La mayoría de los dispositivos eléctricos y electrónicos deben ser probados por laboratorios de terceros para garantizar que cumplan con los estándares de emisiones radiadas y conducidas pertinentes. La tasa de fracaso en las pruebas de cumplimiento suele ser alta, lo que requiere un rediseño costoso y que requiere mucho tiempo. Con las pruebas previas al cumplimiento de interferencias electromagnéticas (EMI) como parte del proceso de diseño, los fabricantes pueden identificar problemas en las primeras etapas del ciclo del producto. Las pruebas previas a la conformidad facilitan la modificación del diseño y las propiedades electromagnéticas de un producto y aumentan la probabilidad de pasar las pruebas de conformidad la primera vez.
Los dispositivos deben probarse para demostrar que cumplen con los requisitos de diversos estándares, como CISPR. Estos estándares los especifica la autoridad reguladora responsable, como la Comisión de la Unión Europea (UE) o la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) de EE. UU. Se deben pasar las pruebas de cumplimiento requeridas antes de que un dispositivo pueda comercializarse.
Las pruebas de cumplimiento generalmente las realiza un laboratorio de pruebas externo certificado, como GTG Group. Cuentan con equipos especializados, instalaciones especiales (como cámaras anecoicas) y expertos en pruebas bien capacitados que pueden ayudar a diagnosticar y sugerir mejoras en el diseño si el producto no supera las pruebas.
Desafortunadamente, fallar las pruebas de cumplimiento es algo común. Dependiendo del tipo de prueba y de los estándares involucrados, la tasa de falla puede estar en el rango del 70 al 90 por ciento. Si falla una sola parte de la prueba, toda la prueba se considera fallida y el fabricante del dispositivo debe programar una nueva prueba. Cualquier rediseño o corrección del producto necesario debe realizarse antes de volver a realizar la prueba, y esto requiere tiempo y dinero adicionales.
Las pruebas de EMC se convierten en parte del proceso de diseño
Las pruebas de cumplimiento formales sólo arrojan resultados de “aprobado-reprobado” y no proporcionan mucha información sobre las causas del fallo. Por otro lado, las pruebas previas a la conformidad se pueden detener en cualquier momento y los motivos de los problemas se pueden analizar, probar y depurar exhaustivamente.
La depuración y el análisis de EMI deben incorporarse al propio proceso de diseño. Si las mediciones iniciales no revelan ningún problema grave, el equipo bajo prueba (EUT) pasa a las pruebas de cumplimiento previo. Las pruebas previas al cumplimiento deben aproximarse lo más posible a las pruebas de cumplimiento asociadas. Si un EUT no supera alguna de estas pruebas de cumplimiento previo, regresa a la fase de diseño y depuración para su modificación. Una vez que las pruebas de cumplimiento previo se han superado con éxito, el EUT pasa a las pruebas de cumplimiento total en un laboratorio o centro de pruebas. Pasar con éxito las pruebas de cumplimiento requeridas da como resultado la certificación formal, lo que permite comercializar el dispositivo.
Ubicación y sitio de prueba
Las pruebas de cumplimiento formales requieren entornos de prueba específicos y configuraciones de prueba específicas. Para evaluar la EMI realizada, el equipo y el entorno necesarios son bastante sencillos. Además de los instrumentos de prueba y los accesorios, el ingeniero de pruebas sólo necesita un plano de tierra simple y una mesa no conductora. Por lo tanto, las pruebas de cumplimiento previo realizadas suelen ser casi idénticas a las pruebas de cumplimiento total.
Por otro lado, las pruebas de cumplimiento de EMI radiadas generalmente requieren una cámara blindada o un sitio de prueba al aire libre adecuado. Debido al tamaño, costo y complejidad de la configuración de este tipo de instalaciones, la mayoría de las pruebas previas al cumplimiento radiadas no pueden duplicar con precisión el entorno de pruebas de cumplimiento.
