Test CEM

Qu'est ce que le test CEM ?

La CEM est la capacité d'un appareil ou un système électrique à fonctionner dans un environnement électromagnétique sans le perturber ou être perturbé par ce dernier. Le test CEM est une étape sensible dans le développement et la certification des produits électroniques. Il est fondamental de créer des produits électroniques fiables, interopérables et conformes au réglementations. Dans la plupart des pays, le test CEM est obligatoire pour la certification produit et un accès au marché.

Pourquoi le test CEM est-il important ?

Les appareils électroniques modernes se sont rapidement complexifiés. Cela est vrai pour tous les marchés – que ce soit dans la consommation, le médical, l'automobile, l'industrie, l'aérospatial ou le militaire. Cela signifie que la coexistence sans interférence des produits électriques et radio ne peut pas être considérée comme garantie. Seules des mesures ciblées pour le test CEM et la suppression peuvent garantir une connectivité sécurisée et fiable.

Il existe de nombreux phénomènes du monde réel qui peuvent causer des anomalies CEM au sein d'un appareil électrique ou électronique. Ces dernières peuvent être causées par :

• Des événements externes, tels que des perturbations électriques ou fréquence radio (RF) qui sont localisées à proximité de l'équipement sous test (EUT)
• Des événements internes, tels que des émissions provenant des composants internes ou des perturbations
• Des perturbations causées par une interaction humaine avec l'appareil, par exemple, une décharge électrostatique (ESD)

Quelles sont les conséquences si de telles anomalies ne sont pas prises en compte avant que le produit n'atteigne l'utilisateur final ?

• Une anomalie associée à la CEM dans un appareil médical, tel qu'un pacemaker cardiovasculaire, peut mettre en danger la vie d'une personne.
• Les émissions provenant d'un appareil mobile peuvent interférer avec des fonctions sensibles des capteurs dans un véhicule, un avion ou un robot industriel.
• Des perturbations causées par des appareils électroniques au sein d'une maison peuvent affecter les appareils domestiques.

La conception et le test pour la CEM peuvent permettre d'éviter de tels problèmes et mauvais fonctionnement. Une autre raison importante du test CEM est la conformité avec les réglementations en vigueur, telles que les directives, les normes harmonisées, les exigences fabricants et les exigences internes des entreprises. Nous analyserons tout ceci plus en détails dans le chapitre suivante.

Les normes CEM et le test dans différentes industries

Le test CEM concerne tout ce qui vise à respecter les normes. Tous les produits électroniques doivent répondre aux exigences définies par les organisations de normalisation telles que IEC, CISPR, ISO, IEEE, CENELEC, ETSI, FCC, ANSI, RTCA ou le comité MIL-STD. Ces organisations définissent les niveaux d'immunité et d'émissions acceptables, et la conformité à leurs exigences est souvent une exigence légale pour accéder au marché. Il existe des centaines de normes différentes associées à la CEM, qui diffèrent généralement selon les localisation géographiques et selon l'environnement d'utilisation prévu.

La navigation dans l'environnement de normalisation CEM peut être intimidante. Dans sa forme la plus simple, la hiérarchie des normes CEM peut être divisée en cinq catégories :

• Les normes de base définissent les méthodes de test, comme le test d'immunité rayonnée conformément à la norme EN/IEC 61000-4-3.
• Les normes génériques définissent les niveaux de test, les limites, la gamme de fréquence, la modulation et les conditions de test générales.
• Les normes produits soulignent les conditions et les critères de test pour des types de produits spécifiques.
• Les normes des fabricants contiennent les niveaux de test spéciaux et les conditions de test.
• Les exigences internes à l'entreprise définissent les marges et les tolérances spécifiques.

Différents équipements électroniques nécessitent des conformités aux différentes normes. Par exemple :

• Les normes applicables pour des équipements commerciaux, tels que des appareils électroniques industriels, scientifiques, médicaux (ISM), de grande consommation, d'informatique/multimédias, d'applications domestiques et d'équipements d'éclairage intègrent les séries CISPR 11 à 35, IEC/EN 61000-X-X et toutes les normes spécifiques aux produits.
• Pour applications médicales, telles que les aides auditives, les implants médicaux et les machines de diagnostics, IEC 60601-1-2 et ISO 14708-X peuvent également s'appliquer.
• Les normes en vigueur pour applications automobiles, telles que l'infodivertissement ou les modules de communication, les composants ou le véhicule entier, intègrent CISPR 12, CISPR 25, ISO 11451, ISO 11452, et des norme spécifiques OEM ou au pays.
• Les applications militaires et aérospatiales nécessitent une conformité aux normes MIL STD 461, MIL STD 464 ou RTCA DO 160, et de nombreuses autres.

