EMC pre-compliance na etapie prototypu: jak nie oblać badań kompatybilności

Każde urządzenie elektroniczne wprowadzane na rynek UE musi spełniać wymagania dyrektywy o kompatybilności elektromagnetycznej. Najczęściej potwierdza się to badaniami według norm zharmonizowanych w akredytowanym laboratorium. Dzień w komorze bezodbiciowej kosztuje sporo, a negatywny wynik oznacza poprawki, nową partię płytek i kolejny termin w laboratorium. Dlatego warto przeprowadzić pre-compliance, czyli badania wstępne, jeszcze na etapie prototypu.

Co da się sprawdzić samemu

Emisja: sondy bliskiego pola

Sonda bliskiego pola to mała pętla (pole magnetyczne) lub elektroda (pole elektryczne) podłączona do analizatora widma albo oscyloskopu z funkcją FFT. Przesuwając ją nad płytką, można zlokalizować miejsca o największej emisji: przetwornice, linie zegarowe, kable i złącza. Sonda nie zastąpi pomiaru w komorze, bo nie mierzy natężenia pola w odległości 3 albo 10 metrów. Świetnie nadaje się jednak do porównań przed i po zmianie, np. po dodaniu filtra, zmianie rezystora szeregowego w linii zegarowej albo zmianie przebiegu ścieżki.

Emisja przewodzona

Za pomocą sieci sztucznej (LISN) i analizatora widma można ocenić zaburzenia wprowadzane do sieci zasilającej. To szczególnie ważne w urządzeniach z przetwornicami zasilanymi z sieci lub z długich przewodów.

Odporność

Proste testy odporności, takie jak wyładowania elektrostatyczne z pistoletu ESD czy zaburzenia przewodzone na kablach, pozwalają sprawdzić, czy urządzenie się nie resetuje i czy pomiar nie „skacze”. W czujnikach często to właśnie odporność, a nie emisja, okazuje się problemem.

Najczęstsze przyczyny problemów

• Przerwana droga powrotna: szybki sygnał przechodzi nad szczeliną w płaszczyźnie masy i tworzy dużą pętlę promieniującą.
• Przetwornice impulsowe z dużą pętlą prądu przełączanego i zbyt odległymi kondensatorami wejściowymi.
• Kable jako anteny: zaburzenia z płytki wychodzą na przewody czujników i zasilania. Pomagają filtry i dławiki na złączach oraz prawidłowe połączenie ekranu z obudową.
• Strome zbocza sygnałów cyfrowych, szybsze niż potrzeba. Rezystor szeregowy 22–47 Ω przy źródle często wystarcza.
• Brak zabezpieczeń ESD na wejściach dostępnych dla użytkownika.

Projektuj z myślą o EMC od początku

• Ciągła płaszczyzna masy pod sygnałami i przemyślany stos warstw.
• Kondensatory odsprzęgające blisko wyprowadzeń zasilania.
• Małe pętle przetwornic i dobrze rozplanowane miejsca filtrów na wszystkich złączach zewnętrznych.
• Miejsca na elementy opcjonalne (dławiki, kondensatory, rezystory szeregowe), które można wlutować, jeśli prototyp okaże się „głośny”.

EMC a jakość pomiaru

W urządzeniach pomiarowych kompatybilność elektromagnetyczna to nie tylko formalność. Te same zaburzenia, które powodują przekroczenie limitów emisji, często wracają do własnego toru analogowego jako szum i zakłócenia. Dobra praktyka EMC jest więc zarazem dobrą praktyką metrologiczną, o czym piszemy też we wpisie o projektowaniu PCB dla pomiarów analogowych.

Źródła

1. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2014/30/UE w sprawie harmonizacji ustawodawstw państw członkowskich odnoszących się do kompatybilności elektromagnetycznej. eur-lex.europa.eu
2. Ott H. W. (2009). Electromagnetic Compatibility Engineering. Wiley.
3. Williams T. (2017). EMC for Product Designers, wyd. 5. Newnes.

• PCB
• EMC
• prototypy
• metrologia