissionen konzentriert sich auf diese unerwünschten Signale, die durch den Wechselstrom eines Prüflings erzeugt werden.

Zu den erforderlichen Geräten für die Prüfung leitungsgebundener HF-Emissionen gehören:

• Spektrumanalysator mit EMV-Pre-Compliance-Messsoftware (Keysight N6141A EMI Measurement Application)
• LISN (Leitungsimpedanz-Stabilisierungsnetz)
• Begrenzer

Mit der Störfestigkeitsprüfung wird ermittelt, wie empfindlich Ihr Gerät gegenüber der elektromagnetischen Energie ist, die von anderen Geräten ausgeht.

Bei der Prüfung der Strahlungsimmunität wird die Anfälligkeit Ihres Geräts für die von anderen Geräten in der Umgebung ausgehenden Funkemissionen getestet.

Zu den erforderlichen Geräten für die Prüfung der Störfestigkeit gehören:

• Signalgenerator (Keysight MXG oder EXG)
• Satz von Nahfeldsonden
• Radio

Durchgeführte Störfestigkeitstests bewerten die Anfälligkeit Ihres Geräts und Ihrer Kabel für EMI von anderen Geräten.

Störfestigkeitsprüfungen sind wichtig, weil Sie nicht wollen, dass Ihr Gerät durch die elektromagnetischen Emissionen eines benachbarten Geräts beeinflusst wird. Störfestigkeitsprüfungen sind schneller und einfacher als andere Konformitätsprüfungen. Die CISPR-Normen schreiben keine Störfestigkeitsprüfungen vor, aber wir empfehlen sie dringend.

Abbildung 6: Die für eine Prüfung der leitungsgebundenen Störfestigkeit benötigte Ausrüstung umfasst einen Signalgenerator, einen Signalanalysator, eine Reihe von Nahfeldsonden und den Prüfling.

EMV-Prüfungen stellen sicher, dass Ihr Gerät die Konstruktionsspezifikationen erfüllt und keine Emissionen abstrahlt, die die Leistung anderer Geräte gefährden oder beeinträchtigen. EMV-Tests müssen strenge Emissionsstandards erfüllen, die von EMV-Regulierungsbehörden wie dem Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR) entwickelt wurden. CISPR, das internationale Sonderkomitee für Funkstörungen, legt die Geräte und Methoden zur Messung der abgestrahlten EMI fest. Darüber hinaus legt CISPR die geforderten Emissionswerte für elektronische Geräte fest, die von der Branche und dem Land, in dem das Produkt verkauft wird, abhängen.

Bevor Sie Messungen an Ihrem Prüfling durchführen, sollten Sie sich unbedingt einige Fragen stellen:

1. In welchen Ländern wird Ihr Produkt verkauft - Europa, Vereinigte Staaten, Asien-Pazifik, China?
2. Wie ist das Produkt klassifiziert?

• Informationstechnische Ausrüstung (ITE)
• Industrielle, wissenschaftliche oder medizinische Geräte (ISM)
• Automobilindustrie
• Kommunikation
• Allgemein/Haushaltsartikel
• Wo soll das Produkt verkauft werden - zu Hause, im Handel, in der Industrie?

Die Antworten auf diese Fragen helfen Ihnen, die EMV-Normen für Ihre Produkte zu bestimmen. Sobald Sie die EMV-Normen für Ihr Produkt kennen, können Sie die erforderlichen EMV-Testmessungen planen.

Die Vorteile von Pre-Compliance-Tests

Die EMV-Vorprüfung spart Ihnen Zeit und kostspielige Nacharbeit. Wenn Sie während des Entwicklungsprozesses EMV-Pre-Compliance-Tests durchführen, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass Ihr Produkt die EMV-Konformitätsprüfung erfolgreich besteht, erheblich. Das Hinzufügen eines Pre-Compliance-Testsystems ist der optimale Ansatz, um die EMV-Konformität Ihrer Produkte zu erreichen, und ermöglicht es Ihnen, die Zeit bis zur Markteinführung kosteneffizient zu verkürzen.

Abbildung 7: Alle elektronischen Geräte müssen bestimmte Emissionsvorschriften erfüllen, je nachdem, um welche Art von Produkt es sich handelt und wo es verkauft werden soll.

Keysight Pre-Compliance-Lösungen

• Keysight-Analysatoren der X-Serie unterstützen Sie bei der Entwicklung, Prüfung und Lieferung mit unserer fortschrittlichsten Signalanalyse. Sie haben die Wahl zwischen einer weitreichenden Echtzeitanalyse und kostengünstigen grundlegenden Messungen.
• Die EMI-Messanwendung N6141A gehört zu einer Standardbibliothek von mehr als 25 Messanwendungen der Keysight X-Serie. Diese Anwendung verwandelt die Signalanalysatoren der X-Serie in eine leistungsstarke EMI-Pre-Compliance- und Diagnoselösung und bietet benutzerfreundliche Datenerfassungs- und Analysewerkzeuge, die eine schnelle Markteinführung für neue Designs ermöglichen.

Der Vorteil einer EMI-Vorprüfung mit einem Signalanalysator besteht darin, dass Sie die EMI-Leistung Ihres neuen Produkts gut einschätzen können und das Risiko verringern, dass Sie die EMI-Konformität am Ende eines Projekts nicht erfüllen.

Zum besseren Verständnis der Pre-Compliance-Messungen siehe den folgenden Anwendungshinweis, Durchführen von gestrahlten und leitungsgebundenen Messungen für ein besseres Verständnis der Pre-Compliance-Messungen.