Pour en savoir plus à propos des normes CEM, visitez notre page internet dédiée sur normes de test CEM.

Processus de test CEM

Aujourd'hui, les produits ont des exigences plus strictes en termes de sécurité, de fiabilité, de connectivité et de temps de mise sur le marché qu'auparavant. Cela mène naturellement à des scénarios de test plus complexes ‒ il n'est pas surprenant que plus de 50% de tous les produits échouent au premier passage du test CEM. Les retours en arrière à cet étape peuvent être coûteux et engendrer des délais pour lancer le produit sur le marché. La bonne nouvelle est que le test de pré-conformité peut réduire ce taux d'échec et améliorer les chances de réussite au premier passage.

Un test de pré-conformité est recommandé pour découvrir les problèmes potentiels précocement dans le cycle de conception et améliorer la probabilité de passage des tests de conformité obligatoires. Le test de pré-conformité peut être stoppé à tout instant,et les causes d'échec peuvent être directement analysées, testées et déboguées. Vous pouvez en savoir plus à propos de cela sur nos pages internet dédiées au banc de test EMI et test de pré-conformité.

Les tests de conformité sont généralement effectués par un laboratoire ou un institut de test certifié tiers. Dans certains cas, ils sont également effectués par les fabricants eux-mêmes. Le test de conformité doit suivre les procédures strictes et précises définies par les normes CEM. Il nécessite un équipement spécialisé, des installations spéciales (par exemple des chambres anéchoïques) et un personnel formé, tout ce qui rend le test de conformité plus coûteux.

Comme illustré dans la figure ci-dessus, le test de pré-conformité et le débogage doivent être incorporés au sein du processus de conception lui-même. Cela facilite la détection des problèmes d'interférences.

Test de coexistence sans fil et EMF

L'augmentation de l'utilisation des produits sans fil et multi-technologies au sein des environnements RF encombrés crée des défis supplémentaires, au-delà de l'environnement conventionnel des appareils d'évaluation pour des émissions indésirables et la susceptibilité aux émissions externes.

Le test de coexistence sans fil conformément à la norme ANSI C63.27-2021 évalue la capacité de l'EUT à fonctionner correctement dans les environnements électromagnétiques dans lesquels il sera utilisé. L'exposition humaine aux fréquences radio des champs électromagnétiques (EMF) depuis les réseaux mobiles LTE ou 5G (ainsi que d'autres sources) est régulée par les normes nationales et internationales. Le test EMF évalue la mesure de la densité du champ de ces émissions et détecte la source du signal.

Les méthodes de test CEM

Le test des interférences électromagnétiques (EMI) ou des émissions assure que les appareils électroniques n'émettent pas de rayonnement électromagnétique excessif qui pourraient interférer avec d'autres appareils ou systèmes. Le test de susceptibilité électromagnétique (EMS) ou d'immunité, d'un autre côté, évalue une capacité de l'appareil à fonctionner sans interruptions en présence d'interférences électromagnétiques provenant de sources externes.

Dans ce guide, nous nous concentrerons sur quatre méthodes de test CEM :

• Émissions conduites
• Immunité conduite
• Émissions rayonnées
• Immunité rayonnée

Les types de tests supplémentaires tels que les papillotements (flickers), les harmoniques, ESD, ondes de choc, immunité aux champs magnétiques et transitoires rapides électriques (EFT)/burst ne sont pas couverts par ce guide.

Tout d'abord, évoquons quelques bases. Pour un test conduit, les signaux mesurés sont ceux introduits par l'EUT sur le réseau d'alimentation AC ou “secteur”, plus souvent à travers le cordon d'alimentation de l'EUT. Ces signaux sont généralement dans la gamme de fréquence de 9 kHz à 30 MHz. L'EUT est connecté à un réseau de stabilisation de la ligne d'impédance (LISN), qui est alors connectée à l'instrument de mesure. Les LISN filtrent et isolent le bruit haute fréquence du réseau principal, donc idéalement seul le bruit de l'EUT peut être mesuré.

