Come eseguire i test sulle interferenze elettromagnetiche (EMI)

L'interferenza elettromagnetica (EMI) è il disturbo che i dispositivi elettronici subiscono a causa di radiazioni elettromagnetiche provenienti da altre fonti o generate dal vostro prodotto. Queste interferenze sono importanti perché possono causare malfunzionamenti, corruzione dei dati o addirittura guasti totali del sistema. Per ingegneri e produttori, capire cosa sia l'EMI è fondamentale per garantire l'affidabilità dei dispositivi in ambienti diversi.

Le fonti comuni di EMI sono le apparecchiature domestiche e industriali.

Oggetti di uso quotidiano come microonde, luci fluorescenti e smartphone possono emettere EMI, mentre i macchinari industriali, i trasmettitori radio e i motori elettrici sono anch'essi frequenti fonti di interferenze. Queste fonti producono una varietà di frequenze che possono sovrapporsi a quelle utilizzate dai dispositivi elettronici sensibili, causando interferenze.

Gli effetti delle EMI sui dispositivi possono essere sostanziali e portare a prestazioni degradate, reset involontari o letture errate in apparecchiature sensibili come i dispositivi medici, i sistemi di telecomunicazione e l'elettronica automobilistica. Ad esempio, nei dispositivi di imaging medico, le EMI possono compromettere la qualità delle immagini, con il rischio di diagnosi errate. Pertanto, l'implementazione di efficaci strategie di verifica e mitigazione delle interferenze elettromagnetiche EMI è fondamentale per preservare l'integrità e le prestazioni dei sistemi elettronici.

La misurazione delle interferenze EMI inizia con la comprensione del tipo di emissioni, dell'ambiente di prova corretto e dell'apparecchiatura giusta. L'obiettivo è acquisire dati accurati e ripetibili, in linea con gli standard di conformità del settore.

• Standard e regolamenti di prova - Per i test EMI, seguite gli standard di conformità che si applicano al vostro prodotto e al vostro mercato. Esempi comuni sono:
  • CISPR - Requisiti internazionali EMC per i test di emissione e immunità.
  • FCC - Normativa statunitense sulle emissioni elettromagnetiche.
  • MIL-STD-461 - Requisiti militari EMI/EMC per apparecchiature della difesa e aerospaziali.
  • Standard ISO EMC - Standard globali per i test di compatibilità elettromagnetica in tutti i settori industriali.

Seguire i metodi di test specifici di ogni standard, gli intervalli di frequenza e i requisiti dei rilevatori per garantire risultati accurati e conformi.

• Tipo di emissione - Determinare se si stanno misurando le emissioni irradiate (RE) o le emissioni condotte (CE) per selezionare la giusta configurazione di test.
• Ambiente di prova - Utilizzare una camera anecoica o semi-anecoica per RE, o una configurazione controllata in condotta con reti di stabilizzazione dell'impedenza di linea (LISN) per CE.
• Apparecchiatura di misura - Scegliete un ricevitore EMI o un analizzatore di segnali con larghezza di banda, sensibilità e gamma dinamica sufficienti a catturare tutti i segnali rilevanti.
• Metodo di cattura del segnale - Applicare la scansione nel dominio del tempo (TDS) o la scansione in tempo reale (RTSC) per rilevare segnali transitori o intermittenti che potrebbero sfuggire agli sweep tradizionali.
• Calibrazione e verifica - Calibrare regolarmente antenne, LISN e ricevitori per garantire l'accuratezza e la tracciabilità delle misure.
• Analisi dei dati - Utilizzate il software di misura EMI per visualizzare i risultati, applicare linee limite e generare rapporti di conformità per una più rapida risoluzione dei problemi.
• Pre-Compliance vs. Full Compliance - Decidere se iniziare con i test di pre-compliance per identificare precocemente i problemi e ridurre il rischio di fallimenti presso i laboratori di prova accreditati.

Un test di pre-compliance EMI efficace richiede un'attenzione particolare alle pratiche di impostazione e di misurazione. Gli ingegneri devono spesso affrontare queste sfide:

1. Replicare l'ambiente di conformità - L'uso di una configurazione che non corrisponde allo standard di riferimento (ad esempio, un tipo di camera non corretto, una rete di stabilizzazione dell'impedenza di linea mancante per le emissioni condotte) può produrre risultati fuorvianti. La configurazione del test deve sempre corrispondere ai requisiti di standard come CISPR, FCC o MIL-STD-461.
2. Messa a terra e gestione dei cavi - I cavi lunghi, non schermati o mal posati possono fungere da antenne involontarie. Mantenere una messa a terra coerente, utilizzare una schermatura adeguata dei cavi e seguire una disposizione dei cavi specifica per lo standard.
3. Calibrazione e verifica - La mancata calibrazione di ricevitori EMI, antenne e LISN può rendere i dati inaffidabili. Verificare la calibrazione delle apparecchiature prima di ogni sessione di test.
4. Lacune nella copertura delle frequenze : la mancata considerazione di alcune bande può causare il superamento della conformità in fase di preconformità, ma l'insuccesso nel laboratorio ufficiale. Eseguite sempre la scansione dell'intera gamma di frequenze richiesta dallo standard applicabile.
5. Controllo del rumore ambientale - Il rumore RF di fondo può mascherare le emissioni o creare falsi positivi. Misurare e documentare il rumore ambientale prima di iniziare i test e applicare la sottrazione del rumore se supportata dall'apparecchiatura di test.
6. Test in una sola modalità operativa – Alcune emissioni si verificano solo in configurazioni specifiche (ad esempio, carico elevato della CPU, wireless ). Testare più stati operativi per individuare problemi intermittenti.

