EMxpert: kártyaszintű EMC-diagnosztika – 1

Mérhetetlenül szaporodó elektronikus eszközeinket csak akkor használhatjuk zavartalanul, ha a tervezőik kínos gonddal ügyelnek azok minimális zavarsugárzására, egyben képessé teszik termékeiket bizonyos mennyiségű – elkerülhetetlen – zavarás elviselésére. Éppen ezért a tervezési folyamatnak jelentős részét képezi az elektromágneses kompatibilitás (EMC) megfelelő szintjének garantálása és ellenőrzése. Az EMSCAN cég EMxpert-műszere sokszorosára gyorsítja ezt az idő­igényes és költséges folyamatot.

Az EMxpert a világ leggyorsabb, mágneses elven mérő műszerével állít elő közvetlen közeli EMI-adatokat a kártyaszintű elektronikai tervezést végző mérnöki munkacsoportok részére. Ezzel nagy mértékben felgyorsul az EMC-tervezési hibák felderítése. A műszer felméri a mágneses tér eloszlását a kártya felülete mentén, arról vizuálisan kiértékelhető képet készít, amely a másodperces nagyságrendű térletapogatás miatt valós idejű EMI-eloszlási térképnek tekinthető. A mérnökök a gyors letapogatás és képfrissítés következtében nemcsak az állandó, hanem az időfüggő zavarkibocsátásról is képeket láthatnak az 50 kHz…4 GHz frekvenciatartományban^[1]. A cikk azt mutatja be, hogyan lehet a műszert az EMC-tervezési problémák jó néhány típusának (szűrés, árnyékolás, közös módusú zaj, árameloszlási problémák, zajvédettség és szélessávú zaj) mérésére felhasználni. 

Bevezetés

Az EMxpert egyedülálló lehetőséget nyújt egy tervezés alatt álló és egy késznek minősített áramkör EMC-megfelelőségének vizsgálatára: kevesebb mint 1 másodpercen belül kétdimenziós eloszlási képet jelenít meg egy kártya felületéről. Ezzel a tervezőcsoport számos tervezési „zsákutcát” takaríthat meg: az EMC javítását célzó beavatkozások hatása azonnal kiértékelhető.
Bármilyen új NyÁK tervezése során a tervezőnek meg kell találnia, jellemeznie kell és alkatrészekhez kell társítania a nem tervezett RF-sugárzó részleteket annak érdekében, hogy a kártya teljesíthesse az RF-emisszióra vonatkozó szigorú követelményeket. Azok a kártyák, amelyek egyidejűleg nagy sebességűek, nagy teljesítményszintűek és/vagy nagy a sűrűségük és bonyolultak, ideális vizsgálati objektumok az EMxpert számára. Azokat a kártyákat is érdemes ezzel a módszerrel vizsgálni, amelyeknél elsődleges a helyfoglalás kérdése: a „minden áron” végzett tömörítésnek gyakran az EMC-megfelelőség esik áldozatul. Az EMxpert révén a mérnökök vizuálisan felismerhetik az EMC-problémák lehetséges okozóit. A szabadalmaztatott EMC-letapogató megismételhető és megbízható eredményeket ad és rámutat a tervezési hibákra.
Végeredményben a felhasználó saját maga tesztelheti az általa tervezett kártyát. Nem kell más részleg vagy tesztmérnök szolgáltatásaiért „sorban állnia”, és nem kell a tervezés helyétől távol drága és időigényes vizsgálatokat végeztetnie. Amint a tervező a prototípustervezés közben felismer egy EMC-problémát, azonnal végrehajt­hatja a szükséges tervezési változtatást és megismételt vizsgálattal ellenőrizheti a beavatkozás eredményességét is. Az eredmények egyértelműen bizonyíthatják vagy cáfolhatják a tervezési módosítás hatékonyságát.
Az EMxpert lehetővé teszi, hogy a kártyatervezők még a tervezés folyamán „előteszteljék” az EMC-minőséget és lépésről lépésre meg is oldhatják a felmerülő problémákat. Ezzel megelőzhetik a az EMC-megfelelőséget minősítő hivatalos mérések során keletkező kellemetlen meglepetéseket. A letapogató diagnosztikai teljesítőképessége lehetővé teszi, hogy a tervezőcsoport jelentősen lecsökkentse az EMI-vizsgálatokra fordított időt, amely a teljes tervezési idő számottevő rövidülését is eredményezi. Az EMxpert felhasználói a tervezési ciklusidő 50%-os csökkenésről is beszámoltak. A kis méretű EMxpert könnyen használható, költséghatékony és bizonyítottan eredményes asztali megoldás a NyÁK-tervező munka­csopor­tok részére.

1. ábra Műholdvevő kártya a letapogató felületén. A tápegységhez csatlakozó, szűretlen tápátvezetést piros karika jelzi

2. ábra 96,9 MHz-es frekvenciájú zaj sugárzik át a tápegységből

A rendszer leírása

Az EMxpert egy szabadalmaztatott letapogatóból és egy kompakt illesztőadapterből áll, amelyeket a felhasználó saját spektrumanali­zátorához és az EMxpert-szoftvert futtató személyi számítógépéhez csatlakoztat. Az asztali letapogatókészülék 2436 hurokba kapcsolt 1218 mágneses térerősségmérő szondát tartalmaz, amelyek a felület mentén 7,5 mm-es raszterben helyeztek el^[2]. Ezeket egy elektronikus kapcsolómátrix csatlakoztatja a spektrumanalizátorhoz. A szomszédos mátrixpontok jeleinek közös kiértékelésével a letapogatás tényleges felbontása 3,75 mm. A rendszer 50 kHz-től 4 GHz-ig terjedő frekvenciasávban működik, amelyen belül opcionális „szoftverbillentyűkkel” lehet választani. 

