Detectar anomalías infrecuentes en el espectro de diseños eléctricos de señal mixta

Su misión

En los diseños eléctricos, p. ej. de controladores para motores de corriente continua con escobillas, los circuitos analógicos y digitales coexisten en la misma tarjeta impresa. El desarrollador debe tener presente esta particularidad, sobre todo en relación con las interferencias conducidas de las líneas de alimentación. Los relojes del microcontrolador o las comunicaciones de bus como el SPI pueden causar estas interferencias si la tarjeta impresa no está bien diseñada. A veces, las actividades de bus no son continuas, a menudo las inician otros controladores externos del sistema. Al medir interferencias conducidas en las líneas de alimentación, estas actividades de bus provocan a menudo eventos infrecuentes en el espectro de frecuencia. Los osciloscopios son la herramienta estándar para depurar interferencias conducidas durante el proceso de desarrollo. Sin embargo, a la hora de detectar eventos muy breves e infrecuentes en el espectro, un osciloscopio con una implementación de FFT convencional presenta limitaciones. Estas se deben principalmente al largo tiempo que dura el proceso de cálculo hasta que se puede visualizar el espectro de FFT. Los eventos irregulares, breves e infrecuentes podrían pasar inadvertidos mientras se calcula el espectro de FFT. Para poder localizar y aislar la causa raíz es indispensable contar con un rendimiento de FFT mucho más rápido.

Solución Rohde & Schwarz

El osciloscopio serie R&S®MXO 5 resulta perfecto para esta compleja tarea, ya que mide el espectro y proporciona información exhaustiva y rápida de las interferencias conducidas. La función de FFT rápida permite al usuario adquirir un espectro con hasta 45 000 FFT/s. En combinación con el front-end analógico de bajo ruido, los usuarios pueden detectar eventos infrecuentes con una eficiencia y precisión asombrosas.

Además, la FFT es independiente de los ajustes del dominio temporal, lo que resulta muy ventajoso para la depuración de EMI. En la implementación de FFT convencional, la frecuencia de actualización de la FFT se reduciría de forma considerable debido al ancho de banda de resolución. Igualmente, se pueden utilizar sondas de campo cercano para localizar la fuente de ruido en el sistema. También esto requiere una FFT rápida. La red de alimentación artificial (AMN) es necesaria para conseguir medidas estables y reproducibles.

Aplicación

Se utilizó un controlador de medio puente totalmente integrado con un motor de corriente continua con escobillas conectado para mostrar un evento infrecuente en el espectro de interferencias conducidas. Este dispositivo sometido a prueba (véase la fig. 1 en la página 1) suministra la parte de alimentación con dos medios puentes y se puede configurar a través de un bus SPI. En el bus está conectado un microcontrolador y se utiliza para vigilar el estado del controlador y controlar la velocidad y la dirección del motor. Para la comunicación con los módulos fuera del sistema se emplea un bus CAN.

Búsqueda de la causa raíz

El procedimiento puede dividirse en tres pasos:

• Paso 1: Ejecutar la medida de interferencias conducidas conforme al estándar relevante, p. ej. CISPR25, con el modo de persistencia activado (eventos característicos y anomalías infrecuentes)
• Paso 2: Encontrar y localizar la causa raíz con sondas de campo cercano eléctricas y magnéticas adecuadas de distintos tamaños (encontrar interferencias que pueden correlacionarse con una función específica de la tarjeta)
  Nota: El modo de persistencia debería seguir activado para registrar información no periódica
• Paso 3: Tras encontrar la correlación entre el espectro y la función específica, desactivar el modo de persistencia infinito; ejecutar el disparo en la señal que tiene la mayor probabilidad de ser la causa raíz (la medida confirmará si es así en efecto, o si debe repetirse el paso 2)

Ejemplo de medida

El resultado de la medida de interferencias conducidas en la línea de alimentación de la aplicación del motor con escobillas se muestra en la figura 2. La FFT rápida combinada con el modo de persistencia activado permite detectar eventos irregulares que provocan una alta interferencia en todo el espectro. Esta envolvente de ruido (véase el área en amarillo claro, indicada con flechas blancas) muestra rastros típicos provocados por una fuente de ruido ancha, p. ej. comunicaciones de bus o el reloj. Después de la medida de interferencias conducidas se utiliza la sonda de campo cercano y se pueden localizar interferencias con características similares en la tarjeta impresa junto a las pistas de datos del SPI cerca del microcontrolador. Por lo tanto, se puede partir de que la actividad del SPI es probablemente la causa raíz.

En el último paso se puede obtener una confirmación (véase la fig. 3). En esta medida está activado el modo de disparo normal donde se mide el puerto de comunicaciones del SPI con una sonda pasiva (canal 3). El espectro se visualiza al mismo tiempo. Como muestra el resultado, en cuanto comenzaron las comunicaciones del SPI entre el controlador y el receptor (evento de disparo), aparece una interferencia ancha en la pantalla. Conociendo estos detalles pueden definirse actividades que limiten esta interferencia, la cual está provocada por las actividades del bus SPI y se manifiesta en las interferencias conducidas de la línea de alimentación.

Resumen

El osciloscopio serie R&S®MXO 5 resulta perfecto para verificar interferencias conducidas en aplicaciones de señales mixtas en las que pueden surgir interferencias infrecuentes. La extraordinaria implementación de FFT rápida con 45 000 FFT/s en combinación con el front-end analógico de bajo ruido facilita al usuario la detección de todo tipo de anomalías infrecuentes en el espectro de frecuencia de diseños eléctricos de señal mixta.