La plupart des appareils électriques et électroniques doivent être testés par des laboratoires tiers pour garantir qu'ils sont conformes aux normes applicables en matière d'émissions conduites et rayonnées. Le taux d’échec des tests de conformité est souvent élevé, ce qui nécessite une refonte longue et coûteuse. Grâce aux tests de pré-conformité des interférences électromagnétiques (EMI) dans le cadre du processus de conception, les fabricants peuvent identifier les problèmes dès le début du cycle du produit. Les tests de pré-conformité facilitent la modification de la conception et des propriétés électromagnétiques d'un produit et augmentent la probabilité de réussir les tests de conformité du premier coup.
Les appareils doivent être testés pour montrer qu'ils sont conformes aux exigences de diverses normes, telles que CISPR. Ces normes sont spécifiées par l'autorité de régulation responsable, telle que la Commission de l'Union européenne (UE) ou la Federal Communications Commission (FCC) aux États-Unis. Les tests de conformité requis doivent être réussis avant qu'un appareil puisse être mis sur le marché.
Les tests de conformité sont généralement effectués par un laboratoire de test tiers certifié, tel que GTG Group. Ils disposent d'équipements spécialisés, d'installations spéciales (telles que des chambres anéchoïques) et d'experts en tests bien formés qui peuvent aider à diagnostiquer et suggérer une amélioration de la conception si le produit échoue aux tests.
Malheureusement, l’échec des tests de conformité est un phénomène courant. Selon le type de test et les normes impliquées, le taux d'échec peut être compris entre 70 et 90 pour cent. Si une seule partie du test échoue, l’ensemble du test est considéré comme un échec et le fabricant de l’appareil doit planifier un nouveau test. Toute refonte ou remédiation nécessaire du produit doit être effectuée avant de retester, ce qui nécessite du temps et de l'argent supplémentaires.
Les tests CEM font désormais partie du processus de conception
Les tests de conformité formels ne donnent que des résultats « réussite-échec » et ne fournissent pas beaucoup d'informations sur les causes de l'échec. Les tests de pré-conformité, en revanche, peuvent être arrêtés à tout moment et les raisons des problèmes peuvent être analysées, testées et déboguées en profondeur.
Le débogage et l’analyse EMI doivent être intégrés au processus de conception lui-même. Si les mesures initiales ne révèlent aucun problème grave, l'équipement testé (EUT) passe aux tests de pré-conformité. Les tests de pré-conformité doivent être aussi proches que possible des tests de conformité associés. Si un EST échoue à l’un de ces tests de pré-conformité, il retourne à la phase de conception et de débogage pour modification. Une fois les tests de pré-conformité réussis, l'EST passe ensuite aux tests de conformité complète dans un laboratoire ou un centre d'essai. La réussite des tests de conformité requis aboutit à une certification formelle, permettant à l'appareil d'être commercialisé.
Lieu et site de test
Les tests de conformité formels nécessitent des environnements de test spécifiques et des configurations de test spécifiques. Pour évaluer les EMI conduites, l’équipement et l’environnement requis sont assez simples. En plus des instruments de test et des accessoires, l'ingénieur de test n'a besoin que d'un simple plan de masse et d'une table non conductrice. Par conséquent, les tests de pré-conformité effectués sont souvent presque identiques aux tests de conformité complète.
D'un autre côté, les tests de conformité aux interférences électromagnétiques rayonnées nécessitent généralement une chambre blindée ou un site de test approprié en plein air. En raison de la taille, du coût et de la complexité de la configuration de ces types d'installations, la plupart des tests de pré-conformité par rayonnement ne peuvent pas reproduire avec précision l'environnement des tests de conformité.
