Fundamentos de la conformidad previa EMC

En el desarrollo de cualquier producto, lo primero que hay que hacer es probar el dispositivo para comprobar que funciona como se espera. Todos los dispositivos electrónicos deben superar pruebas de conformidad de interferencia electromagnética (EMI) en una instalación de pruebas interna certificada. La superación de las pruebas EMI demuestra que las emisiones EMI de su dispositivo alcanzan niveles aceptables y se ajustan a las normas reglamentarias pertinentes.

La EMI se engloba dentro del término "CEM", que representa la compatibilidad electromagnética. Cuando se realizan pruebas de conformidad previa, lo que interesa es comprobar la EMI, que son los fenómenos electromagnéticos reales -o emisiones- procedentes del dispositivo.

Todos los productos, desde su ordenador portátil hasta su teléfono inteligente, tienen que pasar las pruebas de conformidad en un centro de pruebas certificado. Si su dispositivo no supera las pruebas de conformidad exigidas por el gobierno federal, no podrá venderlo.

La fase final de las pruebas de conformidad suele ser cara. Si su producto no supera las pruebas de conformidad, no sólo tendrá que rehacer el diseño, sino que también afectará al calendario de desarrollo del producto. Estos retrasos afectan a su coste de producción y a la capacidad del producto para entrar en el mercado.

Es fundamental realizar pruebas de compatibilidad electromagnética para asegurarse de que su dispositivo las supera antes de la certificación oficial del centro de pruebas.

La siguiente información le ofrece una instantánea de todo lo que necesita saber para realizar pruebas de CEM en su propio entorno; lo que se conoce como pruebas de preconformidad CEM. Si desea una explicación más detallada, consulte el material de la sección Lecturas recomendadas.

Figura 1: Importancia de las pruebas de conformidad previas en el ciclo de desarrollo del producto

La CEM es la interacción de los equipos eléctricos con su entorno electromagnético y con otros equipos. Todos los dispositivos electrónicos tienen el potencial de emitir campos electromagnéticos, y las pruebas de conformidad son la fase final de las pruebas que garantizan que los dispositivos electrónicos funcionan con niveles seguros de EMI.

Los laboratorios certificados realizan varias pruebas de EMI para determinar si su dispositivo tiene un nivel adecuado de emisiones. Estas pruebas pueden dividirse en dos categorías: pruebas de emisiones y pruebas de inmunidad. Dentro de cada una de estas categorías, hay que realizar pruebas de radiación y de conducción.

• Las pruebas de radiación caracterizan la energía electromagnética no intencionada liberada por un dispositivo electrónico a través de un medio no físico (pruebas de cables).
• Las pruebas realizadas caracterizan la energía electromagnética no intencionada liberada por un dispositivo electrónico a través de un medio físico (prueba de cables).

Figura 2: Las mediciones de emisiones radiadas y conducidas caracterizan las emisiones hacia y desde el DUT

Para entender la preconformidad IEM y cómo realizar las pruebas, es útil conocer los términos clave asociados a ella.

En esta sección, aprenderá parte de la terminología relevante aplicable a las mediciones de preconformidad EMI.

Terminología

• CEM - Compatibilidad electromagnética: término genérico para referirse a la generación o propagación no intencionada de energía electromagnética desde un dispositivo.
• EMI - Interferencias electromagnéticas
• Emisión: los fenómenos reales o las emisiones comprobadas durante las mediciones previas a la conformidad. La EMI puede causar interferencias no deseadas con dispositivos vecinos si no se tiene debidamente en cuenta durante el diseño y las pruebas.
• Susceptibilidad: característica de los equipos electrónicos que permite respuestas no deseadas cuando se someten a energía electromagnética.
• Interferencia radiada- Interferencia como resultado de ruido radioeléctrico o señales no deseadas a través del aire; no a través de un medio físico.
• Interferencia conducida- Interferencia resultante del ruido radioeléctrico conducido o de señales no deseadas que entran en un transductor (receptor) por acoplamiento directo (a través de cables).
• CISPR- Comité Internacional Especial de Radiointerferencias que establece normas para supervisar las interferencias electromagnéticas en aparatos eléctricos y electrónicos.
• LISN - Redes de estabilización de la impedancia de línea - La LISN es importante porque aísla la red eléctrica del DUT, que necesita tener una señal lo más limpia posible.
• Cámara anecoica: sala blindada diseñada para absorber sonidos u ondas electromagnéticas y reducir las reflexiones de todas las superficies internas.
• Radiación- Emisión de energía en forma de ondas electromagnéticas.
• Inmunidad- Propiedad de un receptor o de cualquier otro equipo o sistema que le permite rechazar una perturbación radioeléctrica.

