Быстрое развитие технологий приводит к появлению на рынке большого количества новых электронных устройств. Для обеспечения безопасной эксплуатации, правильного функционирования и гарантии качества перед выводом продукта на рынок необходимо проверить его на соответствие требованиям стандартов. Предквалификационные испытания позволяют снизить затраты, сократить сроки вывода изделий на рынок и гарантировать успешное прохождение ими квалификационных испытаний.

Рассмотрим основы предквалификационных испытаний на соответствие требованиям стандартов, необходимое для их проведения оборудование и некоторые виды измерений, которые вы нужно выполнить, чтобы гарантировать успешное прохождение изделием квалификационных испытаний.

Введение: роль предквалификационных испытаний на соответствие требованиям стандартов

Любое вновь разработанное изделие необходимо сначала протестировать, чтобы убедиться в том, что оно функционирует должным образом. Все электронные устройства должны пройти испытания на соответствие требованиям стандартов по уровню электромагнитных помех (ЭМП) в сертифицированной лаборатории разработчика. Успешное прохождение этих испытаний показывает, что уровень излучаемых вашим устройством ЭМП не превышает допустимых значений и удовлетворяет требованиям соответствующих стандартов.

Термин «ЭМП» может использоваться в контексте более общего термина «ЭМС», который означает «электромагнитная совместимость». При проведении предквалификационных испытаний на соответствие требованиям стандартов следует обратить внимание на измерение электромагнитных помех, источником которых является ваше устройство.

Все изделия, от ноутбука до смартфона, должны успешно пройти испытания на соответствие требованиям стандартов в аккредитованной испытательной лаборатории. Если устройство не прошло тесты на соответствие требованиям национальных или региональных нормативных документов, вы не сможете его продать.

Заключительный этап испытаний на соответствие требованиям стандартов обычно требует значительных затрат. Если устройство не прошло этот этап тестирования, то его придется доработать, в результате чего будет нарушен график, сорван план реализации проекта. Такие задержки ведут к увеличению производственных затрат и негативно влияют на сроки вывода продукта на рынок.

Очень важно провести предквалификационные испытания на соответствие требованиям стандартов по ЭМС перед официальной сертификацией в испытательном центре.

Приведенная ниже информация дает представление о том, что необходимо знать о проведении испытаний на электромагнитную совместимость в вашей лаборатории, то есть о предквалификационных испытаниях на соответствие требованиям стандартов по ЭМС. Более подробные сведения приведены в разделе «Рекомендуемая литература».

Рис. 1. Роль предквалификационных испытаний на соответствие требованиям стандартов в процессе разработки изделия.

Основы предквалификационных испытаний на соответствие требованиям стандартов по ЭМС

Электромагнитная совместимость (ЭМС) — это свойство электронных устройств, которое характеризует особенности их взаимодействия с окружающей электромагнитной средой и другим оборудованием. Все электронные устройства способны создавать электромагнитные поля. Тестирование на соответствие требованиям стандартов является заключительным этапом проверки способности электрооборудования функционировать с приемлемым уровнем ЭМП.

Аккредитованные испытательные центры проводят различные виды испытаний на ЭМП, позволяющие определить, что уровень излучения устройства соответствует установленному значению. Эти испытания можно разделить на два типа: на уровень излучения помех и на помехоустойчивость. Для каждого из этих типов требуется оценивать излучаемые помехи и кондуктивные помехи.

  • Тестирование на излучаемые помехи позволяет определить характеристики нежелательных электромагнитных сигналов, испускаемых электронным устройством в нематериальной среде (измерения через кабель).
  • Тестирование на кондуктивные помехи позволяет определить характеристики нежелательных электромагнитных сигналов, испускаемых электронным устройством в материальной среде (измерения через кабель).

Рис. 2. Измерение излучаемых и кондуктивных помех позволяет определить характеристики излучений, испускаемых тестируемым устройством и воздействующих на него.

Терминология, используемая при проведении предквалификационных испытаний на соответствие требованиям стандартов по ЭМС

Чтобы лучше понимать суть предквалификационного тестирования на ЭМП и представлять, как нужно правильно проводить испытания, рекомендуется предварительно ознакомиться с терминологией, использующейся в этой области.

