Test EMC

Che cos'è il test EMC?

La compatibilità elettromagnetica, o EMC, è la capacità di un dispositivo o sistema elettrico di funzionare in un ambiente elettromagnetico senza disturbarlo o esserne disturbato. Il test EMC è un passo fondamentale nello sviluppo e nella certificazione dei prodotti elettronici. È fondamentale per creare prodotti elettronici affidabili, interoperabili e legalmente conformi alle norme applicabili. Nella maggior parte dei Paesi, i test EMC sono obbligatori per la certificazione dei prodotti e per l'accesso al mercato.

Perché è importante il test EMC?

L'elettronica moderna sta crescendo rapidamente in complessità. Ciò è vero per tutti i mercati: largo consumo, medicale, automobilistico, industriale, aerospaziale o militare. Ciò significa che la coesistenza senza interferenze di prodotti elettrici e radio non può essere data per scontata. Solo le misure mirate per i test EMC e la soppressione possono assicurare una connettività sicura e affidabile.

Ci sono molti fenomeni del mondo reale che possono causare anomalie EMC all'interno di un dispositivo elettrico o elettronico. Queste possono essere causate da:

• Eventi esterni, come radiofrequenze (RF) o disturbi elettrici che si trovano in prossimità dell'apparecchiatura in prova (EUT)
• Eventi interni, come emissioni da disturbi o componenti interni
• Disturbi causati dall'interazione umana con il dispositivo, ad esempio scariche elettrostatiche (ESD)

Quali sono le conseguenze se tali anomalie non vengono rilevate prima che il prodotto raggiunga l'utente finale?

• Un'anomalia legata all'EMC in un dispositivo medico, come un pacemaker cardiovascolare, può mettere in pericolo la vita di una persona.
• Le emissioni da un dispositivo mobile possono interferire con le funzioni dei sensori critici per la sicurezza di un veicolo, un aereo o un robot industriale.
• I disturbi causati da dispositivi elettronici all'interno di una casa possono influenzare gli elettrodomestici.

La progettazione e i test EMC possono aiutare a evitare tali guasti e malfunzionamenti. Un'altra importante ragione per effettuare gli EMC è la verifica della conformità alle normative pertinenti, come direttive, norme armonizzate, requisiti del produttore e requisiti interni dell'azienda. Esamineremo questi aspetti più approfonditamente nella prossima sezione.

Standard EMC e test in diversi settori industriali

Il test EMC è tutto incentrato sul rispetto degli standard. Tutti i prodotti elettronici devono soddisfare i requisiti stabiliti da organizzazioni di standardizzazione come IEC, CISPR, ISO, IEEE, CENELEC, ETSI, FCC, ANSI, RTCA o il comitato MIL-STD. Queste organizzazioni definiscono i livelli di emissione e di immunità accettabili e la verifica della conformità ai loro requisiti è spesso un requisito legale per l'accesso al mercato. Ci sono centinaia di diverse norme relative all'EMC, che di solito differiscono in base alla posizione geografica e all'ambiente di utilizzo previsto.

Navigare nel panorama della standardizzazione EMC può essere insidioso. Nella sua forma più semplificata, la gerarchia delle norme EMC può essere suddivisa in cinque categorie:

• Gli standard di base definiscono i metodi di test, come il test di immunità irradiata secondo la norma EN/IEC 61000-4-3.
• Gli standard generici definiscono i livelli di test, i limiti, l'intervallo di frequenza, la modulazione e le condizioni generali di test.
• Gli standard di prodotto delineano le condizioni e i criteri di test per specifici tipi di prodotti.
• Gli standard definiti dal produttore contengono livelli di test e condizioni di test speciali.
• I requisiti aziendali interni definiscono margini e tolleranze speciali.

Dispositivi elettronici diversi richiedono la conformità a standard diversi. Per esempio:

• Gli standard applicabili per le apparecchiature commerciali, come le apparecchiature industriali, scientifiche, mediche (ISM), l'elettronica di consumo, l'IT/multimedia, gli elettrodomestici e le apparecchiature per l'illuminazione includono le serie CISPR da 11 a 35, IEC/EN 61000-X-X e qualsiasi standard specifico del prodotto.
• Per applicazioni mediche, come ad esempio apparecchi acustici, impianti medici e macchine diagnostiche, possono essere applicate anche le norme IEC 60601-1-2 e ISO 14708-X.
• Gli standard rilevanti per applicazioni automobilistiche, come moduli di infotainment o comunicazione, componenti o l'intero veicolo, includono CISPR 12, CISPR 25, ISO 11451, ISO 11452, e standard specifici del Paese o specifici del costruttore.
• Le applicazioni militari e aerospaziali richiedono la conformità alle norme MIL STD 461, MIL STD 464 o RTCA DO 160, e molte altre.

