Fondamenti della pre-conformità EMC

Per lo sviluppo di qualsiasi prodotto, è necessario innanzitutto testare il dispositivo per verificare che funzioni come previsto. Tutti i dispositivi elettronici devono superare test di conformità alle interferenze elettromagnetiche (EMI) presso una struttura di test interna certificata. Il superamento dei test EMI dimostra che le emissioni EMI del dispositivo soddisfano livelli accettabili e sono conformi agli standard normativi.

L'EMI rientra nel termine "EMC", che rappresenta la compatibilità elettromagnetica. Quando si eseguono i test di pre-compliance, ci si preoccupa di verificare l'EMI, ovvero i fenomeni elettromagnetici effettivi - o le emissioni - provenienti dal dispositivo.

Tutti i prodotti, dal computer portatile allo smartphone, devono superare i test di conformità presso un centro di collaudo certificato. Se il vostro dispositivo non supera i test di conformità imposti a livello federale, non potete vendere il vostro prodotto.

La fase finale dei test di conformità è solitamente costosa. Se il vostro prodotto non supera i test di conformità, non solo dovrete rielaborare il vostro progetto, ma avrete anche un impatto sul vostro programma di sviluppo del prodotto. Questi ritardi incidono sui costi di produzione e sulla capacità del prodotto di entrare sul mercato.

È fondamentale eseguire i test EMC per assicurarsi che il dispositivo sia approvato prima della certificazione formale.

Le seguenti informazioni forniscono un'istantanea di tutto ciò che è necessario sapere sull'esecuzione di test EMC nel proprio ambiente, noti come test di pre-compliance EMC. Per una spiegazione più dettagliata, consultare il materiale nella sezione Letture consigliate.

Figura 1: L'importanza dei test di pre-compliance nel ciclo di sviluppo del prodotto

La CEM è l'interazione delle apparecchiature elettriche con il loro ambiente elettromagnetico e con altre apparecchiature. Tutti i dispositivi elettronici sono potenzialmente in grado di emettere campi elettromagnetici e i test di conformità sono la fase finale dei test che garantiscono il funzionamento dei dispositivi elettronici con livelli di EMI sicuri.

I centri di prova certificati eseguono vari test EMI per determinare se il dispositivo ha un livello di emissioni adeguato. Questi test possono essere suddivisi in due categorie: test di emissione e test di immunità. All'interno di ciascuna di queste categorie, è necessario eseguire test sia irradiati che condotti.

• I test irradiati caratterizzano l'energia elettromagnetica non intenzionale rilasciata da un dispositivo elettronico attraverso un mezzo non fisico (test sui cavi).
• I test condotti caratterizzano l'energia elettromagnetica non intenzionale rilasciata da un dispositivo elettronico attraverso un mezzo fisico (test dei cavi).

Figura 2: Le misure delle emissioni irradiate e condotte caratterizzano le emissioni verso e dal DUT

Per comprendere la preconformità EMI e le modalità di esecuzione dei test, è utile conoscere i termini chiave ad essa associati.

In questa sezione si apprende una parte della terminologia pertinente applicabile alle misure di preconformità EMI.

Terminologia

• EMC - Compatibilità elettromagnetica - il "termine ombrello" per la generazione o la propagazione non intenzionale di energia elettromagnetica da un dispositivo.
• EMI - Interferenza elettromagnetica
• Emissione - i fenomeni effettivi o le emissioni testate durante le misure di pre-compliance. Le EMI possono causare interferenze indesiderate con i dispositivi vicini se non vengono tenute in debito conto durante la progettazione e il collaudo.
• Suscettibilità - La caratteristica di un'apparecchiatura elettronica che consente di ottenere risposte indesiderate quando viene sottoposta a energia elettromagnetica.
• Interferenza irradiata: interferenza causata da disturbi radio o segnali indesiderati via etere, non attraverso un mezzo fisico.
• Interferenza condotta: interferenza derivante da disturbi radio condotti o da segnali indesiderati che entrano in un trasduttore (ricevitore) per accoppiamento diretto (tramite cavi).
• CISPR- Comitato speciale internazionale sulle interferenze radio, che definisce gli standard per la supervisione delle interferenze elettromagnetiche nei dispositivi elettrici ed elettronici.
• LISN - Reti di stabilizzazione dell'impedenza di linea - La LISN è importante perché isola la rete elettrica dal DUT, che deve avere un segnale il più pulito possibile.
• Camera anecoica - Una stanza schermata, progettata per assorbire suoni o onde elettromagnetiche e ridurre le riflessioni da tutte le superfici interne.
• Radiazioni: emissioni di energia sotto forma di onde elettromagnetiche.
• Immunità: proprietà di un ricevitore o di qualsiasi altra apparecchiatura o sistema che gli consente di respingere un disturbo radio.

