Cómo realizar pruebas de interferencia electromagnética (EMI)

La interferencia electromagnética (IEM) es la perturbación que sufren los dispositivos electrónicos debido a la radiación electromagnética procedente de otras fuentes, o que se genera a partir de su producto. Estas interferencias son importantes porque pueden provocar fallos de funcionamiento, corrupción de datos o incluso fallos totales del sistema. Para los ingenieros y fabricantes, entender qué es la EMI es crucial para garantizar la fiabilidad de los dispositivos en diversos entornos.

Entre las fuentes habituales de IEM se encuentran los equipos domésticos e industriales.

Elementos cotidianos como microondas, luces fluorescentes y teléfonos inteligentes pueden emitir IEM, mientras que la maquinaria industrial, los transmisores de radio y los motores eléctricos también contribuyen con frecuencia. Estas fuentes producen una variedad de frecuencias que pueden solaparse con las utilizadas por aparatos electrónicos sensibles, causando interferencias.

Los efectos de las interferencias electromagnéticas en los dispositivos pueden ser considerables y provocar una degradación del rendimiento, reinicios involuntarios o lecturas incorrectas en equipos sensibles como los dispositivos médicos, los sistemas de telecomunicaciones y la electrónica del automóvil. Por ejemplo, en los dispositivos de imagen médica, las IEM pueden mermar la calidad de la imagen, con el consiguiente riesgo de diagnóstico erróneo. Por tanto, la aplicación de estrategias eficaces de comprobación y mitigación de las interferencias electromagnéticas EMI es crucial para preservar la integridad y el rendimiento de los sistemas electrónicos.

La medición de interferencias EMI empieza por comprender el tipo de emisiones, el entorno de prueba correcto y el equipo adecuado. El objetivo es obtener datos precisos y repetibles que se ajusten a las normas de conformidad del sector.

• Normas y reglamentos de ensayo - Para las pruebas de EMI, siga las normas de conformidad que se aplican a su producto y mercado. Algunos ejemplos habituales son:
  • CISPR - Requisitos internacionales de CEM para pruebas de emisión e inmunidad.
  • FCC - Normativa estadounidense sobre emisiones electromagnéticas.
  • MIL-STD-461 - Requisitos militares EMI/EMC para equipos de defensa y aeroespaciales.
  • Normas ISO CEM - Normas mundiales para ensayos de compatibilidad electromagnética en todos los sectores.

Siga los métodos de ensayo específicos de cada norma, los rangos de frecuencia y los requisitos de los detectores para garantizar unos resultados precisos y conformes.

• Tipo de emisión - Determine si está midiendo emisiones radiadas (RE) o emisiones conducidas (CE) para seleccionar la configuración de prueba adecuada.
• Entorno de prueba: utilice una cámara anecoica o semianecoica para RE, o una configuración controlada con redes de estabilización de la impedancia de línea (LISN) para CE.
• Equipo de medición - Elija un receptor EMI o un analizador de señales con suficiente ancho de banda, sensibilidad y rango dinámico para capturar todas las señales relevantes.
• Método de captura de señales : aplique el barrido en el dominio del tiempo (TDS) o el barrido en tiempo real (RTSC) para detectar señales transitorias o intermitentes que los barridos tradicionales podrían pasar por alto.
• Calibración y verificación : calibre periódicamente las antenas, los LISN y los receptores para garantizar la precisión y la trazabilidad de las mediciones.
• Análisis de datos : utilice el software de medición EMI para visualizar los resultados, aplicar líneas límite y generar informes de conformidad para una resolución de problemas más rápida.
• Precumplimiento frente a cumplimiento total : decida si desea empezar con las pruebas de precumplimiento para identificar los problemas con antelación y reducir el riesgo de fallos en los laboratorios de pruebas acreditados.

Para que las pruebas de preconformidad EMI sean eficaces, hay que prestar especial atención tanto a la configuración como a las prácticas de medición. Los ingenieros se enfrentan a menudo a estos retos:

1. Replicación del entorno de cumplimiento - El uso de una configuración que no coincida con la norma de destino (por ejemplo, un tipo de cámara incorrecto, la falta de Red de Estabilización de Impedancia de Línea para emisiones conducidas) puede producir resultados engañosos. Haga coincidir siempre la configuración de prueba con los requisitos de normas como CISPR, FCC o MIL-STD-461.
2. Conexión a tierra y gestión de cables - Los cables largos, sin apantallar o mal tendidos pueden actuar como antenas involuntarias. Mantenga una conexión a tierra consistente, utilice un apantallamiento de cables adecuado y siga los tendidos de cables específicos de la norma.
3. Calibración y verificación - Omitir la calibración de los receptores EMI, antenas y LISN puede hacer que los datos no sean fiables. Verifique la calibración de los equipos antes de cada sesión de prueba.
4. Lagunas en la cobertura de frecuencias - Pasar por alto determinadas bandas puede provocar un aprobado en la precertificación, pero un suspenso en el laboratorio oficial. Escanee siempre toda la gama de frecuencias exigida por la norma aplicable.
5. Control del ruido ambiental - El ruido de RF de fondo puede enmascarar las emisiones o crear falsos positivos. Mida y documente el ruido ambiental antes de iniciar las pruebas y aplique la sustracción de ruido si su equipo de pruebas lo admite.
6. Pruebas en un solo modo de funcionamiento - Algunas emisiones se producen sólo en configuraciones específicas (por ejemplo, alta carga de la CPU, inalámbrica activa). Pruebe varios estados de funcionamiento para descubrir problemas intermitentes.

