Comment effectuer des tests d'interférence électromagnétique (IEM) ?

Les interférences électromagnétiques (IEM) sont les perturbations que subissent les appareils électroniques en raison des rayonnements électromagnétiques provenant d'autres sources ou générés par votre produit. Ces interférences sont importantes car elles peuvent entraîner des dysfonctionnements, des altérations de données, voire des pannes totales du système. Pour les ingénieurs et les fabricants, il est essentiel de comprendre ce qu'est l'EMI pour garantir la fiabilité des appareils dans divers environnements.

Les sources courantes d'IEM sont les équipements ménagers et industriels.

Les objets du quotidien tels que les micro-ondes, les lampes fluorescentes et les smartphones peuvent émettre des IEM, tandis que les machines industrielles, les émetteurs radio et les moteurs électriques y contribuent également fréquemment. Ces sources produisent une variété de fréquences qui peuvent chevaucher celles utilisées par les appareils électroniques sensibles, provoquant ainsi des interférences.

Les effets des interférences électromagnétiques sur les appareils peuvent être considérables, entraînant une dégradation des performances, des réinitialisations involontaires ou des lectures incorrectes dans des équipements sensibles tels que les appareils médicaux, les systèmes de télécommunications et l'électronique automobile. Par exemple, dans les appareils d'imagerie médicale, les interférences électromagnétiques peuvent nuire à la qualité de l'image et entraîner des erreurs de diagnostic. Il est donc essentiel de mettre en œuvre des stratégies efficaces de test et d'atténuation des interférences électromagnétiques pour préserver l'intégrité et les performances des systèmes électroniques.

Pour mesurer les interférences électromagnétiques, il faut d'abord comprendre le type d'émissions, l'environnement de test adéquat et l'équipement approprié. L'objectif est d'obtenir des données précises et reproductibles qui correspondent aux normes de conformité de l'industrie.

• Normes d'essai et réglementations - Pour les tests EMI, suivez les normes de conformité qui s'appliquent à votre produit et à votre marché. Voici quelques exemples courants :
  • CISPR - Exigences internationales en matière de CEM pour les essais d'émission et d'immunité.
  • FCC - Réglementation américaine relative aux émissions électromagnétiques.
  • MIL-STD-461 - Exigences militaires EMI/EMC pour les équipements de défense et d'aérospatiale.
  • Normes ISO CEM - Normes mondiales pour les essais de compatibilité électromagnétique dans tous les secteurs.

Respectez les méthodes d'essai, les gammes de fréquences et les exigences en matière de détecteurs propres à chaque norme afin de garantir des résultats précis et conformes.

• Type d'émission - Déterminez si vous mesurez les émissions rayonnées (RE) ou les émissions conduites (CE) afin de sélectionner le bon dispositif d'essai.
• Environnement d'essai - Utiliser une chambre anéchoïque ou semi-anéchoïque pour les RE, ou une installation contrôlée avec des réseaux de stabilisation de l'impédance de ligne (LISN) pour les CE.
• Équipement de mesure - Choisissez un récepteur EMI ou un analyseur de signaux doté d'une largeur de bande, d'une sensibilité et d'une plage dynamique suffisantes pour capturer tous les signaux pertinents.
• Méthode de capture du signal - Appliquer le balayage dans le domaine temporel (TDS) ou le balayage en temps réel (RTSC) pour détecter les signaux transitoires ou intermittents que les balayages traditionnels risquent de manquer.
• Étalonnage et vérification - Étalonner régulièrement les antennes, les LISN et les récepteurs pour garantir la précision et la traçabilité des mesures.
• Analyse des données - Utilisez le logiciel de mesure EMI pour visualiser les résultats, appliquer des lignes limites et générer des rapports de conformité pour un dépannage plus rapide.
• Préconformité ou conformité totale - Décidez s'il convient de commencer par des tests de préconformité afin d'identifier les problèmes à un stade précoce et de réduire le risque d'échec dans les laboratoires d'essai accrédités.

Pour être efficaces, les tests de pré-conformité EMI doivent faire l'objet d'une attention particulière, tant au niveau de la configuration que des pratiques de mesure. Les ingénieurs sont souvent confrontés à ces défis :

1. Reproduction de l'environnement de conformité - L'utilisation d'une configuration qui ne correspond pas à la norme cible (par exemple, un type de chambre incorrect, un réseau de stabilisation de l'impédance de ligne manquant pour les émissions conduites) peut produire des résultats trompeurs. La configuration du test doit toujours correspondre aux exigences de normes telles que CISPR, FCC ou MIL-STD-461.
2. Mise à la terre et gestion des câbles - Les câbles longs, non blindés ou mal acheminés peuvent agir comme des antennes involontaires. Maintenez une mise à la terre cohérente, utilisez un blindage de câble approprié et suivez les schémas de câblage standard.
3. Étalonnage et vérification - L'absence d'étalonnage des récepteurs EMI, des antennes et des LISN peut nuire à la fiabilité des données. Vérifiez l'étalonnage de l'équipement avant chaque session de test.
4. Lacunes dans la couverture des fréquences - Le fait de négliger certaines bandes peut entraîner une réussite lors de la pré-conformité, mais un échec dans le laboratoire officiel. Balayez toujours toute la gamme de fréquences exigée par la norme en vigueur.
5. Contrôle du bruit ambiant - Le bruit de fond RF peut masquer les émissions ou créer des faux positifs. Mesurez et documentez le bruit ambiant avant de commencer les tests, et appliquez la soustraction de bruit si votre équipement de test le permet.
6. Test dans un seul mode de fonctionnement - Certaines émissions ne se produisent que dans des configurations spécifiques (par exemple, charge élevée de l'unité centrale, sans fil actif). Testez plusieurs états de fonctionnement pour découvrir les problèmes intermittents.

