Detecção de alterações incomuns no espectro de projetos de potência de sinal misto

Sua tarefa

Em projetos de potência, por exemplo, em drivers para motores CC com escova, circuitos analógicos e digitais coexistem na mesma placa de circuito impresso. O desenvolvedor precisa considerar essa complexidade, principalmente com relação às emissões conduzidas presentes nas linhas elétricas. Clocks de microcontrolador ou comunicações em barramento, como SPI, podem contribuir para as emissões se a placa de circuito impresso não for projetada corretamente. Nem sempre as atividades em barramento acontecem de forma contínua, frequentemente elas são iniciadas por outros controladores externos do sistema. Durante a medição das emissões conduzidas nas linhas elétricas, essas atividades em barramento geralmente causam eventos infrequentes no espectro de frequência. Os osciloscópios são o instrumento padrão para depurar as emissões conduzidas durante o processo de desenvolvimento. No entanto, para detectar eventos infrequentes e muito breves no espectro, um osciloscópio com uma implementação padrão de FFT pode não ser suficiente. Isso ocorre basicamente devido à lentidão do processo de cálculo antes que o espectro de FFT possa ser exibido. Eventos raros, breves e infrequentes podem passar despercebidos enquanto o espectro de FFT está sendo calculado. Um desempenho de FFT muito mais rápido é essencial para localizar e isolar a causa.

A solução da Rohde & Schwarz

O osciloscópio da série R&S®MXO 5 é ideal para essa tarefa desafiadora, uma vez que ele mede o espectro e fornece informações de forma rápida e detalhada sobre as emissões conduzidas. Com FFT rápida, o usuário consegue adquirir um espectro de até 45.000 FFT/s. Em combinação com o front-end analógico de baixo ruído, os usuários podem detectar eventos raros com muita eficiência e precisão.

Além disso, a FFT não depende de configurações de domínio do tempo, o que é extremamente útil para a depuração de EMI. Na implementação padrão de FFT, a taxa de atualização de FFT é significativamente reduzida devido à resolução de largura de banda. Além disso, pontas de campo próximo podem ser usadas para localizar a causa do ruído no sistema. Isso também requer uma FFT rápida. A rede de estabilização da impedância de linha (AMN) é necessária para conseguir medições estáveis e reprodutíveis.

Aplicação

Um driver meia-ponte (half-bridge) totalmente integrado, incluindo um motor CC com escova conectado, foi usado para mostrar um evento infrequente no espectro de emissão conduzida. Esse dispositivo em teste (veja a fig. 1 na página 1) fornece a parte da potência com dois circuitos meia-ponte e pode ser configurado com um barramento SPI. Um microcontrolador é conectado ao barramento e usado para monitorar o status do driver, além de controlar a velocidade e a direção do motor. Um barramento CAN é usado na comunicação com os módulos externos do sistema.

Como encontrar a causa

O procedimento pode ser dividido em três etapas:

• Etapa 1: faça a medição das emissões conduzidas de acordo com o padrão exigido (por exemplo, CISPR25) no modo de persistência ativado (destaque qualquer alteração rara)
• Etapa 2: localize a causa com pontas de campo próximo elétricas e magnéticas adequadas de diferentes tamanhos (encontre as emissões correlacionadas a uma funcionalidade específica do módulo)
  Nota: o modo de persistência deve continuar ativado para fornecer informações não periódicas
• Etapa 3: depois de encontrar a correlação entre espectro e função específica, desative o modo infinito de persistência. Acione o trigger no sinal com alta probabilidade de ser a origem (a medição vai confirmar se a hipótese está correta ou se a etapa 2 precisa ser repetida)

Exemplo de medição

O resultado de medição de emissão conduzida na linha elétrica da aplicação do motor com escova pode ser visto na fig. 2. A FFT rápida, em conjunto com o modo de persistência ativado, permite a detecção de eventos raros que geram uma emissão alta em todo o espectro. Esse envelope de ruído (veja a área em amarelo-claro, indicada com setas brancas) mostra assinaturas comuns que são causadas por uma fonte de ruído ampla, por exemplo, comunicações em barramento ou o clock. Depois da medição de emissão conduzida, a ponta de campo próximo é usada, e é possível encontrar emissões com características semelhantes na placa de circuito impresso próximas às faixas de dados de SPI ao lado do microcontrolador. Sendo assim, pode-se inferir que a atividade da SPI é, provavelmente, a causa.

A última etapa pode trazer uma confirmação (veja a fig. 3). Nesta medição, o modo de trigger normal é ativado no ponto em que a porta das comunicações SPI é medida com uma ponta de prova passiva (canal 3). O espectro é exibido ao mesmo tempo. O resultado mostra que, assim que as comunicações SPI entre o controlador e o receptor começam (evento de trigger), uma alta emissão ampla aparece na tela. Ao saber os detalhes, as atividades podem ser definidas para limitar essa emissão, que é causada por atividades de barramento de SPI e refletida nas emissões conduzidas na linha elétrica.

Resumo

O osciloscópio da série R&S®MXO 5 é ideal para a verificação de emissões conduzidas em aplicações de sinal misto em que emissões infrequentes podem acontecer. Com a excelente implementação de FFT rápida de 45.000 FFT/s em conjunto com o front-end analógico de baixo ruído, o usuário consegue encontrar qualquer alteração rara no espectro de frequência de projetos de potência com sinal misto.