Détection d'anomalies peu fréquentes au sein du spectre des conceptions de puissance à signaux mixtes

Votre tâche

Dans les conceptions de puissance, par exemple des contrôleurs moteurs pour des moteurs DC, des circuits analogiques et numériques coexistent sur la même carte de circuit imprimé. Le concepteur doit prendre en compte cette complexité, en particulier en termes d'émissions conduites présentes sur les lignes de puissance. Les horloges du microcontrôleur ou les communications de bus telles que le SPI peuvent contribuer aux émissions si la carte de circuit imprimé n'est pas correctement conçue. Parfois, les activités du bus ne sont pas continues; elles sont souvent initiées par d'autres contrôleurs système externes. Pendant la mesure des émissions conduites sur les lignes de puissance, ces activités de bus causent souvent des événements peu fréquents dans le spectre de fréquence. Les oscilloscopes sont les instruments standards pour déboguer les émissions conduites pendant le processus de développement. Cependant, pour la détection d'événements très courts et peu fréquents dans le spectre, un oscilloscope doté d'une implémentation FFT standard présente des limitations. Celles-ci sont principalement dues au traitement chronophage de calcul avant que le spectre FFT ne puisse être affiché. Des événements rares, courts et peu fréquents pourraient être loupés pendant que le spectre FFT est calculé. Une performance FFT plus rapide est essentielle pour localiser et isoler la cause principale.

Solution Rohde & Schwarz

La série d'oscilloscopes R&S®MXO 5 est parfaite pour cette tâche difficile car elle mesure le spectre et fournit des informations rapides et approfondies sur les émissions conduites. La capacité FFT rapide permet à l'utilisateur d'acquérir un spectre jusqu'à 45 000 FFT/s. En combinaison avec le terminal analogique faible bruit, les utilisateurs peuvent détecter des événements rares très efficacement et précisément.

D'autre part, la FFT est indépendante des réglages du domaine temporel, ce qui est un avantage pour le débogage EMI. Dans l'implémentation standard de la FFT, le taux de rafraîchissement de la FFT serait réduit significativement du fait de la bande passante de résolution. De plus, des sondes de champ proche peuvent être utilisées pour localiser la source de bruit dans le système. Cela nécessite également une FFT rapide. Le réseau principal artificiel (AMN) est nécessaire pour des mesures stables et reproductibles.

Candidature

Un demi-pont entièrement intégré incluant un moteur DC connecté a été utilisé pour mettre en évidence un événement peu fréquent dans le spectre d'émission conduite. Ce dispositif sous test (voir Fig. 1 en page 1) propose une partie puissance avec deux demi-ponts et peut être configuré à l'aide d'un bus SPI. Un microcontrôleur est connecté au bus et utilisé pour surveiller le statut du conducteur, ainsi que pour contrôler la vitesse et la direction du moteur. Un bus CAN est utilisé pour communiquer avec les modules extérieurs au système.

Détecter la cause principale

La procédure peut être divisée en trois étapes :

• Étape 1 : Effectuer la mesure des émissions conduites conformément à la norme en vigueur, par exemple CISPR25, avec le mode persistance activé (met en évidence toutes les anomalies se produisant rarement)
• Étape 2 : Détecter et localiser la cause principale avec des sondes de champ proche magnétiques et électriques adaptées de différentes tailles (détecte des émissions corrélées à une fonctionnalité spécifique de la carte)
  Note : Le mode persistance doit toujours être activé pour fournir des informations non-périodiques
• Étape 3 : Après avoir trouvé la corrélation entre le spectre et la fonction dédiée, désactiver le mode persistance infinie; déclencher que le signal qui est probablement la cause principale (la mesure confirmera si l'hypothèse est correcte ou si l'étape 2 doit être répétée)

Exemple de mesure

Le résultat de la mesure d'émission conduite sur la ligne de puissance de l'application moteur est illustré en Fig. 2. La FFT rapide en combinaison avec le mode persistance activé permet de détecter des événements rares qui causent une émission élevée sur le spectre entier. Cette enveloppe de bruit (voir la zone mise en évidence en jaune, indiquée avec les flèches blanches) montre des signatures typiques qui sont causées par une source de bruit importante, par exemple des communications de bus ou d'horloge. Après la mesure d'émission conduite, la sonde de champ proche est utilisée et il est possible de détecter des émissions avec des caractéristiques similaires sur la carte du circuit imprimé, à proximité des pistes de données SPI à côté du microcontrôleur. Il peut donc être supposé que l'activité SPI est probablement la cause principale.

Une confirmation peut être obtenue avec la dernière étape (voir Fig. 3). Dans cette mesure, le mode de déclenchement normal est activé, où le port de communication SPI communications est mesuré avec une sonde passive (voie 3). Le spectre est affiché simultanément. Le résultat montre que dès que les communications SPI entre le contrôleur et le récepteur démarrent (événement de déclenchement), une émission très élevée apparaît à l'écran. En connaissant les détails, les activités peuvent être définies pour limiter cette émission, qui est causée par les activités du bus SPI et reflétée dans les émissions conduites sur la ligne de puissance.

Conclusion

La série d'oscilloscopes R&S®MXO 5 est parfaite pour la vérification des émissions conduites au sein des applications à signaux mixtes où des émissions peu fréquentes peuvent se produire. L'implémentation FFT extrêmement rapide de 45 000 FFT/s en combinaison avec le terminal analogique faible bruit permet à l'utilisateur de détecter toutes les anomalies rares dans le spectre de fréquence des conceptions de puissance à signaux mixtes.