Testes de compatibilidade eletromagnética (EMC)

O que são os testes de EMC?

EMC é a capacidade de um sistema ou dispositivo elétrico de operar em um ambiente eletromagnético sem perturbá-lo ou ser perturbado por ele. O teste de EMC é uma etapa essencial no desenvolvimento e na certificação de produtos eletrônicos. Ele é fundamental para a criação de produtos eletrônicos confiáveis, interoperáveis e em conformidade com a legislação. Na maioria dos países, os testes de EMC são obrigatórios para a certificação de produtos e o ingresso no mercado.

Por que os testes de EMC são importantes?

Os dispositivos eletrônicos modernos estão aumentando rapidamente em complexidade. Isso se aplica a todos os mercados, seja ele de consumo, médico, automotivo, industrial, aeroespacial ou militar. Não podemos partir do pressuposto de que os numerosos produtos elétricos e de radiocomunicações irão sempre coexistir sem interferências. Somente medidas específicas para testes de EMC e sua supressão podem garantir uma conectividade segura e confiável.

Há muitos fenômenos no mundo real que podem causar anomalias de EMC em um dispositivo eletrônico ou elétrico. Elas podem ser causadas por:

• Eventos externos, como radiofrequência (RF) ou distúrbios elétricos localizados próximos ao equipamento em teste (EUT)
• Eventos internos, como emissões de componentes internos ou distúrbios
• Distúrbios causados pela interação humana com o dispositivo, por exemplo, descarga eletrostática (ESD)

Quais são as consequências se essas anomalias não forem resolvidas antes do produto chegar ao usuário final?

• Uma anomalia relacionada à EMC em um dispositivo médico, como um marcapasso, pode colocar em risco a vida de uma pessoa.
• Emissões de um dispositivo móvel podem interferir nas funções dos sensores de segurança críticos em um veículo, avião ou robô industrial.
• Distúrbios causados por dispositivos eletrônicos dentro de uma residência podem afetar os eletrodomésticos.

Projetar e testar a EMC pode ajudar a evitar essas falhas e mau funcionamento. Outro motivo importante para os testes de EMC é a conformidade com os regulamentos pertinentes, como diretrizes, normativas conjuntas, requisitos do fabricante e requisitos internos da empresa. Veremos isso mais detalhadamente na seguinte seção.

Testes e normas de EMC em diferentes setores

Os testes de EMC dependem em grande medida das normas utilizadas. Todos os produtos eletrônicos devem atender aos requisitos definidos pelas organizações de normalização, como IEC, CISPR, ISO, IEEE, CENELEC, ETSI, FCC, ANSI, RTCA ou o comitê MIL-STD. Essas organizações definem os níveis aceitáveis de imunidade e emissão, e a conformidade com seus requisitos geralmente é um requisito legal para o ingresso no mercado. Existem centenas de normas diferentes relacionadas à EMC, que normalmente diferem com base na localização geográfica e no ambiente de uso previsto.

Explorar o cenário de normalização da EMC pode ser assustador. Em sua forma mais simplificada, a hierarquia das normas de EMC pode ser dividida em cinco categorias:

• As normas básicas definem os métodos de teste, como o ensaio de imunidade irradiada de acordo com a norma EN/IEC 61000-4-3.
• As normas genéricas definem os níveis de teste, os limites, a faixa de frequência, a modulação e as condições gerais de teste.
• As normas de produto descrevem as condições e os critérios de teste para tipos específicos de produtos.
• As normas estabelecidas pelo fabricante contém condições e níveis especiais de testes.
• Os requisitos internos da empresa definem tolerâncias e margens especiais.

Equipamentos eletrônicos diferentes exigem conformidade com normas diferentes. Por exemplo:

• As normas aplicáveis para equipamentos comerciais, como os industriais, científicos e médicos (ISM), dispositivos eletrônicos de consumo, TI/multimídia, eletrodomésticos e equipamentos de iluminação incluem a série de normas IEC/EN 61000-X-X, CISPR 11 ao 35, e quaisquer normas específicas de produto.
• Para aplicações médicas, como aparelhos auditivos, implantes médicos e máquinas de diagnóstico, as normas IEC 60601-1-2 e ISO 14708-X também podem ser aplicáveis.
• Normas relevantes para aplicações automotivas, como módulos de comunicação ou infoentretenimento, componentes ou o veículo completo, incluem as normas CISPR 12, CISPR 25, ISO 11451, ISO 11452, e outras normas específicas dos fabricantes originais de equipamentos (OEM) ou do país.
• Aplicações no espaço aéreo e militares exigem a conformidade com as normas MIL STD 461, MIL STD 464 ou RTCA DO 160, e muitas outras.