Conseil : Documentez chaque détail de l'installation, du routage des câbles aux réglages de l'équipement, afin de pouvoir reproduire ou ajuster facilement la configuration si un nouveau test est nécessaire.

Alors que la prochaine génération de réseaux mobiles 5G, de véhicules à conduite autonome et d'Internet des objets (IoT) prend forme, les ingénieurs s'empressent de concevoir davantage d'appareils sans fil pour répondre à l'accélération de la demande du marché. 

Simultanément, la densité et la complexité de l'environnement électromagnétique augmentent en raison du nombre considérable d'appareils qui se connectent sans fil au réseau. Cette dynamique constitue un défi pour les essais de compatibilité électromagnétique (CEM), car les appareils sans fil doivent être certifiés conformes à des normes réglementaires dont le nombre augmente également. Il est important d'identifier et d'isoler rapidement les problèmes de compatibilité électromagnétique lors des tests de conformité CEM afin de vous aider à commercialiser les appareils plus rapidement et plus efficacement. 

Le balayage dans le domaine temporel (TDS) est une technique de mesure du spectre basée sur la transformée de Fourier rapide (FFT), qui convertit les signaux du domaine temporel en domaine fréquentiel. Par rapport aux méthodes traditionnelles de balayage par étapes ou par balayage, le TDS réduit considérablement le temps de mesure sans compromettre la précision.

La méthode TDS a été officiellement adoptée et approuvée dans la norme CISPR 16-1-1 (2010) en tant qu'approche de mesure conforme à la norme. Pendant le traitement FFT, une fonction fenêtre (ou filtre) est appliquée pour limiter le spectre de fréquence des signaux. La norme CISPR 16-1-1 spécifie les largeurs de bande requises et les formes exactes des filtres à utiliser. Les récepteurs EMI doivent respecter les masques de tolérance définis pour la forme du filtre afin de satisfaire à la norme. 

Les récepteurs EMI Keysight PXE et MXE offrent tous deux des capacités de mesure TDS conformes au CISPR, ce qui permet aux utilisateurs de gagner un temps considérable lors des tests de conformité ou de pré-conformité EMI.

Le balayage en temps réel (RTSC) est une fonction unique du récepteur EMI Keysight PXE qui permet de capturer et d'analyser le signal sans lacune avec une bande passante FFT très large allant jusqu'à 350 MHz ou 1 GHz (en fonction des options). Il permet des mesures simultanées et l'affichage des résultats dans le domaine des fréquences, le domaine temporel et le spectrogramme, avec jusqu'à 3 mesures simultanées de détecteurs CEM (jusqu'à six détecteurs simultanés avec la FFT de 1 GHz).

Vous pouvez effectuer des mesures et des analyses de signaux de perturbation intermittents émanant de l'EUT de manière beaucoup plus rapide qu'avec la méthode traditionnelle pas à pas/balayage et sans en manquer aucun. Grâce à cette capacité, le laboratoire d'essai est en mesure d'améliorer le débit de ses essais CEM pour tester davantage de produits et les certifier dans un délai plus court, et vous êtes en mesure de vérifier toutes les émissions intermittentes ou à large bande de votre appareil avant de l'envoyer au laboratoire d'essai pour les tests de conformité.

La largeur de bande de balayage en temps réel de 1 GHz vous permet d'effectuer des mesures de la bande C/D du CISPR en une seule acquisition et sans interruption, et d'obtenir des mesures de 6 détecteurs simultanément. Vous pourrez capturer toutes les émissions de l'EUT (équipement sous test), y compris les signaux transitoires, à bande étroite et à large bande, ce qui offre une visibilité totale sur le comportement du bruit de l'appareil, aidant les ingénieurs à identifier et à résoudre les problèmes avant les tests CEM formels, augmentant ainsi la confiance dans la réussite des tests.

De nombreux signaux perturbateurs sont rapides et intermittents. Les méthodes conventionnelles de balayage par étapes ou par balayage ne les prennent souvent pas en compte. 

Avec une capture en temps réel et sans lacune de 1 GHz, vous pouvez détecter de manière fiable tous les signaux de perturbation, qu'ils soient transitoires, à bande étroite ou à large bande, sans risquer de manquer des émissions critiques.

Sans le balayage en temps réel, vous devriez définir des temps d'arrêt longs pour augmenter les chances de capturer des signaux intermittents. Cela prolonge considérablement la durée du test, en particulier lorsque des mesures répétées sont nécessaires en fonction de la position du plateau tournant et de la hauteur de l'antenne.

La fonction de balayage en temps réel élimine cette inefficacité en permettant des mesures à large bande basées sur la FFT et sans lacune. Elle permet une caractérisation complète des performances de l'EUT en matière de bruit, tout en réduisant la durée globale du cycle de test et en augmentant la confiance dans la réussite des tests CEM formels.