Szűrés

A vizsgálat célja: az EMI-problémák azonosítása és megoldása a „gyökerüknél”, a szűrő hatékonyságának mérése valós időben.
Ellenállhatatlannak tűnik az a trend, hogy az elektronikus készülékek egyre kisebbek és gyorsabbak legyenek – és ez sokszor „beépített” tervezési nehézségek okozója. Minél kisebb és sűrűbben beültetett egy NyÁK-lap, annál nehezebb feladat az elektromágneses zavarsugárzás és zavarérzékenység kézben tartása a tervező csapat számára. Az az ideális „forgatókönyv”, ha a tervezők a tervezési folyamat minél korábbi szakaszában képesek felismerni az elektro­mágneses zavarproblémákat, és ezzel megelőzik a később váratlanul felmerülő, és csak nagyon kényelmetlen, időigényes és költséges lépé­sekkel javítható minőségi problémákat.

3. ábra Az 1. ábrán látható elrendezés a tápegység csatlakozókábelébe ikatatott szűrővel 

4. ábra A 3. ábrán látható szűrő beépítése után a műholdvevő kártyára jutó zaj teljesen eltűnik

Az EMxpert már a vizsgálat korai fázisaiban azonosítani képes a zajproblémákra hajlamos áramköri részletekben keletkező zajokat. Az ilyen zavarjelekkel szemben érvényesíthető stratégia az alkatrészek zavarszűrése, a szűrőt tartalmazó NyÁK-lemez vezetősávjainak átrendezése és az EMI-szűrés.

Azáltal, hogy a NyÁK-lapon folyó áram által keltett, közelről mérhető mágnestér-emissziót fel tudja térképezni a NyÁK felületén, az EMxpert képes a szűrés hatékonyságát is mérni. A mérés valós időben történik. Ezzel a tervezők számára lehetővé válik, hogy másodpercek alatt össze lehessen hasonlítani a különböző tervváltozatokat a műszer „térbeli összehasonlítás” (Spatial Comparison) funkciójával.

Az 1. ábrán bemutatott példa egy műholdvevő NyÁK-lapját vizsgálja. A vizsgált eszközt (Device Under Test – DUT) az ábrán látható módon a letapogató felületére kell helyezni a jobb oldalon látható tápegységgel együtt. A 2. ábra azt mutatja, hogyan terjed át a tápegységben keletkező zaj a vevőkártya felületére. A zajt kibocsátó tápkábeleket piros körök jelölik. A 3. ábrán mutatja a DUT-ot és piros körrel megjelölve a kébelbe iktatott szűrőt. A 4. ábra mutatja a szűrő beépítésének hatását a tápegység és a vevőkártya közé. Az utóbbiról teljesen eltűnt a zaj, jelentősen csökkentve ezzel annak alap-zajszintjét.

5. ábra Műholdvevő-egység demodulátora a letapogató felületén

7. ábra Az EMxpert a letapogatás során 269,996 MHz-es zajt érzékel a piros körrel jelölt síkbeli eloszlásban

9. ábra Az EMxpert letapogatása az árnyékolás után megmaradt zajt mutatja 

Árnyékolás – egy zavarérzékeny áramkör zajérzékenységének minimalizálása másodpercek alatt

A vizsgálat célja: az EMI-probléma forrásának azonosítása és az árnyékolás hatékonyságának mérése valós időben
Egy másik zajcsökkentő módszerrel, az EMI-árnyékolással is korlátozhatjuk az elektromágneses emissziót. Az EMxpert másodpercek alatt képes feltérképezni a a NyÁK-lapon folyó áram által keltett, közelről mérhető mágnestér-kibocsátást. Ezzel a módszerrel a tervezők gyorsan felismerhetnek és javíthatnak bármilyen előre nem látott mágnestér-emissziós problémát. A „Spatial Comparison” funkcióval azonnal összehasonlítható az ányékolatlan és az árnyékolt megoldás (5., 6., 7., 8. és 9. ábra).

Folytatjuk!

Szerző: Cédric Caudron – alkalmazástechnikai tanácsadómérnök – EMSCAN

^{[1] Az EMxpert-műszernek a fentieken kívül létezik már 150 Hz-es alsó, és 8  GHz-es felső határfrekvenciájú változata is. Ez a kiegészítés külön hivatkozás nélkül érvényes a cikk további részében említett határfrekvencia-adatokra is.}

^{[2] A készüléknek létezik egy nagyobb felbontású (0,12 mm) változata, amely a spektrum­analizátort beépítetten tartalmazza.}

Az EMxpert-készüléket és az EMSCAN cég más termékeit Magyarországon a HTEST Hungary Kft. forgalmazza.

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: EMSCAN | EMC | EMI