Consejo: Documenta todos los detalles de la configuración, desde el tendido de los cables hasta la configuración de los equipos, para poder reproducirla o ajustarla fácilmente si es necesario repetir las pruebas.

A medida que toma forma la próxima generación de redes móviles 5G, vehículos de conducción autónoma e Internet de las cosas (IoT), los ingenieros se apresuran a diseñar más dispositivos inalámbricos para satisfacer la acelerada demanda del mercado. 

Simultáneamente, la densidad y complejidad del entorno electromagnético aumentan como consecuencia del enorme número de dispositivos que se conectan de forma inalámbrica a la red. Esta dinámica plantea un reto para las pruebas de compatibilidad electromagnética (CEM) debido a que los dispositivos inalámbricos requieren certificación conforme a normas de cumplimiento reglamentario que también son cada vez más numerosas. Es importante identificar y aislar rápidamente los problemas de EMC durante las pruebas de conformidad EMC para ayudarle a sacar los dispositivos al mercado con mayor rapidez y eficacia. 

El barrido en el dominio del tiempo (TDS) es una técnica de medición del espectro basada en la transformada rápida de Fourier (FFT), que convierte las señales del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia. En comparación con los métodos tradicionales de escaneo por pasos o barrido, el TDS reduce significativamente el tiempo de medición sin comprometer la precisión.

El método TDS se adoptó formalmente y se aprobó en CISPR 16-1-1 (2010) como un enfoque de medición conforme a la norma. Durante el procesamiento FFT, se aplica una función de ventana (o filtro) para limitar el espectro de frecuencias de las señales. CISPR 16-1-1 especifica los anchos de banda requeridos y las formas exactas de los filtros que deben utilizarse. Los receptores EMI deben cumplir las máscaras de tolerancia de forma de filtro definidas para cumplir la norma. 

Los receptores EMI PXE y MXE de Keysight proporcionan capacidades de medición TDS conformes con CISPR, lo que permite a los usuarios ahorrar un tiempo de prueba sustancial en sus flujos de trabajo de conformidad o preconformidad EMI.

El escaneo en tiempo real (RTSC) es una función exclusiva del receptor EMI PXE de Keysight que permite la captura y el análisis de señales sin intervalos con un ancho de banda FFT muy amplio de hasta 350 MHz o 1 GHz (dependiendo de las opciones). Permite mediciones simultáneas y visualización de resultados en el dominio frecuencial, dominio temporal y espectrograma, con hasta 3 mediciones simultáneas de detectores EMC (hasta seis detectores simultáneos con la FFT de 1 GHz).

Puede realizar mediciones y análisis sin intervalos de las señales perturbadoras intermitentes que emanan del EUT de una forma mucho más rápida en comparación con el método tradicional de paso/barrido y sin omitir ninguna. Con esta capacidad, el laboratorio de pruebas puede mejorar el rendimiento de sus pruebas de EMC para probar más productos y certificarlos en menos tiempo, y usted puede verificar cualquier emisión intermitente o de banda ancha de su dispositivo antes de enviarlo al laboratorio de pruebas para realizar las pruebas de conformidad.

El ancho de banda de escaneo en tiempo real de 1GHz le permite realizar mediciones CISPR banda C/D en una sola adquisición y sin huecos, y obtener mediciones de 6 detectores simultáneamente. Podrá capturar todas las emisiones del EUT (Equipo bajo prueba), incluidas las señales transitorias, de banda estrecha y de banda ancha, lo que proporciona una visibilidad completa del comportamiento del ruido del dispositivo y ayuda a los ingenieros a identificar y resolver problemas antes de las pruebas formales de EMC, lo que aumenta la confianza en el éxito de las pruebas.

Muchas señales perturbadoras son rápidas e intermitentes. Los métodos convencionales de Exploreción por pasos o barrido suelen pasarlas por alto. 

Con una captura de 1 GHz en tiempo real y sin intervalos, puede detectar de forma fiable todas las señales perturbadoras, ya sean transitorias, de banda estrecha o de banda ancha, sin riesgo de omitir emisiones críticas.

Sin la Exploreción en tiempo real, sería necesario establecer tiempos de permanencia prolongados para aumentar las posibilidades de captar señales intermitentes. Esto alarga considerablemente la duración de las pruebas, sobre todo cuando es necesario realizar mediciones repetidas en distintas posiciones de la plataforma giratoria y alturas de antena.

La función de escaneo en tiempo real elimina esta ineficacia al permitir mediciones de banda ancha basadas en FFT y sin espacios. Permite una caracterización completa del rendimiento de ruido del EUT al tiempo que reduce el tiempo total del ciclo de prueba y aumenta la confianza de superar las pruebas formales de EMC.