A H TEST Hungary EMC szemináriuma

Az elektronikai fejlesztő számára megkerülhetet­len a termék elektromágneses kompati­bilitá­sának (EMC) kidolgozása, amelyet munka-, szakisme­ret-, eszköz- és időigényessége miatt „szükséges rossznak” nevezhetnénk. A H TEST Hungary áprilisi bemutatója során demonstrálta, hogy megfelelő céleszközök birtokában az EMC-fejlesztés az elter­jedt módszereknél sokszorta hatékonyabban is elvégezhető.

Az elektromágneses kompatibilitás (Electro Magnetic Compatibility – EMC) az elektronikus készülékek „békés együttélését” előíró szabályok összessége. Egyszerűen megfogalmazva: a fejlesztőnek gondoskodnia kell arról, hogy terméke ne bocsásson ki más elektronikus eszközök működésének megzavarására alkalmas elektromágneses teret, ugyanakkor legyen képes hibátlanul működni egy bizonyos mértékű külső zavarásnak kitéve is^[1]. Az elektronikus eszközök elektromágneses sugárzással és vezetékes kapcsolaton keresztül is nem kívánt kölcsönhatásba kerülhetnek egymással, de például a sugárzással terjedő elektromágneses zavarás (Electro Magnetic Interference – EMI) is különböző viselkedést mutat a készülék közvetlen közelében, mint attól távolabb. Már ennyi is elég ahhoz, hogy belássuk: az EMI vizsgálata és az EMC feltételeinek megteremtése komplex feladat. A korszerű elektronikus műszerek gyártóit képviselő és 2013 közepe óta Magyarországon is jelen levő H TEST portfóliójában megtalálhatók az EMC-vizs­gálatok műszerei is, amelyekből 2014. április 24-i szemináriumán mutatott be ízelítőt. 

Mérőkamra a laborasztalon

Az EMC-vizsgálatok „elméleti” optimális színtere az „üres tér”, amelyben csak az EMI-forrásként működő készülék és a térbeli eloszlást vizsgáló, tetszőlegesen áthelyezhető műszer van jelen. A tér azonban nem „üres”, és manapság már olyan mértékben „szennyezett” a mindenütt jelenlevő elektronikus eszközök jeleivel, hogy ez a módszer ma már valóban csak „elméletileg használható”. Ezért lehetne az EMC-vizsgálatok szimbóluma az „üres teret” modellező mérőkamra: a külső eredetű elektromágneses terek hatása elől árnyékolt, a belső térben keletkező elektromágneses zavarokat pedig a falaiban elnyelő zárt tér. Ez a megközelítés „működik”, ám eszköze terjedelmes, drága, ezért nincs belőle elegendő. A fejlesztők gyakran „sorba állnak”, hogy készüléküket mérőkamrában vizsgálhassák, a várakozás pedig feleslegesen és költségesen hosszabbítja meg a végtermék piacra kerülésének idejét.

A H TEST által képviselt EMSCAN kanadai cég eredeti megközelítésű vizsgálóeszköze egy mérőkamra legfontosabb funkcióit „telepíti” a fejlesztő laborasztalára, és a valósidejű vizsgálat egyfelől szemléletesen mutatja az EMI-zavarjel eloszlását az elektronikus eszközben – ezzel alkatrészszintre lokalizálhatóvá teszi azt, másfelől a beavatkozások – szűrések, hidegítések vagy más módosítások – hatása is azonnal látható. Az eredmény: a sokórás mérőkamrás vizsgálat és ismétlődő ciklusokban végzett korrekciók időszükséglete akár percekre is rövidülhet, az EMC-követelmények teljesítése sokszorta hatékonyabbá tehető.

A műszer legfontosabb alkatrésze egy síkban elhelyezett antennarendszerből és a hozzá kapcsolódó, nagy sebességű elektronikus kapcsolókból áll: lényegében tehát passzív eszköz. A vizsgált eszközt – működő állapotban – az antennarendszert burkoló szigetelőfelülettel szoros kontaktusban kell elhelyezni. Ezen a módon a mátrix egyes antennáit érő gerjesztések a vizsgált eszközből származó elektromágneses sugárzás síkbeli eloszlásától függnek. Az egyes antennajeleket az elektronikus kapcsolórendszer egymás után kapcsolja egy kívülről csatlakoztatott spektrumanalizátor bemenetére, amelynek kimeneteiből – a helyfüggő intenzitást színekkel megjelenítve – egy PC-szoftver állítja elő az elektromágneses zavarjelek síkbeli eloszlását mutató képet. A grafikus eloszlási képre a szoftver ráhelyezi a vizsgált áramkör CAD-eszközökkel készült vázlatos alkatrész-elrendezési rajzát, amely alapján – a felbontástól függően – legalább alkatrész-, de akár nyomtatott huzalozási szinten is megmutatva lokalizálhatók a leginkább „veszélyes”, EMI-forrásként működő áramköri részletek (1. és 2. ábra). További információforrás a spektrumanalizátor által készített, frekvencia szerinti analízis, amely például arról adhat számot, hogy az áramkör egyes oszcillátorai vagy más, jellegzetes frekvenciaspektrumot generáló elemei milyen térbeli eloszlással járulnak hozzá az eszköz összes EMI-kibocsátásához.