В этом разделе вы сможете узнать некоторые термины, которые применяются в процессе предквалификационных испытаний на соответствие требованиям стандартов по ЭМС.

Терминология

  • Электромагнитная совместимость (ЭМС) — это обобщающий термин, который означает способность электронного оборудования функционировать в реальных условиях эксплуатации с требуемым качеством при воздействии на него непреднамеренных электромагнитных помех и не создавать при этом недопустимых электромагнитных помех другим устройствам.
  • ЭМП — электромагнитные помехи
  • Излучение — физическое явление испускания электромагнитной энергии или распространяющееся в пространстве возмущение электромагнитного поля, характеристики которого необходимо определить в процессе предквалификационных испытаний на соответствие требованиям стандартов. Электромагнитные помехи, если их не учитывать должным образом в ходе проектирования или тестирования, могут оказывать нежелательные воздействия на расположенные рядом электронные устройства.
  • Восприимчивость — характеристика электронного оборудования, которая допускает возможность появления в устройствах нежелательных реакций при воздействии на них электромагнитной энергии.
  • Излучаемые помехи — это электромагнитные помехи, создаваемые в результате излучения радиочастотных шумов или нежелательных сигналов в эфире, а не в физической среде.
  • Кондуктивные помехи — это электромагнитные помехи, возникающие в результате воздействия радиочастотных шумов или нежелательных сигналов на приемник вследствие наличия кондуктивной связи через кабели.
  • CISPR — Международный специальный комитет по радиопомехам, устанавливающий нормы по воздействию электромагнитных помех на электрические и электронные устройства.
  • Схема стабилизации полного сопротивления линии (эквивалент сети питания, LISN) — важный компонент испытательной системы, обеспечивающий развязку сети питания и тестируемого устройства, для которого требуется как можно более чистый от помех сигнал.
  • Безэховая камера — экранированное помещение, которое обеспечивает поглощение звуковых или электромагнитных волн, а также позволяет уменьшить отражение волн от всех внутренних поверхностей.
  • Излучение — испускание энергии в виде электромагнитных волн.
  • Помехоустойчивость — свойство приемника или любого другого устройства или системы, которое позволяет этому оборудованию противостоять воздействию электромагнитных помех.

Сравнение предквалификационных и квалификационных испытаний на соответствие требованиям стандартов

Предквалификационные испытания на соответствие требованиям стандартов по ЭМС представляют собой низкорисковый малозатратный метод, который гарантирует, что тестируемое устройство успешно пройдет квалификационные испытания на полное соответствие требованиям стандартов. Проведение испытаний на соответствие требованиям стандартов только на финальном этапе разработки изделия несет в себе риски чрезмерно больших затрат. Стоимость испытаний включает в себя также расходы на резервирование испытательной лаборатории, а также расходы на доработку проекта, если изделие не пройдет заключительные испытания на полное соответствие требованиям стандартов. Правильное выполнение предквалификационных испытаний имеет решающее значение для снижения затрат и исключения неожиданностей при проведении квалификационных испытаний на полное соответствие требованиям стандартов.

Основное различие между предквалификационными и квалификационными испытаниями на соответствие требованиям стандартов заключается в порядке проведения тестирования и использовании безэховой камеры, как показано на рисунке ниже.

Безэховая камера — это экранированное помещение, которое обеспечивает поглощение звуковых или электромагнитных волн, а также позволяет уменьшить отражение волн от всех внутренних поверхностей. Такое помещение идеально подходит для испытаний электронных устройств, гарантируя отсутствие непредвиденных помех. В общем случае процедура тестирования на соответствие требованиям стандартов достаточно формализована. Следует иметь в виду, что безэховая камера — весьма дорогой объект и далеко не каждый производитель электронных устройств имеет такое оборудование. Зачастую время работы в безэховой камере резервируется заблаговременно через сторонние организации. Использование безэховой камеры являются ключевым отличием предквалификационного тестирования от квалификационных испытаний на полное соответствие требованиям стандартов.

Рис. 3. Использование безэховой камеры являются ключевым отличием предквалификационного тестирования от квалификационных испытаний на полное соответствие требованиям стандартов.

