Debugging EMI di un alimentatore switching con l'analizzatore R&S®FPC1000/R&S®FPC1500

PCB, filtraggio, rimbalzo sul terreno, software, ecc.
PCB, filtraggio, rimbalzo sul terreno, software, ecc.

Attività da eseguire

Oggi i progettisti impegnati nella ricerca e sviluppo devono raggiungere obiettivi molto impegnativi in termini di time-to-market. L’allungamento del periodo di sviluppo del prodotto o il ritardo del lancio del prodotto sul mercato possono rivelarsi estremamente costosi in termini di opportunità perse e di quote di mercato perse. Un numero significativo di prodotti non supera le prove conformità EMC al primo tentativo. Ogni giorno trascorso a eseguire il debugging, a isolare e a correggere il problema delle interferenze elettromagnetiche allunga inevitabilmente il time-to-market.

Linee di campo magnetico ed elettrico su una tipica linea a microstriscia
Linee di campo magnetico ed elettrico su una tipica linea a microstriscia

Soluzione Rohde & Schwarz

Per affrontare queste sfide, è opportuni eseguire i test EMI durante il ciclo di progettazione del prodotto. Ciò aumenta la probabilità di superare le prove di conformità EMC, che vengono tipicamente svolte alla fine del ciclo di sviluppo del prodotto. Come illustrato, il costo della correzione dei problemi EMI tardi nel ciclo dello sviluppo può risultare maggiore rispetto al farlo in anticipo. Le misure preventive integrate nei punti di controllo del ciclo di progettazione possono contribuire a evitare costosi ritardi dei progetti. Un ottimo esempio è costituito dagli alimentatori a commutazione. Nei progetti in cui sono previsti alimentatori a commutazione è richiesta l'esecuzione di un test complessivo del sistema. La combinazione di potenza elevata e commutazioni rapide delle corrente rappresenta un grande problema potenziale per le interferenze elettromagnetiche.

Sistema di misura delle emissioni irradiate
Sistema di misura delle emissioni irradiate: per il test delle emissioni irradiate si utilizzano sonde in campo vicino. Questa configurazione utilizza sonde di campo magnetico (H) per misurare la radiazione elettromagnetica emessa dal dispositivo in esame (EUT).

Emissioni irradiate

Le emissioni irradiate sono intrinseche e presenti in qualunque circuito elettrico. Il test delle emissioni irradiate misura l’intensità del campo elettromagnetico delle emissioni non intenzionali generate dal prodotto.

Facile da configurare
Sono necessari solo alcuni passaggi per avviare una sessione di debugging EMI:

  • Collegare una sonda di campo vicino adatta R&S®HZ-17 all’ingresso RF dell’analizzatore R&S®FPC1000 o R&S®FPC1500
  • Spostamento della sonda sul circuito o sul modulo sotto test
  • Il software R&S®ELEKTRA EMI (R&S®ELEMI-E) offre un modo facile per documentare i risultati

Il prodotto R&S®HZ-17 contiene due sonde. La sonda più grande di tipo ad anello ha un guadagno eccellente ed è ottima per eseguire misure panoramiche. La sonda più piccola ha un'estremità di forma appuntita. Ha un buon guadagno ed è eccellente per un ottenere una risoluzione spaziale fino al livello di traccia del circuito. Con una delle sonde, prendere in considerazione la polarizzazione come mostrato nella figura seguente. Le linee di campo devono essere verticali rispetto all’area sensibile delle sonde.

La gamma di frequenza rilevante per le emissioni irradiate va da 30 MHz a 1000 MHz per misurare l’interferenza ad alta frequenza causata dai transitori di commutazione < 1 μs.

In base alla selezione dei componenti o a misure precedenti, il progettista potrebbe conoscere già le frequenze critiche del circuito o del modulo in esame. Frequenza e intervallo di span devono essere impostati di conseguenza sull'analizzatore di spettro R&S®FPC. È possibile utilizzare linee limite per ottenere sul display il risultato del test 'riuscito/fallito' e per monitorare facilmente i miglioramenti ottenuti dopo l'ottimizzazione del progetto per ridurre le interferenze EMI.

I prototipi non definitivi del sistema in esame posti sul tavolo da laboratorio con circuiti stampati aperti potrebbero causare problemi di accoppiamento ad alte frequenze, che diminuiscono quando i circuiti sono montati in involucri metallici e hanno una connessione a massa ottimale.

Misure di mitigazione su alimentatori a commutazione

Nel caso il dispositivo in esame superi i limiti di emissione, va presa in considerazione l’ottimizzazione del layout del PCB (ad esempio. accorciare le tracce, evitare l’accoppiamento) o l'esecuzione di test attivi (ad esempio selezione dei componenti in base alla relativa emissione misurata).

Misura delle emissioni condotte
Misura delle emissioni condotte

Emissioni condotte

Le misure EMI comprendono non solo le emissioni irradiate, ma anche le emissioni condotte, che si propagano verso l’alimentatore di rete. Ciò richiede la separazione dei segnali RF dall’alimentazione di rete e l'utilizzo di una rete di stabilizzazione a 50 Ω. Ciò si ottiene utilizzando una rete di stabilizzazione dell’impedenza di linea.

Il laboratorio è inevitabilmente un ambiente elettrico rumoroso e in costante cambiamento. Per effettuare misure ripetibili è richiesto un piano di massa di riferimento. L’utilizzo di una camera schermata è utile per evitare la ricezione di segnali ambientali.

Facile da configurare
Rohde & Schwarz fornisce una soluzione semplice per le misure EMI condotte.
Collegare la rete R&S®HM6050-2 LISN

  • all’alimentatore di rete attraverso un trasformatore di isolamento
  • EUT
  • Analizzatore di spettro R&S®FPC attraverso cavo BNC
  • PC su cui viene eseguito il software R&S®ELEKTRA EMI (R&S®ELEMI-E) che utilizza un cavo adattatore seriale/USB per la commutazione di linea e una connessione LAN all'analizzatore di spettro R&S®FPC per il controllo remoto

Una volta impostati gli strumenti nel software R&S®ELEKTRA EMI, questi vengono controllati attraverso da remoto con impostazioni di misura preconfigurate in un modo molto semplice seguendo una procedura guidata.

Le misure panoramiche eseguite in parallelo con il rilevatore di picco e il rilevatore a media nella gamma di frequenze da 150 kHz a 30 MHz rivelando la presenza di emissioni alla frequenze fondamentali e armoniche della frequenza di commutazione.

Poiché la misura è eseguita inizialmente solo con la fase L1 o la fase N delle rete LISN, è necessario determinare se le ampiezze dell’altra fase siano maggiori. In alcuni casi, le sequenze di test devono essere ripetute diverse volte.

Misure di mitigazione su alimentazioni a commutazione
Nel caso l'apparecchiatura in prova superi i limiti di emissione, va preso in considerazione l’ottimizzazione del layout dell'alimentatore a commutazione (accorciare le tracce, evitare l’accoppiamento, ottimizzare le connessioni di massa). Anche le ferriti possono essere utili, tuttavia ciò richiede una buona progettazione iniziale della scheda a circuito stampato. Un’altra opzione, di solito costosa, è l'inserimento di una schermatura aggiuntiva.