Per maggiori informazioni sugli standard EMC, visitate la nostra pagina Web dedicata agli Standard di test EMC.

Processo di test EMC

Oggi i prodotti hanno più requisiti esigenti che mai in termini di sicurezza, affidabilità, connettività e time to market. Questo porta naturalmente ad affrontare scenari di test più complessi: non sorprende che oltre il 50% di tutti i prodotti non riesca a superare il primo test EMC. I contrattempi in questa fase possono essere costosi e causare ritardi nell'introduzione del prodotto sul mercato. La buona notizia è che i test di preconformità possono mitigare questo tasso di fallimento e migliorare le possibilità di successo al primo tentativo.

Il test di preconformità è consigliato per scoprire potenziali problemi nelle prime fasi del ciclo di progettazione e aumentare la probabilità di superare i test formali di conformità. Il test di preconformità può essere interrotto in qualsiasi momento e le cause di fallimento possono essere analizzate, verificate e risolte in modo approfondito. Per saperne di più, consultate le nostre pagine Web dedicate al debug EMI e test di preconformità da banco di facile utilizzo.

I test di conformità sono in genere eseguiti da un laboratorio di prova esterno specializzato e certificato. In alcuni casi, vengono anche effettuati direttamente dai produttori. I test di conformità devono seguire le procedure rigorose e precise definite dagli standard EMC. Richiedono attrezzature specializzate, strutture speciali (ad esempio, camere anecoiche) e personale addestrato; tutto ciò può rendere i test di conformità più costosi.

Come mostrato nella figura precedente, i test di preconformità e il debug dovranno essere incorporati nel processo di progettazione stesso. Ciò rende più facile trovare problemi di interferenza.

EMF e test di coesistenza wireless

L'uso crescente di prodotti wireless e multitecnologici all'interno di ambienti RF affollati crea ulteriori sfide, al di là dell'ambito convenzionale della valutazione dei dispositivi per le emissioni indesiderate e la suscettibilità alle emissioni esterne.

I test di coesistenza wireless, in linea con lo standard ANSI C63.27-2021, valutano la capacità dell'EUT di funzionare correttamente negli ambienti elettromagnetici in cui verranno utilizzati. L'esposizione umana ai campi elettromagnetici (EMF) a radiofrequenza dalle reti mobili LTE o 5G (e da altre fonti) è regolamentata da standard nazionali e internazionali. I test EMF prevedono la misura dell'intensità di campo di queste emissioni e l'individuazione della fonte del segnale.

Metodi di test EMC

I test sulle interferenze elettromagnetiche (EMI) o sulle emissioni assicurano che i dispositivi elettronici non emettano radiazioni elettromagnetiche eccessive che potrebbero interferire con altri dispositivi o sistemi. I test di suscettibilità elettromagnetica (EMS) o di immunità, invece, valutano la capacità di un dispositivo di funzionare senza interruzioni in presenza di interferenze elettromagnetiche provenienti da fonti esterne.

In questa guida, ci concentreremo su quattro metodi di test EMC:

• Emissioni condotte
• Immunità condotta
• Emissioni irradiate
• Immunità irradiata

Tipi di test aggiuntivi come flicker, armoniche, ESD, sovratensioni, immunità al campo magnetico e test di transitori elettrici veloci (EFT)/burst non sono inclusi nel campo di applicazione di questa guida.

Prima di tutto, esaminiamo alcuni concetti di base. Per i test delle emissioni condotte, i segnali misurati sono quelli introdotti dall'EUT sulla rete di alimentazione AC, più spesso attraverso il cavo di alimentazione dell'EUT. Questi segnali sono di solito nell'intervallo di frequenza da 9 kHz a 30 MHz. L'EUT è collegato a una rete di stabilizzazione dell'impedenza di linea (LISN), che è poi collegata allo strumento di misura. Il LISN filtra e isola il rumore ad alta frequenza dalla rete elettrica, in modo da poter misurare solo il rumore dell'EUT.