Тестирование на эмиссию помех

В процессе тестирования на эмиссию помех измеряют количество электромагнитной энергии, излучаемой устройством. Тестирование на эмиссию помех важно для предотвращения непреднамеренного воздействия тестируемого устройства на работу расположенного рядом оборудования.

В процессе тестирования измеряются помехи двух типов: излучаемые помехи и кондуктивные помехи.

При измерении излучаемых помех выполняется количественная оценка уровня передаваемой по радиоэфиру электромагнитной энергии, испускаемой тестируемым устройством. Тестирование позволяет убедиться, что уровень излучаемых устройством помех не превышает допустимых значений и удовлетворяет требованиям соответствующих стандартов. Многие устройства не проходят эту проверку, поэтому рекомендуется предусмотреть проведение предварительного тестирования излучаемых помех.

Рис. 4. Оборудование, необходимое для измерения излучаемых помех, включает анализатор сигналов с программным обеспечением для предквалификационных испытаний на соответствие требованиям стандартов, установленную на штативе антенну и непосредственно тестируемое устройство.

Для измерения излучаемых помех требуется следующее оборудование:

  • Калиброванная антенна для измерения ЭМП, установленная на штативе и расположенная на расстоянии от 1 до 3 метров от тестируемого устройства
  • Анализатор спектра с программным обеспечением для предквалификационных испытаний на соответствие требованиям стандартов по ЭМС (измерительное приложение Keysight N6141A EMI)
  • Предусилитель

Чтобы исключить внешние помехи, следует проводить измерение уровня излучаемых помех вдали от другого оборудования. Например, можно выполнять измерения на большой парковке или в пустом конференц-зале. При измерении излучаемых помех необходимо исключить влияние излучения радиостанций, телевизионных приемников или сотовых телефонов на тестируемое устройство или антенны.

Кондуктивные ВЧ-излучения — это электромагнитные помехи, которые образуются в результате электрических процессов, протекающих в тестируемом устройстве, и распространяются от него по силовым, сигнальным или коммуникационным кабелям. Кондуктивные помехи передаются по связанным цепям от тестируемого устройства непосредственно в другие электронные устройства. Кроме того, кондуктивные помехи могут распространяться внутри самого устройства и негативно влиять на его работу. При исследовании кондуктивных помех основное внимание уделяется нежелательным сигналам, генерируемым цепями переменного тока в тестируемом устройстве.

Для измерения кондуктивных помех требуется следующее оборудование:

  • Анализатор спектра с программным обеспечением для предквалификационных испытаний на соответствие требованиям стандартов по ЭМС (измерительное приложение Keysight N6141A EMI)
  • Схема стабилизации полного сопротивления линии (эквивалент сети питания, LISN)
  • Ограничитель
Рис. 5. Анализатор сигналов Keysight с программным обеспечением для предквалификационных испытаний на соответствие требованиям стандартов.

Тестирование на помехоустойчивость

Тестирование на помехоустойчивость позволяет определить степень восприимчивости тестируемого устройства к электромагнитной энергии, излучаемой другими устройствами.

Испытания на устойчивость к излучаемым помехам включают в себя проверку чувствительности тестируемого устройства к излучениям, передаваемым по радиоэфиру от других устройств.

Для измерения устойчивости к излучаемым помехам требуется следующее оборудование:

  • Генератор сигналов Keysight (серии MXG или EXG)
  • Набор пробников ближнего поля
  • Радиоприемник

При тестировании на устойчивость к кондуктивным помехам определяют чувствительность устройства и кабелей к электромагнитным помехам от другого оборудования.

Важность тестирования на помехоустойчивость обусловлена необходимостью исключить влияние на ваше устройство электромагнитного излучения от расположенного рядом оборудования. Тестирование на помехоустойчивость проводится быстрее и проще, чем любые другие виды испытаний на соответствие требованиям стандартов. Стандарты CISPR не требуют обязательного выполнения тестирования на помехоустойчивость, но мы настоятельно рекомендуем проводить эти испытания.

Рис. 6. Оборудование, необходимое для тестирования на устойчивость к кондуктивным помехам, включает генератор сигналов, анализатор сигналов, набор пробников ближнего поля и непосредственно тестируемое устройство.