La pre-compliance è un metodo economico e a basso rischio per garantire che il dispositivo in prova (DUT) superi i test di conformità finali. Aspettare la fine del ciclo di sviluppo del prodotto per effettuare i test di conformità è rischioso a causa dei costi elevati. Il costo dei test di conformità comprende il tempo riservato al laboratorio di conformità e la riprogettazione del DUT se non supera la conformità. Un'adeguata verifica di pre-compliance è fondamentale per risparmiare denaro ed evitare sorprese durante i test di conformità.

La differenza fondamentale tra i test di pre-compliance e quelli di compliance è la formalità e l'utilizzo di una camera anecoica, come si vede nell'immagine sottostante.

Una camera anecoica è una stanza progettata per assorbire la riflessione delle onde elettromagnetiche, perfetta per eseguire test su un dispositivo elettronico per garantire che non vi siano interferenze inaspettate. In generale, i test di conformità sono un processo formale dovuto alla camera anecoica, poiché la maggior parte dei produttori di dispositivi elettronici non dispone di una camera interna. Spesso queste vengono prenotate in anticipo da un gruppo di terze parti. Queste camere sono la chiave di differenziazione tra i test di pre-conformità e quelli di conformità finale.

Figura 3: L'uso di una camera anecoica è la differenza fondamentale tra i test di pre-compliance e quelli di compliance finale.

Il test delle emissioni misura la quantità di energia elettromagnetica emessa dal dispositivo. I test di emissione sono importanti perché non si vuole che il dispositivo interferisca accidentalmente con i dispositivi vicini.

I test sulle emissioni comprendono due categorie: irradiate e condotte.

I test sulle emissioni irradiate quantificano la potenza dell'energia elettromagnetica via etere delle emissioni del dispositivo. Assicurano che le emissioni del dispositivo siano conformi agli standard appropriati. Molti dispositivi non superano questo tipo di misurazione, quindi è bene investire un po' di tempo nei test sulle emissioni irradiate prima della conformità.

Figura 4: L'attrezzatura necessaria per un test sulle emissioni irradiate comprende un analizzatore di segnale con software di pre-compliance, un'antenna montata su un treppiede e il DUT.

L'apparecchiatura richiesta per il test delle emissioni irradiate comprende:

• Antenna EMI calibrata, montata su un treppiede, posizionata a 1 o 3 metri di distanza dal DUT.
• Analizzatore di spettro dotato di software di misura della pre-compliance EMC (Keysight N6141A EMI Measurement Application)
• Preamplificatore

Per evitare interferenze, è necessario eseguire i test sulle emissioni irradiate lontano da altre apparecchiature. Ad esempio, si può utilizzare un ampio parcheggio o una sala conferenze vuota. È fondamentale che le trasmissioni radiofoniche, televisive o dei telefoni cellulari non interagiscano con il DUT o con le antenne durante il processo di test delle emissioni irradiate.

Le emissioni RF condotte sono disturbi elettromagnetici creati dall'attività elettrica nel DUT che si propagano fuori dal DUT lungo i cavi di alimentazione, segnale o dati che lo collegano. I disturbi condotti viaggiano lungo percorsi di accoppiamento dal DUT direttamente ad altri dispositivi elettronici. Inoltre, i disturbi condotti possono propagarsi all'interno del dispositivo stesso e avere un impatto negativo sulle prestazioni. I test sulle emissioni condotte si concentrano su questi segnali indesiderati generati dalla corrente alternata di un DUT.

L'attrezzatura necessaria per i test sulle emissioni RF condotte comprende:

• Analizzatore di spettro dotato di software di misura della pre-compliance EMC (Keysight N6141A EMI Measurement Application)
• LISN (Rete di stabilizzazione dell'impedenza di linea)
• Limitatore

Il test di immunità determina la sensibilità del dispositivo all'energia elettromagnetica emessa da altri dispositivi.