La conformidad previa es un método rentable y de bajo riesgo para garantizar que el dispositivo sometido a prueba (DUT) superará las pruebas de conformidad finales. Esperar hasta el final del ciclo de desarrollo de un producto para realizar las pruebas de conformidad es arriesgado por su elevado coste. El coste de las pruebas de conformidad incluye la reserva de tiempo en el laboratorio de conformidad y el rediseño de su DUT si no supera la conformidad. Unas pruebas de conformidad previas adecuadas son cruciales si quiere ahorrar dinero y evitar sorpresas durante las pruebas de conformidad.

La diferencia clave entre las pruebas de conformidad previa y las de conformidad es la formalidad y el uso de una cámara anecoica, como se ve en la imagen siguiente.

Una cámara anecoica es una sala diseñada para absorber la reflexión de las ondas electromagnéticas, lo que resulta perfecto para realizar pruebas en un dispositivo electrónico y garantizar que no haya interferencias inesperadas. En general, las pruebas de conformidad son un proceso formal debido a la cámara anecoica, ya que la mayoría de los fabricantes de dispositivos electrónicos no disponen de una cámara interna. A menudo se reservan con antelación a través de un grupo de terceros. Estas cámaras son el elemento diferenciador clave entre las pruebas de conformidad previas y las finales.

Figura 3: El uso de una cámara anecoica es la diferencia clave entre las pruebas de conformidad previas y finales.

Las pruebas de emisiones miden la cantidad de energía electromagnética emitida por su dispositivo. Las pruebas de emisiones son importantes porque no quieres que tu dispositivo interfiera accidentalmente con dispositivos cercanos.

Las pruebas de emisiones incluyen dos categorías: radiadas y conducidas.

Las pruebas de emisiones radiadas cuantifican la intensidad de la energía electromagnética en el aire de las emisiones de su dispositivo. Garantizan que las emisiones de su dispositivo cumplen la norma correspondiente. Muchos dispositivos no superan este tipo de medición, así que invierta algo de tiempo en las pruebas de emisiones radiadas previas a la conformidad.

Figura 4: El equipo necesario para una prueba de emisiones radiadas incluye un analizador de señales con software de preconformidad, una antena montada en un trípode y el DUT.

El equipo necesario para las pruebas de emisiones radiadas incluye:

• Antena EMI calibrada, montada sobre un trípode, situada a una distancia de 1 a 3 metros del DUT.
• Analizador de espectro equipado con software de medición de pre-cumplimiento EMC (Keysight N6141A EMI Measurement Application)
• Preamplificador

Para evitar interferencias, debe realizar las pruebas de emisiones radiadas lejos de otros equipos. Por ejemplo, puede utilizar un aparcamiento grande o una sala de conferencias vacía. Es fundamental que las transmisiones de radio, televisión o teléfonos móviles no interactúen con el DUT ni con las antenas durante el proceso de prueba de emisiones radiadas.

Las emisiones de RF conducidas son perturbaciones electromagnéticas creadas por la actividad eléctrica en el DUT que se propagan fuera del DUT a lo largo de sus cables de interconexión de alimentación, señal o datos. Las perturbaciones conducidas viajan a lo largo de rutas de acoplamiento desde el DUT directamente a otros dispositivos electrónicos. Además, las perturbaciones conducidas pueden propagarse dentro del propio dispositivo y afectar negativamente al rendimiento. Las pruebas de emisiones conducidas se centran en estas señales no deseadas generadas por la corriente alterna de un DUT.

El equipo necesario para las pruebas de emisiones de RF conducidas incluye:

• Analizador de espectro equipado con software de medición de pre-cumplimiento EMC (Keysight N6141A EMI Measurement Application)
• LISN (Red de Estabilización de la Impedancia de Línea)
• Limitador

Las pruebas de inmunidad determinan la susceptibilidad de su dispositivo a la energía electromagnética emitida por otros dispositivos.