Что такое соответствие требованиям стандартов по ЭМС и какие требования нормативных документов должны выполняться

Успешное прохождение устройством испытаний на соответствие требованиям стандартов на ЭМС гарантирует, что устройство отвечает заданным техническим характеристикам и не испускает излучения, ухудшающие работу другого оборудования. Процедуры испытаний на электромагнитную совместимость должны отвечать жестким требованиям стандартов по электромагнитным излучениям, разработанным соответствующими организациями, например, Международным специальным комитетом по радиопомехам (CISPR). Международный специальный комитет по радиопомехам разрабатывает требования к методам измерения излучаемых электромагнитных помех и используемому при этом оборудованию. Кроме того, CISPR устанавливает предельно допустимые уровни излучаемых помех для электронных устройств в зависимости от отрасли и страны, для которой они предназначены.

Прежде чем проводить измерения характеристик тестируемого устройства на соответствие требованиям стандартов, необходимо получить ответы на ряд предварительных вопросов:

  1. В каких регионах будет реализовываться этот продукт: в Европе, США, Азиатско-Тихоокеанском регионе, Китае?
  2. К какой категории относится этот продукт?
  • Оборудование информационных технологий (ITE)
  • Промышленное, научное или медицинское оборудование (ISM)
  • Автомобильное оборудование
  • Оборудование систем связи
  • Бытовая техника
  • Какова область применения продукта: для бытового, коммерческого или промышленного использования

Ответы на эти вопросы помогут определить, какие стандарты по ЭМС применимы для каждого конкретного продукта. Знание стандартов по ЭМС для данного продукта позволяет планировать для него необходимые испытания на соответствие требованиям стандартов по ЭМС.

Преимущества предквалификационных испытаний на соответствие требованиям стандартов

Предквалификационные испытания на соответствие требованиям стандартов позволяют сэкономить время и снизить затраты за счет исключения необходимости доработки проекта. Включение в процесс разработки продукта предквалификационных испытаний на соответствие дает возможность значительно повысить вероятность успешного прохождения изделием полного тестирования на соответствие требованиям стандартов по ЭМС. Добавление системы предквалификационных испытаний является оптимальным подходом для обеспечения соответствия продуктов требованиям стандартов по ЭМС, что позволяет минимизировать затраты и сократить время выхода продукции на рынок.

Рис. 7. Все электронные устройства должны отвечать требованиям соответствующих, зависящих от типа устройств и региона их использования, стандартов на электромагнитное излучение.

Сведения об изделии

Решения Keysight для предквалификационных испытаний на соответствие требованиям стандартов

  • Анализаторы Keysight серии X за счет использования самых передовых методов анализа сигналов помогут более эффективно разрабатывать и тестировать новые устройства. Компания Keysight предоставляет широкий выбор решений: от недорогих моделей для базовых измерений до широкополосных приборов для анализа сигналов в режиме реального времени.
  • Измерительное приложение N6141A для анализа электромагнитных помех является одной из более чем 25 программ, входящих в состав стандартной библиотеки измерительных приложений для анализаторов сигналов Keysight серии X. Программа N6141A позволяет создавать на основе анализаторов сигналов серии X мощное решение для проведения предквалификационных испытаний на ЭМП и диагностики электронных устройств, предоставляя простые в использовании инструменты для сбора и анализа данных, что способствует более быстрому выводу на рынок инновационных продуктов.

Рекомендуемая литература

Преимущество выполнения предквалификационных испытаний на соответствие требованиям стандартов по ЭМС с помощью анализатора сигналов заключается в том, что они позволяют правильно оценить характер и уровни ЭМП, создаваемых новым изделием, и снизить риск неудачного прохождения испытаний на соответствие требованиям стандартов по ЭМС на заключительном этапе разработки.

Для лучшего понимания сути предквалификационных испытаний на соответствие требованиям стандартов по ЭМС ознакомьтесь с Рекомендациями по применению «Выполнение измерений излучаемых и кондуктивных помех». 

Для получения более подробной информации по моделированию и измерениям электромагнитных помех и выполнению предквалификационных испытаний на соответствие требованиям стандартов по ЭМС посетите страницу https://www.keysight.com/find/EMC

Нужна помощь или хотите задать вопрос?