Una tipica configurazione per i test sulle emissioni condotte comprende:

• Ricevitore di test EMI
• Software di automazione dei test
• Trasduttori, come LISN o rete artificiale di alimentazione (AMN)

Una configurazione di test di immunità condotta per test commerciali nella gamma di frequenza da 150 kHz a 80 MHz di solito include:

• Camera schermata (consigliata)
• Rete di accoppiamento/disaccoppiamento (CDN) o pinza elettromagnetica come trasduttore
• Sonda di iniezione di corrente (BCI) per test automobilistici o MIL
• Generatore di segnali
• Amplificatori di potenza RF
• Sensori di potenza
• Trasduttori
• Software di test EMC per automatizzare, controllare e fornire il livello di potenza e la modulazione corretti all'EUT in conformità agli standard pertinenti.

Per i test di emissioni irradiate vengono misurati i segnali irradiati dall'EUT. Solitamente ciò viene eseguito nella gamma di frequenze da 30 MHz a 1 GHz, ma alcuni standard richiedono test a frequenze molto più elevate. Questi test richiedono antenne e spesso anche una camera assorbente schermata o un sito di test all'aperto adatto. Anche molti settori, come quello automobilistico, militare e aerospaziale, utilizzano il metodo di test del riverbero (cioè test in una camera riverberante).

Vediamo nel dettaglio la configurazione di un sistema di test delle emissioni irradiate. L'esempio mostrato di seguito utilizza una camera semi-anecoica (SAC) per un'apparecchiatura in test. È dotata di:

• Piattaforma girevole e asta dell'antenna con capacità di scansione dell'altezza
• Ricevitore di test EMI che assicura la corretta scansione delle frequenze e la rilevazione dei livelli secondo i pertinenti standard EMC
• Software di test EMC che raccoglie punti dati da diverse posizioni e mappa la radiazione EMI in un ambiente automatizzato
• Selezione di antenne con diverse gamme di frequenza specificate da 30 MHz a 6 GHz (antenna logperiodica) o frequenze estese (antenne a tromba)

La figura seguente mostra una configurazione di test di immunità irradiata in cui la distanza tra la punta dell'antenna e l'EUT è di 3 metri. Include:

• Camera di assorbimento schermata
• Sonde di campo pre-calibrate per verificare l'uniformità del campo
• Generatore di segnali
• Amplificatori di potenza RF
• Sensori di potenza
• Trasduttori
• Software di test EMC per automatizzare, controllare e fornire il livello di potenza e la modulazione corretti all'EUT in conformità agli standard pertinenti

Sfide e soluzioni dei test EMC

Ora che avete compreso i fondamenti dei test EMC, possiamo affrontare alcune sfide e come affrontarle con soluzioni di test EMC.

Le principali sfide nei test EMC includono cicli di standardizzazione più brevi e risorse di test limitate.

Questo spinge alla necessità di tempi di test più rapidi e maggiore automazione. Il test con la trasformata veloce di Fourier (FFT) o con scansione nel dominio del tempo è diventato il metodo di test predefinito per i test di preconformità dei prototipi e per i test di conformità finali. I ricevitori di test per la misura nel dominio del tempo, come R&S®ESW , possono aumentare significativamente la velocità e l'affidabilità dei test.

Una maggiore automazione può essere ottenuta utilizzando una soluzione software come R&S®ELEKTRA, che offre molti benefici durante:

• Pianificazione dei test: configurazione, modelli
• Esecuzione dei test: controllo dello strumento, automazione
• Analisi e reportistica: grafici personalizzati, aggiunta di test multipli al report

Se state pensando di creare un laboratorio di test EMC interno, è importante bilanciare le vostre ambizioni con il budget disponibile. Considerate:

• Esigenze attuali e future dei test
• Requisiti di posizione (come filtri per linee elettriche, elettricità, protezione antincendio, ecc.)
• Peso e dimensioni dell'EUT, che determinano le dimensioni della camera
• Disponibilità di personale qualificato
• Costo di calibrazione, servizio e manutenzione
• Scalabilità e possibilità di futuri aggiornamenti o espansioni

In qualità di leader nei test EMC da oltre 50 anni, Rohde & Schwarz ha una lunga storia di fornitura di competenze nel campo della misura e collaudo alle organizzazioni che si occupano di standard EMC - e utilizziamo le nostre conoscenze privilegiate per sviluppare apparecchiature di test che supportano gli standard EMC in tutti i settori. Forniamo attrezzature di test, sistemi, software, aggiornamenti, soluzioni chiavi in mano (incluse le camere di prova), formazione, calibrazione e assistenza. Siamo un partner affidabile per test e assistenza EMC, che vi guida nel processo di creazione di soluzioni che si adattano alle vostre esigenze di oggi e soddisfano le richieste di domani.

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