Para saber mais sobre as normas de EMC, visite a nossa página web específica sobre normas para testes de EMC.

Processo dos testes de EMC

Atualmente, os produtos têm requisitos mais exigentes em termos de segurança, confiabilidade, conectividade e tempo de lançamento no mercado, como nunca antes visto. Isso naturalmente leva a cenários de teste mais complexos — não é surpresa que mais de 50% de todos os produtos falham durante os testes de EMC na primeira tentativa. Os contratempos nesse estágio podem ser caros e causar atrasos no lançamento do produto no mercado. A boa notícia é que os testes de pré-conformidade podem reduzir essa taxa de falha e aumentar as chances de sucesso na primeira tentativa do teste.

Os testes de pré-conformidade são recomendados para descobrir possíveis problemas no início do ciclo de desenvolvimento e aumentar a probabilidade de aprovação nos primeiros testes de conformidade. Os testes de pré-conformidade podem ser interrompidos a qualquer momento, e as causas das falhas podem ser minuciosamente analisadas, testadas e depuradas. Nas nossas páginas web você pode saber mais sobre fácil depuração de EMI de bancada e testes de pré-conformidade.

Os testes de conformidade são normalmente realizados por um laboratório terceirizado certificado ou por um laboratório de ensaios. Em alguns casos, eles também são feitos pelos próprios fabricantes. Os testes de conformidade devem seguir os procedimentos precisos e rigorosos definidos pelas normas de EMC. Isso requer equipamentos especializados, instalações especiais (por exemplo, câmaras anecoicas) e pessoal capacitado — tudo isso pode tornar os testes de conformidade mais caros.

Conforme mostrado na figura acima, o teste de pré-conformidade e a depuração devem ser incorporados ao próprio processo de desenvolvimento. Isso facilita a localização de problemas com interferências.

Testes de coexistência de dispositivos sem fios e EMF

O uso cada vez maior de produtos multitecnologia e sem fio em ambientes de RF sobrecarregados cria desafios adicionais, mais além do âmbito convencional de avaliação de dispositivos para emissões indesejadas e suscetibilidade a emissões externas.

Os testes de coexistência de dispositivos sem fios de acordo com a norma ANSI C63.27-2021, avalia a capacidade do equipamento de funcionar adequadamente nos ambientes eletromagnéticos em que será utilizado. A exposição humana à radiofrequência em campos eletromagnéticos (EMF) de redes móveis 5G ou LTE (bem como de outras fontes) é regulamentada por normas nacionais e internacionais. Testes de EMF envolvem a medição da intensidade do campo dessas emissões e a detecção da fonte do sinal.

Métodos de teste de EMC

Interferência eletromagnética (EMI) ou teste de emissões garante que os dispositivos eletrônicos não emitam radiação eletromagnética excessiva que possa interferir em outros dispositivos ou sistemas. A suscetibilidade eletromagnética (EMS) ou teste de imunidade, por outro lado, avalia a capacidade de um dispositivo de operar sem interrupções na presença de interferências eletromagnéticas de fontes externas.

Neste artigo, focaremos nos seguintes quatro métodos de teste de EMC:

• Emissões conduzidas
• Imunidade conduzida
• Emissões radiadas
• Imunidade irradiada

Tipos de testes adicionais, como cintilação, harmônicos, ESD, surtos, imunidade a campos magnéticos e testes de transientes elétricos rápidos (EFT)/burst não são abordados no contexto deste artigo.

Primeiro, vamos discutir alguns princípios básicos. Para testes conduzidos, os sinais medidos são os introduzidos pelo equipamento em teste na rede de alimentação CA ou rede elétrica, geralmente por meio do cabo de energia do equipamento. Esses sinais geralmente estão na faixa de frequência de 9 kHz a 30 MHz. O equipamento é conectado a uma rede de estabilização de impedância de linha (LISN), que é então conectada ao instrumento de medição. O LISN filtra e isola o ruído de alta frequência da rede elétrica, de modo que, idealmente, somente o ruído do (EUT) pode ser medido.