Como resultado, a menudo se realizan modificaciones al realizar pruebas de pre-cumplimiento radiadas, como agregar márgenes a los resultados de las mediciones. Por ejemplo, una cámara más pequeña genera emisiones más altas que en la prueba de cumplimiento final, ya que la distancia entre la antena y el EUT es menor. En este caso, los límites de emisión deben aumentarse para tener en cuenta las señales más fuertes. Pasar de una distancia típica de cumplimiento de diez metros a una distancia típica de pre-cumplimiento de tres metros podría requerir límites de emisión aproximadamente 10 dB más altos.
Instrumentos de prueba: receptores EMI y analizadores de espectro.
Hay dos categorías principales de instrumentos de prueba utilizados para las pruebas previas al cumplimiento. Los analizadores de espectro y los receptores EMI se utilizan con mayor frecuencia para medir los límites de emisión, mientras que los osciloscopios se utilizan principalmente para depurar y solucionar problemas.
Los receptores EMI y los analizadores de espectro son instrumentos en el dominio de la frecuencia. Miden y muestran la potencia en función de la frecuencia. El análisis del dominio de frecuencia es esencial para las pruebas de EMI, ya que los niveles de potencia conducida o radiada se miden en un rango de frecuencias definido por un estándar. Los analizadores de espectro y los receptores EMI utilizan rutinas automatizadas que recorren o escanean el rango de frecuencia de interés. Esta funcionalidad es una característica incorporada del instrumento o se implementa mediante software.
1. Limitar líneas
Un resultado "aprobado" se produce cuando todos los valores medidos caen por debajo de una línea límite definida de potencia versus frecuencia. Estos valores de potencia máxima se pueden configurar directamente o cargar en el instrumento de prueba.
2. Tipos de detectores
Los detectores determinan cómo se combinan las mediciones durante un intervalo en un único punto de medición. Las mediciones realizadas con un detector de picos son mucho más rápidas que las realizadas con un detector de cuasipicos, normalmente en al menos varios órdenes de magnitud. Además, los resultados del detector de picos siempre son más altos que los resultados de cuasi pico. Si un EUT pasa las pruebas de cumplimiento previo utilizando el detector de picos más rápido, también pasará las pruebas más lentas con un detector de cuasipicos. Por esta razón, el detector de picos es más común en las pruebas de cumplimiento previo y el detector de cuasi pico es más común en las pruebas de cumplimiento.
3. espectrogramas
Además, las pruebas de cumplimiento previo de EMI suelen utilizar espectrogramas. Un espectrograma es una gráfica de potencia versus frecuencia versus tiempo. Para mostrar estas tres cantidades en solo dos dimensiones, la potencia o intensidad de la señal se asigna al espectro de color visible, donde el rojo indica la potencia máxima y el violeta o violeta indica la potencia mínima. Las mediciones más recientes aparecen en la línea superior de la pantalla y luego "fluyen" hacia abajo.
Los espectrogramas son útiles porque muestran cómo las señales cambian con el tiempo y en un rango de frecuencias. Esto permite una fácil identificación del comportamiento de la señal que varía en el tiempo, como la deriva o el salto de frecuencia. Los espectrogramas también facilitan ver señales pequeñas en presencia de señales más grandes. La mayoría de los analizadores de espectro y receptores EMI tienen espectrogramas como característica estándar, y los espectrogramas también son comunes para los osciloscopios cuando muestran información en el dominio de la frecuencia en el modo llamado FFT (transformada rápida de Fourier).
4. Preselección
En las pruebas de EMI, la señal de entrada no es conocida ni controlable. Por lo tanto, es posible que las señales fuera de banda o “fuera de pantalla” sobrecarguen el primer mezclador del instrumento de prueba y causen compresión o distorsión, lo que generará resultados de medición no válidos o engañosos.