Une configuration typique pour le test des émissions conduites inclut :

• Récepteur de test EMI
• Un logiciel d'automatisation de test
• Des transducteurs, comme des LISN ou un réseau secteur artificiel (AMN)

Une configuration de test d'immunité conduite pour un test commercial dans la gamme de fréquence de 150 kHz à 80 MHz intègre généralement :

• une chambre blindée (recommandée)
• Un réseau de couplage / découplage (CDN) ou une pince électromagnétique or une pince électromagnétique comme transducteur
• Une sonde d'injection de courant (BCI) pour le test automobile ou MIL
• Un générateur de signaux
• Amplificateurs de puissance RF
• Les sondes de puissance
• Des transducteurs
• Logiciel de test CEM pour automatiser, contrôler et délivrer le bon niveau de puissance et la modulation à l'EUT conformément aux normes en vigueur.

Pour un test rayonné, les signaux rayonnés par l'EUT sont mesurés. Il est généralement effectué dans la gamme de fréquence de 30 MHz à 1 GHz, mais certaines normes nécessitent un test à des fréquences supérieures. Ces tests nécessitent des antennes et souvent aussi une chambre d’absorption blindée ou adaptée au test sans fil sur site. De nombreux secteurs, comme l'automobile, le militaire et l'aérospatial, utilisent également la méthode de test de réverbération (par exemple, un test dans une chambre de réverbération).

Jetons un coup d’œil détaillé à la configuration pour un système de test d'émissions rayonnées. L'exemple illustré ci-dessous utilise une chambre semi-anéchoïque (SAC) pour un équipement sous test. Elle est équipée de :

• Un plateau pivotant et un mât d'antenne avec huit capacité de scan
• un récepteur de test EMI qui s'assure du bon balayage des fréquences et de la détection du niveau selon les normes CEM en vigueur
• Un logiciel de test CEM qui collecte les points de données des différentes positions et émissions EMI dans une configuration automatisée
• Sélection des antennes avec différentes gammes de fréquence spécifiées de 30 MHz à 6 GHz (antennes log-périodiques) ou des fréquences étendues (antennes cornes)

La figure ci-dessous illustre une configuration de test d'immunité rayonnée où la distance entre la pointe de l'antenne et l'EUT est de 3 m. Elle intègre :

• Une chambre blindée
• Des sondes de champs pré-calibrées pour vérifier l'uniformité du champ
• Un générateur de signaux
• Amplificateurs de puissance RF
• Les sondes de puissance
• Des transducteurs
• Un logiciel de test CEM pour automatiser, contrôler et délivrer le bon niveau de puissance et de modulation à l'EUT conformément aux normes en vigueur

Défis du test CEM et solutions

Maintenant que vous avez compris les fondamentaux du test CEM, nous pouvons passer à certains défis et comment y répondre avec des solutions de test CEM.

Les principaux défis en test CEM incluent des cycles de normalisation plus courts et des ressources de test limitées.

Cela engendre des besoins pour des temps de test plus rapides et une automatisation plus élevée. La transformée de Fourier rapide (FFT) ou le test de scan dans le domaine temporel sont devenus la méthode de test par défaut pour le test de pré-conformité de prototype ainsi que pour le test de conformité final. Des récepteurs de test de mesures dans le domaine temporel,tels que le R&S®ESW , peut significativement améliorer la vitesse et la fiabilité du test.

Une automatisation supérieure peut être obtenue en utilisant une solution logicielle telle que R&S®ELEKTRA, qui propose de nombreux avantages pendant :

• La planification du test : configuration, modèles
• L'exécution du test : contrôle de l'instrument, automatisation
• L'analyse et le rapport : graphiques personnalisés, tests multiples ajoutés au rapport

Si vous envisagez une configuration sur votre propre installation de test CEM interne, il est important d'équilibrer vos ambitions avec le budget disponible. Prendre en compte :

• Les besoins de test actuels et futurs
• Les exigences de la localisation (comme les filtres de puissance de la ligne, l'électricité, la protection incendie, etc.)
• Les poids et les tailles des EUT, qui déterminent les dimensions de la chambre
• La disponibilité d'un personnel formé
• Le coût de la calibration, du service et de la maintenance
• L'évolutivité et la possibilité de faire des mises à niveau ou des ajouts

En tant que leader du test CEM depuis plus de 50 ans, Rohde & Schwarz a un long passif de fourniture d'expertise en test et mesure aux organisations de normalisation CEM, et nous utilisons nos compétences internes pour développer des équipements de test qui prennent en charge des normes CEM dans tous les secteurs. Nous fournissons des équipements de test, des systèmes, des logiciels, des mises à niveaux, des solutions clé en main (incluant des chambres), des formations, la calibration et le service. Nous sommes un partenaire de service et de solutions de test CEM de confiance, vous guidant à travers le processus de création de solutions qui répond à vos besoins d'aujourd'hui et à ceux de demain.

Pour de plus amples informations, merci de nous contacter.