1. ábra EMI-intenzitáseloszlás egy NyÁK-lapon

2. ábra Egy NyÁK-fóliacsík nagy felbontású EMI-térképe

Az eddigiek alapján könnyen „kiszalad a szánkon” az a megjegyzés, hogy az antennamátrixos letapogatóval, illetve az üres térben vagy mérőkamrában végzett vizsgálatok elve „köszönőviszonyban” sincs egymással – milyen alapon végezhetők akkor mindkét módszerrel azonos célú vizsgálatok? A fenti leírásból érzékelhető, hogy a síkban elrendezett, kisméretű mérőantennákkal csak síkbeli elrendezésű zavarforrásokat lehet „szoros közelségbe” helyezni. Ez tehát korlátozza a mérendő objektum alakját, amelynek tehát „közel síkbeli” elrendezésűnek kell lennie, ami azonban a három dimenzióban kiterjedt „végtermék” esetében nem teljesül. A „végtermék” elektronikus funkcióit rendszerint a síkbeli elrendezéshez sokkal jobban közelítő NyÁK-lapokon realizált áramkörök látják el, és ezek már jól megfeleltethetők az EMSCAN EMI-letapogatója síkbeli elrendezésének. Amennyiben tehát a „végtermék” zavarsugárzásáért egyedül az elektronikai panel a felelős, és ez megfelel az EMC-követelmé­nyeknek, akkor az egész összeszerelt készülék is valószínűleg megfelel. Ezért ez a gyors és „interaktív” fejlesztési eszköz és módszer is használható a mérőkamra helyettesítésére.

A másik eltérés a hagyományos és a letapogatásos vizsgálati módszer között a vizsgált készülék által kibocsátott elektromágneses zavaró tér „nagyon közeli” és „távoli” mérése közötti elvi különbség. Az EMSCAN módszere az előbbire, a mérőkamrában vagy a szabad térben végzett vizsgálat pedig az utóbbira alkalmas. A kétféle mérés elvi különbségeinek tárgyalására egy szemináriumi beszámolóban nincs módunk. Az azonban könnyen belátható, hogy a nagyon közeli vizsgálat során valamennyi sugárzott zavarjelet a keletkezése helyétől néhány mm-nyi távolságban „tetten érhetünk”, a távolról mért zavareloszlást pedig a közeli mérésből extrapolálni lehet^[2]. Lényegében tehát a „nagyon közeli” méréseknél megfelelőnek bizonyult eszköz távoli méréseinél is elfogadható eredményre számíthatunk. Amennyiben pedig az EMC-tanúsítási módszertan szigorúan ragaszkodik a megfelelőség mérőkamrában történő igazolásához, az EMSCAN-módszert a fejlesztés felgyorsítására használhatjuk annak minden előnyével. A fejlesztés összes időszükséglete, de benne különösen a költséges mérőkamrás mérés időigénye jelentősen csökken – a mérőkamrát szinte csak a megfelelőség igazolására kell használni. Nem túlzás tehát kijelenteni, hogy az egyszerű, 218 × 316 mm aktív felületű^[3] letapogató – „mérőkamra a laborasztalon”. Nem lehet azonban eleget hangsúlyozni, hogy a letapogató antennamátrix több információt nyújt a mérőkamránál: lényegesen gyorsabban és akár mm-nél is jobb felbontással ad útmutatást a zavarsugárzás csökkentéséhez. Érdemes megemlíteni azt is, hogy bizonyos készülékeknél a különböző üzemmódokban, illetve a működés különböző fázisaiban is eltérő EMI generálódhat. Az ilyen esetek vizsgálatánál nélkülözhetetlen a valósidejű megjelenítés. Mi van a háttérben? A szerény megjelenésű, „dobozszerű” lapos készülékház (3. ábra) szigetelő anyagú aktív felülete alatt 29 sorban 42 (összesen 1218) antenna helyezkedik el. Ezek érzékenysége akár –135 dBm is lehet, sávszélessége pedig (modelltől függően) 50 kHz…4 GHz vagy 150 kHz…8 GHz. A geometriai felbontás 3,75 mm-től akár 0,1 mm-ig is terjedhet. A teljes rendszerhez a felhasználó spektrumanalizátorára és PC-kompatibilis számítógépére is szükség van (4. ábra).