La preselección protege el primer mezclador. Se implementa como un banco de filtros conmutables que permite que un receptor EMI seleccione solo las frecuencias de interés. El receptor elige automáticamente el filtro particular en función de la frecuencia de entrada configurada. Muchos estándares EMI requieren que el “instrumento de medición” tenga preselección y es por eso que las pruebas de cumplimiento se realizan con receptores EMI en lugar de analizadores de espectro. Muchos analizadores de espectro también tienen una función llamada preselección, pero suele ser un filtrado de paso alto basado en tecnología YIG y no un banco de filtros conmutables.
5. Escaneo en el dominio del tiempo
El método de medición clásico de los receptores EMI es el escaneo de frecuencia escalonada con un ancho de banda de pequeña resolución. Es un método muy preciso pero lento, especialmente para aplicaciones con amplios rangos espectrales, como las mediciones de emisiones radiadas.
Los receptores EMI modernos admiten exploraciones en el dominio del tiempo dividiendo el rango de medición en grandes bloques de espectro. El instrumento digitaliza y procesa cada uno de ellos mediante FFT. El escaneo en el dominio del tiempo proporciona una mejora significativa en la velocidad con respecto al escaneo escalonado sin sacrificar la precisión. El escaneo en el dominio del tiempo ha sido aprobado para su uso en la mayoría de los tipos de pruebas de cumplimiento y también puede ahorrar mucho tiempo durante las pruebas previas al cumplimiento.
6. Instrumentos de prueba: osciloscopios
Los osciloscopios son principalmente mediciones en el dominio del tiempo. Son una valiosa herramienta de medición para localizar, depurar o remediar fuentes de emisiones que no cumplen con las normas. Muchos osciloscopios modernos también admiten mediciones en el dominio de la frecuencia. Además, los osciloscopios modernos suelen tener un ancho de banda amplio. Los osciloscopios se pueden utilizar para examinar señales tanto conducidas como radiadas.
Un posible inconveniente de utilizar osciloscopios para pruebas previas a la conformidad es que normalmente no admiten líneas de límite de forma nativa, aunque se pueden implementar líneas de límite y otras funciones relacionadas con EMI en software externo.
7. Transformada rápida de Fourier (FFT)
Algunos osciloscopios se pueden utilizar para mostrar y analizar datos en el dominio de la frecuencia realizando FFT en datos adquiridos en el dominio del tiempo. Esto es útil para las pruebas previas al cumplimiento, ya que muestran datos en el dominio del tiempo y la frecuencia simultáneamente. Los usuarios pueden correlacionar eventos en un dominio con eventos en otro dominio. Esto es extremadamente útil al depurar problemas de EMI, especialmente si los osciloscopios están equipados con un disparador en el dominio de la frecuencia. Este disparador ocurre cuando se viola una máscara de frecuencia o región. Una vez que el osciloscopio ha sido activado por este evento en el dominio de la frecuencia, el evento relacionado en el dominio del tiempo se puede analizar para determinar la causa raíz de esta violación.
El amplio ancho de banda y la capacidad de correlacionar datos en el dominio del tiempo y la frecuencia hacen que los osciloscopios sean muy valiosos para depurar problemas descubiertos durante las pruebas previas a la conformidad. Los tres instrumentos pueden admitir funciones como espectrogramas y líneas límite. Los receptores EMI ofrecen además preselección y escaneos en el dominio del tiempo. Los receptores EMI se utilizan para pruebas de cumplimiento total y su uso para pruebas previas al cumplimiento conduce a una correlación más estrecha con los resultados de las pruebas de cumplimiento.
Accesorios utilizados para pruebas previas a la conformidad
Además, existen varias herramientas y accesorios diferentes que son necesarios para las mediciones previas al cumplimiento.
1. LISN
En las pruebas de emisiones realizadas se utiliza una red de estabilización de impedancia de línea (LISN). Una de las funciones principales de un LISN es proporcionar una impedancia estable en el extremo de la línea principal de CA del cable de alimentación del EUT. Dado que la impedancia de la toma de corriente puede variar ampliamente, un LISN garantiza resultados consistentes y repetibles independientemente de dónde se realice la prueba. Además, bloquea cualquier señal de RF presente en la red eléctrica de CA para que no ingrese al EUT a través del cable de alimentación del EUT. Esto garantiza que las emisiones medidas provengan del EUT en lugar de ser conducidas desde la red principal de CA.