Suggerimento: Documentate ogni dettaglio dell'installazione, dalla posa dei cavi alle impostazioni delle apparecchiature, in modo da poter replicare o regolare facilmente la configurazione se è necessario ripetere i test.

Con l'avvento della nuova generazione di reti mobili 5G, dei veicoli a guida autonoma e dell'Internet delle cose (IoT), gli ingegneri stanno lavorando alacremente per progettare nuovi wireless in grado di soddisfare la domanda in rapida crescita del mercato. 

Allo stesso tempo, la densità e la complessità dell'ambiente elettromagnetico stanno aumentando a causa dell'enorme numero di dispositivi che si connettono in modalità wireless alla rete. Queste dinamiche rappresentano una sfida per i test di compatibilità elettromagnetica (EMC), poiché wireless richiedono la certificazione secondo standard di conformità normativa che sono anch'essi in aumento. È importante identificare e isolare rapidamente i problemi di EMC durante i test di conformità EMC per consentire di immettere i dispositivi sul mercato in modo più rapido ed efficiente. 

La scansione nel dominio del tempo (TDS) è una tecnica di misura dello spettro basata sulla trasformata rapida di Fourier (FFT), che converte i segnali dal dominio del tempo al dominio della frequenza. Rispetto ai tradizionali metodi di scansione a gradini o di sweep-scan, la TDS riduce significativamente il tempo di misura senza compromettere l'accuratezza.

Il metodo TDS è stato formalmente adottato e approvato nel documento CISPR 16-1-1 (2010) come approccio di misura conforme agli standard. Durante l'elaborazione FFT, viene applicata una funzione finestra (o filtro) per limitare lo spettro di frequenza dei segnali. La norma CISPR 16-1-1 specifica le larghezze di banda richieste e le forme esatte dei filtri da utilizzare. I ricevitori EMI devono rispettare le maschere di tolleranza della forma del filtro definite per soddisfare lo standard. 

I ricevitori EMI Keysight PXE e MXE offrono entrambi funzionalità di misurazione TDS conformi a CISPR, consentendo agli utenti di risparmiare molto tempo nei loro flussi di lavoro di conformità o pre-compliance EMI.

La scansione in tempo reale (RTSC) è una caratteristica unica del ricevitore EMI Keysight PXE che consente l'acquisizione e l'analisi del segnale senza interruzioni con una larghezza di banda FFT molto ampia fino a 350 MHz o 1 GHz (a seconda delle opzioni). Consente la misurazione e la visualizzazione simultanea dei risultati nel dominio della frequenza, del tempo e dello spettrogramma, con un massimo di 3 misure simultanee di rilevatori EMC (fino a sei rilevatori simultanei con la FFT a 1 GHz).

È possibile eseguire misure gapless e analisi dei segnali di disturbo intermittenti emanati dall'EUT in modo molto più rapido rispetto al metodo tradizionale step/sweep e senza perderne nessuno. Grazie a questa capacità, i laboratori di prova sono in grado di migliorare la produttività dei loro test EMC per testare un maggior numero di prodotti e certificarli in tempi più brevi, e voi siete in grado di verificare qualsiasi emissione intermittente o a banda larga dal vostro dispositivo prima di inviarlo al laboratorio di prova per il test di conformità.

La larghezza di banda di scansione in tempo reale di 1GHz consente di eseguire misure di banda C/D CISPR in un'unica acquisizione e senza interruzioni, e di ottenere 6 misure di rivelatori contemporaneamente. L'acquisizione di tutte le emissioni dell'EUT (Equipment Under Test), compresi i segnali transitori, a banda stretta e a banda larga, offre una visibilità completa sul comportamento del rumore del dispositivo, aiutando gli ingegneri a identificare e risolvere i problemi prima dei test EMC formali, aumentando la fiducia nel successo dei test.

Molti segnali di disturbo sono veloci e intermittenti. I metodi convenzionali di scansione a gradini o sweep spesso non li colgono. 

Con un'acquisizione in tempo reale e senza lacune a 1 GHz, è possibile rilevare in modo affidabile tutti i segnali di disturbo, siano essi transitori, a banda stretta o a banda larga, senza il rischio di perdere emissioni critiche.

Senza la scansione in tempo reale, sarebbe necessario impostare lunghi tempi di sosta per aumentare la possibilità di catturare segnali intermittenti. Questo allunga notevolmente la durata del test, in particolare quando è necessario ripetere le misure tra le varie posizioni del piatto rotante e le altezze dell'antenna.

La funzione di scansione in tempo reale elimina questa inefficienza consentendo una misura a banda larga basata su FFT e senza gap. Consente una caratterizzazione completa delle prestazioni di rumore dell'EUT, riducendo il tempo complessivo del ciclo di test e aumentando la sicurezza di superare i test EMC formali.