3. ábra EMI-letapogató

4. ábra Minden együtt: a letapogató, rajta a vizsgált eszközzel. Mellette a spektrumanalizátor a kivetítőn a letapogatott EMI-térképpel

A Haefely vezetett EMC-vizsgálati eszközei

Amíg a szeminárium első fele arról szólt, hogyan kell tesztelni egy készülék zavarsugárzását, a második félidőben azt ismertette a H TEST cégcsoport vezetője, hogyan vizsgálható egy készülék érzékenysége néhány nagyon gyakori vezetett zavarjeltípusra, például az elektromos kisülésre vagy az energiahálózat zavaraira. Az ehhez szükséges műszerek közül a nagy múltú svájci Haefely cég termékeit ismertették.
Az Onyx-készülék (5. ábra) elektrosztatikus kisülések (ElectroStatic Discharge – ESD) hatásait szimulálja. A könnyen használható, biztonságos kézi készülék a levegőn át és galvanikus kontaktuson keresztül történő ESD-k szimulációjára is alkalmas. A hasonló kivitelű régebbi, „pisztolyfogású” készülékek közül nem mindegyik alkalmas a jelenlegi, 2012. márciusa óta kötelező érvényű IEC 61000-4-2 szabvány 2. kiadásának megfelelő vizsgálatok elvégzésére, amit a Haefely Onyx-készüléke viszont garantál. A 16 és 30 kV-os változatban rendelhető, akkumulátoros és hálózati táplálásra egyaránt alkalmas eszközök fontos tulajdonsága a modularitás: a kisülés paramétereit meghatározó RC-hálózat, valamint a mérőtapogató is cserélhető, amely többféle előre definiált vizsgálati módszerhez való könnyű alkalmazkodást tesz lehetővé. Ergonomikus, érintőképernyős kezelőfelülettel rendelkezik, és a vizsgálatok erős hőmérséklet- és légnedves­ségfüggését beépített szolgáltatás kompenzálja.

5. ábra Az ONYX ESD-vizsgáló készülék

Ugyancsak a Haefely terméke a sokoldalú AXOS-készülékcsalád (6. ábra), amely a vezetett zavarok minden változatát képes jól definiált módon előállítani. A szimulált EMI-jelenségek és a vizsgálatuk módszerét meghatározó szabványok a következők:

• Feszültséglökés (surge) 1,2/5,0 μs…8/20 μs (IEC/EN 61000-4-5),

• Gyors elektromos tranziensek (IEC/EN 61000-4-4),

• Csillapodó lengéssel beálló tranziens (IEC/EN 61000-4-12),

• Villámcsapás hatása telekommunikációs vezetéken (IEC/EN 61000-4-5),

• Impulzusszerű mágnestérváltozás (IEC/EN 61000-4-9),

• Gyors hálózatifeszültség-csökkenés, illetve -kimaradás (IEC/EN 61000-4-11).

A műszer több változatban, egységes hardvermegoldásokkal készül az elvégezhető vizsgálati módok különböző választékaira, és tartalmazza a teljes körű használhatósághoz szükséges szoftveralkalmazásokat. A vezérlés a vizsgálati módszer kiválasztásától az egyes vizsgálattípusok paraméterezéséig felhasználóbarát, érintőképernyős módszerrel történik.

6. ábra Az AXOS-5 készülék vezetett zavarok vizsgálatára

A valóban informatív szeminárium tartalmán kívül – legalább egyetlen mondat erejéig – említést érdemel a kitűnő szervezés és az – a pesti oldalon bizonyára kevés más helyről látható – budapesti panoráma is, ami a rendezvény helyszínéül választott EXPO Hotel 12. emeleti előadótermében fogadta a résztvevőket.

^[1] Az EMC fogalmait a „tapintat” és „türelem” szavakkal helyettesítve, örömmel üdvözölném az emberek közti viszony fő szabályaként a társadalom számára is. – A szerk. megj.

^[2] Csak közbevetőleg jegyzem meg: az EMI-források „csillapításának” logikája úgyszintén a „nagyon közeli eloszlás” méréséhez áll közelebb, hiszen a lokálisan jelentkező és alkatrészszinten azonosítható EMI-forrásokat ugyancsak „helyben”, szűréssel, hidegítéssel iktathatjuk ki, tehát a „távoli” mérési eredmények is a „közeli”, lokális EMC-beavatkozások hatására javulnak meg. – A szerk. megj.)

^[3] A teljesség kedvéért: ez a méret egyben a vizsgálható NyÁK-lap maximális mérete is.

Szerző: Tóth Ferenc

H TEST Hungary Kft.
9027 Győr, Gesztenyefa u. 4. I/3.
Tel.: + 36 96 999 262
Email: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.htest.hu

Még több H TEST

Címkék: EMC | EMI