2. Antenas
Las pruebas de cumplimiento radiado siempre se realizan en el llamado campo lejano, con la antena colocada a varios metros del EUT. Debido a los amplios rangos de frecuencia requeridos por la mayoría de los estándares de prueba radiados, típicamente 1 GHz o más, se necesita una antena de banda ancha o una combinación de antenas para cubrir de manera eficiente todo el rango de frecuencia. Algunos ejemplos comunes son las antenas logarítmicas o las antenas bicónicas.
Se pueden utilizar los mismos tipos de antenas tanto en las pruebas de cumplimiento como en las de pre-cumplimiento, pero recuerde que las distancias entre la antena y el EUT suelen ser más cortas en las pruebas de pre-cumplimiento, lo que requiere modificaciones en las líneas de límite radiadas.
Sin embargo, con respecto a la resolución de problemas o depuración de las causas de las emisiones, este tipo de antenas no son apropiadas. Son demasiado grandes y voluminosos para proporcionar información precisa sobre qué parte o componente del EUT genera emisiones no conformes.
3. Sondas de campo cercano para depuración de emisiones
Las sondas de campo cercano son herramientas adecuadas para su uso en estrecha proximidad física a la fuente de una emisión. En la práctica, el campo cercano en la depuración de EMI es del orden de unos pocos centímetros. Debido a su pequeño tamaño y a la capacidad de colocarlas físicamente cerca de la fuente, las sondas de campo cercano tienen una alta resolución espacial. Permiten a los usuarios localizar con precisión la fuente de una emisión, por ejemplo, un pin de un chip o una traza en una placa de circuito impreso. Por el contrario, las sondas de campo cercano sólo permiten mediciones relativas. Se pueden utilizar para encontrar fuentes de emisiones, pero no se pueden utilizar para medir niveles de potencia precisos con el fin de verificar los límites.
4.software
El software especializado se utiliza comúnmente en las pruebas previas al cumplimiento, con mayor frecuencia para secuencias de comandos o pruebas de automatización. El software se comunica o controla múltiples instrumentos y accesorios a través de una única interfaz de usuario. También puede incorporar fácilmente factores de antena, pérdida de cable, etc. en los resultados de la medición. También recopila y muestra los datos medidos con opciones avanzadas, como líneas de límite personalizadas. Esto proporciona mayor velocidad y mejor repetibilidad que la operación manual, lo que permite realizar pruebas de cumplimiento previo rápidas y precisas incluso por usuarios que son relativamente nuevos en las pruebas de cumplimiento previo.
Las pruebas de cumplimiento previo ahorran tiempo y dinero y aumentan significativamente la tasa de éxito de los dispositivos electrónicos que pasan las pruebas de cumplimiento formales en el primer intento al identificar y resolver tempranamente los problemas de interferencia electromagnética.
Sobre nosotros
El laboratorio acreditado del Grupo GTG tiene más de 13 años de experiencia en EMC. & Pruebas de RF para el mercado global y han ayudado a miles de empresas a lograr certificaciones locales tanto obligatorias como voluntarias. Todos los expertos que contratamos tienen una profunda experiencia en la industria y un amplio conocimiento técnico que pueden ayudarlo a evitar errores comunes.
Más importante aún, GTG Group es el único laboratorio de pruebas en Asia equipado con una cámara anecoica de 10 metros líder en la industria y 4 instalaciones de cámara anecoica de 3 metros.
También podemos proporcionar un servicio gratuito de pruebas previas al cumplimiento para ayudar a detectar y resolver posibles fallas de diseño en las primeras etapas del proceso para reducir los costos de diseño y acelerar el lanzamiento al mercado. ¡No prometemos ningún riesgo ni ninguna obligación! ¿Interesado en aprender más? Por favor Llene nuestro breve formulario, nuestro experto estará encantado de ayudarle.