I test di immunità alle radiazioni consistono nel verificare la suscettibilità del dispositivo alle emissioni via etere di altri dispositivi nell'ambiente circostante.

L'attrezzatura necessaria per i test di immunità irradiata comprende:

• Generatore di segnale (Keysight MXG o EXG)
• Set di sonde per il campo vicino
• Radio

I test di immunità condotti valutano la suscettibilità del dispositivo e dei cavi alle EMI provenienti da altri dispositivi.

Il test di immunità è importante perché non si vuole che il proprio dispositivo sia influenzato dalle emissioni elettromagnetiche di un dispositivo vicino. I test di immunità sono più rapidi e semplici di altri test di pre-compliance. Gli standard CISPR non richiedono test di immunità, ma noi li consigliamo vivamente.

Figura 6: L'attrezzatura necessaria per un test di immunità condotta comprende un generatore di segnale, un analizzatore di segnale, una serie di sonde di campo vicino e il DUT.

I test EMC assicurano che il dispositivo funzioni secondo le specifiche di progetto senza irradiare emissioni che minacciano o degradano le prestazioni di altre apparecchiature. I test EMC devono soddisfare rigorosi standard di emissione, sviluppati da enti normativi EMC, come il Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR). Il CISPR, il Comitato Speciale Internazionale per le Interferenze Radioelettriche, determina le apparecchiature e i metodi di misurazione delle EMI irradiate. Inoltre, il CISPR stabilisce i livelli richiesti di emissioni irradiate per i dispositivi elettronici a seconda del settore e del Paese in cui il prodotto viene venduto.

Prima di effettuare le misure sul DUT, è essenziale porsi alcune domande preliminari:

1. Quali paesi venderanno il vostro prodotto: Europa, Stati Uniti, Asia-Pacifico, Cina?
2. Qual è la classificazione del prodotto?

• Apparecchiature informatiche (ITE)
• Attrezzature industriali, scientifiche o mediche (ISM)
• Automotive
• Comunicazione
• Articoli generici/familiari
• Dove verrà venduto il prodotto: a home, in ambito commerciale, nell'industria...

Le risposte a queste domande vi aiuteranno a determinare gli standard EMC per i vostri prodotti. Una volta conosciuti gli standard EMC per il vostro prodotto, potrete pianificare le misure di prova EMC necessarie.

I vantaggi dei test di pre-conformità

I test di pre-compliance EMC consentono di risparmiare tempo e costose rilavorazioni. Includendo i test di pre-compliance EMC durante il processo di sviluppo, si aumenta significativamente la probabilità che il prodotto superi con successo i test di conformità EMC completi. L'aggiunta di un sistema di test di pre-compliance è l'approccio ottimale per ottenere la conformità EMC dei vostri prodotti, consentendovi di ridurre in modo economicamente vantaggioso i tempi di commercializzazione.

Figura 7: Tutti i prodotti elettronici devono superare specifiche normative sulle emissioni, a seconda del tipo di prodotto e del luogo di vendita.

Soluzioni di pre-conformità Keysight

• Gli analizzatori Keysight serie X vi aiutano a progettare, testare e consegnare con la nostra analisi del segnale più avanzata. Scegliete tra un'ampia analisi in tempo reale e misure essenziali a basso costo.
• L'applicazione di misura EMI N6141A fa parte di una libreria standard di oltre 25 applicazioni di misura della Serie X di Keysight. Questa applicazione trasforma gli analizzatori di segnale della Serie X in una potente soluzione di pre-compliance e diagnostica EMI, fornendo strumenti di raccolta e analisi dei dati di facile utilizzo che facilitano un rapido time-to-market per i nuovi progetti.

Il vantaggio di eseguire un test di preconformità EMI con un analizzatore di segnali è che si può fare una buona stima delle prestazioni EMI del nuovo prodotto e ridurre il rischio di non ottenere la conformità EMI alla fine di un progetto.

Per una migliore comprensione delle misure di pre-compliance, consultare la seguente Nota applicativa, Esecuzione di misure irradiate e condotte per una migliore comprensione delle misure di pre-compliance.