Las pruebas de inmunidad radiada consisten en comprobar la susceptibilidad de su dispositivo a las emisiones por aire de otros dispositivos en el entorno circundante.

El equipo necesario para las pruebas de inmunidad radiada incluye:

• Generador de señales (Keysight MXG o EXG)
• Juego de sondas de campo cercano
• Radio

Las pruebas de inmunidad realizadas evalúan la susceptibilidad de su dispositivo y cables a las interferencias electromagnéticas de otros dispositivos.

Las pruebas de inmunidad son importantes porque no quiere que su dispositivo se vea influido por las emisiones electromagnéticas de un dispositivo vecino. Las pruebas de inmunidad son más rápidas y sencillas que otras pruebas previas a la conformidad. Las normas CISPR no exigen pruebas de inmunidad, pero las recomendamos encarecidamente.

Figura 6: El equipo necesario para una prueba de inmunidad conducida incluye un generador de señales, un analizador de señales, un conjunto de sondas de campo cercano y el DUT.

Las pruebas de compatibilidad electromagnética garantizan que el dispositivo funcione según las especificaciones de diseño sin emitir radiaciones que amenacen o degraden el rendimiento de otros equipos. Las pruebas de CEM deben cumplir estrictas normas de emisión, desarrolladas por organismos reguladores de la CEM, como el Comité Internacional Especial de Perturbaciones Radioeléctricas (CISPR). El CISPR, Comité Internacional Especial de Perturbaciones Radioeléctricas, determina los equipos y métodos de medición de la IEM radiada. Además, el CISPR establece los niveles requeridos de emisiones radiadas para los dispositivos electrónicos en función de la industria y el país que vende el producto.

Antes de realizar mediciones en su DUT, es esencial plantearse algunas preguntas preliminares:

1. ¿En qué países se venderá su producto: Europa, Estados Unidos, Asia Pacífico, China?
2. ¿Cuál es la clasificación del producto?

• Equipos informáticos (ITE)
• Equipos industriales, científicos o médicos (ISM)
• Automoción
• Comunicación
• Artículos genéricos/domésticos
• Dónde se venderá el producto: hogar, comercio, industria

Las respuestas a estas preguntas le ayudarán a determinar las normas CEM de sus productos. Una vez que conozca las normas CEM de su producto, podrá planificar las mediciones de ensayo CEM necesarias.

Ventajas de las pruebas de conformidad previas

Las pruebas de conformidad previa EMC le ahorran tiempo y costosas repeticiones. Al incluir las pruebas de preconformidad EMC durante el proceso de desarrollo, mejora significativamente la probabilidad de que su producto supere con éxito las pruebas de conformidad EMC completas. La incorporación de un sistema de pruebas de conformidad previa es el enfoque óptimo para lograr la conformidad EMC de sus productos, lo que le permite reducir de forma rentable el tiempo de comercialización.

Figura 7: Todos los productos electrónicos deben cumplir una normativa específica sobre emisiones en función del tipo de producto que sea y de dónde se vaya a vender.

Soluciones Keysight Pre-Compliance

• Los analizadores Keysight Serie X le ayudan a diseñar, probar y entregar con nuestro análisis de señal más avanzado. Elija desde un amplio análisis en tiempo real hasta mediciones esenciales de bajo coste.
• La aplicación de medida EMI N6141A forma parte de una biblioteca estándar de más de 25 aplicaciones de medida de la serie X de Keysight. Esta aplicación transforma los analizadores de señal de la serie X en una potente solución de diagnóstico y pre-cumplimiento de EMI, proporcionando herramientas de análisis y recopilación de datos fáciles de usar que facilitan la rápida comercialización de nuevos diseños.

La ventaja de realizar una prueba de preconformidad EMI con un analizador de señales es que puede hacer una buena estimación del rendimiento EMI de su nuevo producto y reducir el riesgo de no cumplir la normativa EMI al final de un proyecto.

Para una mejor comprensión de las mediciones previas a la conformidad, consulte la siguiente Nota de aplicación, Realización de mediciones radiadas y conducidas para una mejor comprensión de las mediciones previas a la conformidad.