Uma configuração típica para os testes de emissões conduzidas inclui:

• Receiver de teste de EMI
• Software de automação de testes
• Transdutores, como LISNs ou rede fictícia em V (AMN)

Uma configuração de testes de imunidade conduzida para testes comerciais na faixa de frequência de 150 kHz a 80 MHz geralmente inclui:

• Câmara blindada (recomendado)
• Rede de acoplamento/desacoplamento (CDN) ou grampo eletromagnético como transdutor
• Sonda de injeção de corrente de massa (BCI) para testes automotivos ou militares
• Gerador de sinais
• Amplificadores de potência de RF
• Sensores de potência
• Transdutores
• Software de teste de EMC para automatizar, controlar e fornecer a modulação e o nível de potência corretos ao equipamento, de acordo com as normas pertinentes.

Para testes irradiados, os sinais irradiados pelo equipamento em teste são medidos. Geralmente são realizados na faixa de frequência de 30 MHz a 1 GHz, mas algumas normas exigem testes em frequências muito mais altas. Esses testes precisam de antenas e, muitas vezes, também de uma câmara de absorção blindada ou de um local de teste adequado ao ar livre. Muitos setores, como o automotivo, militar e aeroespacial, também usam o método de teste de reverberação (ou seja, testes em uma câmara reverberante).

Vamos dar uma olhada detalhada na configuração de um sistema de teste de emissão irradiada. O exemplo mostrado abaixo usa uma câmara semi-anecoica (SAC) para um equipamento em teste. Ela é equipada com:

• Mesa giratória e haste de antena com capacidade de varredura de altura
• Receivers de EMI que garantem a varredura de frequência correta e a detecção de nível de acordo com as normas de EMC pertinentes
• Software de teste de EMC que coleta pontos de dados de diferentes posições e mapeia a irradiação de EMI em uma configuração automatizada
• Seleção de antenas com diferentes faixas de frequência especificadas de 30 MHz a 6 GHz (antena periódica de registro) ou frequências estendidas (antenas tipo corneta)

A figura abaixo mostra uma configuração de teste de imunidade irradiada em que a distância entre a ponta da antena e o equipamento em teste é de 3 m. Ela inclui:

• Câmara de absorção blindada
• Pontas de prova de campo pré-calibradas para verificar a uniformidade do campo
• Gerador de sinais
• Amplificadores de potência de RF
• Sensores de potência
• Transdutores
• Software de teste de EMC para automatizar, controlar e fornecer a modulação e o nível de potência corretos ao equipamento, de acordo com as normas pertinentes

Soluções e desafios dos testes de EMC

Agora que você entende os fundamentos dos testes de EMC, podemos analisar alguns desafios e como enfrentá-los com as soluções para testes de EMC.

Os principais desafios dos testes de EMC incluem ciclos de normalização mais curtos e recursos de teste limitados.

Isso gera a necessidade por um tempo de teste mais curto e maior automação. A transformada rápida de Fourier (FFT) ou teste de varredura no domínio do tempo se tornou o método de teste padrão para testes de pré-conformidade de protótipos, bem como para testes de conformidade final. Receivers de teste de medição no domínio do tempo, como o R&S®ESW , podem aumentar significativamente a confiabilidade e a velocidade do teste.

Uma maior automação pode ser obtida com o uso de uma solução de software como o R&S®ELEKTRA, que oferece muitos benefícios durante:

• Planejamento do teste: configuração, modelos
• Execução do teste: controle de instrumentos, automação
• Análise e registro: gráficos personalizados, adição de múltiplos testes ao registro

Se você estiver planejando montar a sua própria instalação interna para testes de EMC, é importante equilibrar suas ambições com o orçamento disponível. Considere:

• Necessidades de testes atuais e futuras
• Requisitos de localização (como filtros de linha, eletricidade, proteção contra incêndios, etc.)
• Tamanho e peso do equipamento em teste, que determinam as dimensões da câmara
• Disponibilidade de pessoal capacitado
• Custo de calibração, serviço e manutenção
• Escalabilidade e possibilidade de futuras atualizações ou expansões

Como uma líder em testes de EMC há mais de 50 anos, a Rohde & Schwarz tem um longo histórico de fornecimento de experiência em testes e medições para organizações de normalização de EMC — e usamos nosso conhecimento interno para desenvolver equipamentos de testes em conformidade com as normas de EMC em todos os setores. Fornecemos equipamentos de testes, sistemas, software, atualizações, soluções prontas para uso (incluindo câmaras), treinamentos, calibração e serviços. Somos uma parceira confiável que oferece serviços e soluções para testes de EMC, orientando nossos clientes no processo de criação de soluções que atendam às suas necessidades atuais e às demandas futuras.

Para obter mais informações, entre em contato conosco.