En conséquence, des modifications sont souvent apportées lors de la réalisation de tests de pré-conformité rayonnés, comme l'ajout de marges aux résultats de mesure. Par exemple, une chambre plus petite entraîne des émissions plus élevées que lors du test de conformité final, car la distance entre l'antenne et l'EST est plus petite. Dans ce cas, les limites d'émission doivent être augmentées pour tenir compte des signaux plus forts. Passer d’une distance de conformité typique de dix mètres à une distance de pré-conformité typique de trois mètres peut nécessiter des limites d’émission plus élevées d’environ 10 dB.
Instruments de test : récepteurs EMI et analyseurs de spectre
Il existe deux catégories principales d'instruments de test utilisés pour les tests de pré-conformité. Les analyseurs de spectre et les récepteurs EMI sont le plus souvent utilisés pour mesurer les limites d'émission, tandis que les oscilloscopes sont principalement utilisés pour le débogage et le dépannage.
Les récepteurs EMI et les analyseurs de spectre sont des instruments dans le domaine fréquentiel. Ils mesurent et affichent la puissance en fonction de la fréquence. L'analyse du domaine fréquentiel est essentielle pour les tests EMI puisque les niveaux de puissance conduite ou rayonnée sont mesurés sur une plage de fréquences définie par une norme. Les analyseurs de spectre et les récepteurs EMI utilisent des routines automatisées qui parcourent ou analysent la plage de fréquences d'intérêt. Cette fonctionnalité est soit une fonctionnalité intégrée à l'instrument, soit implémentée par un logiciel.
1. Lignes limites
Un résultat « satisfaisant » se produit lorsque toutes les valeurs mesurées tombent en dessous d’une ligne limite de puissance par rapport à la fréquence définie. Ces valeurs de puissance maximale peuvent être configurées directement sur l'instrument de test ou chargées dans celui-ci.
2. Types de détecteurs
Les détecteurs déterminent comment les mesures effectuées au cours d'un intervalle sont combinées en un seul point de mesure. Les mesures effectuées avec un détecteur de crête sont beaucoup plus rapides que celles effectuées avec un détecteur de quasi-crête, généralement d'au moins plusieurs ordres de grandeur. De plus, les résultats de pointe du détecteur sont toujours supérieurs aux résultats de quasi-crête. Si un EST réussit les tests de pré-conformité en utilisant le détecteur de crête le plus rapide, il réussira également les tests plus lents avec un détecteur de quasi-crête. Pour cette raison, le détecteur de crête est plus courant dans les tests de pré-conformité et le détecteur de quasi-crête est plus courant dans les tests de conformité.
3. Spectrogrammes
De plus, les tests de pré-conformité EMI utilisent souvent des spectrogrammes. Un spectrogramme est un tracé de la puissance en fonction de la fréquence en fonction du temps. Afin d'afficher ces trois quantités en seulement deux dimensions, la puissance ou l'intensité du signal est mappée sur le spectre de couleurs visible, le rouge indiquant la puissance maximale et le violet ou le violet indiquant la puissance minimale. Les mesures les plus récentes apparaissent sur la ligne supérieure de l'écran, puis « s'écoulent » vers le bas.
Les spectrogrammes sont utiles car ils montrent comment les signaux changent au fil du temps et sur une plage de fréquences. Cela permet d'identifier facilement le comportement du signal variant dans le temps, tel que la dérive ou les sauts de fréquence. Les spectrogrammes permettent également de voir facilement les petits signaux en présence de signaux plus importants. La plupart des analyseurs de spectre et des récepteurs EMI ont des spectrogrammes comme fonctionnalité standard, et les spectrogrammes sont également courants pour les oscilloscopes lors de l'affichage d'informations dans le domaine fréquentiel en mode dit FFT (transformation de Fourier rapide).
4. Présélection
Lors des tests EMI, le signal d'entrée n'est ni connu ni contrôlable. Par conséquent, il est possible que des signaux hors bande ou « hors écran » surchargent le premier mélangeur de l’instrument de test et provoquent une compression ou une distorsion, conduisant à des résultats de mesure invalides ou trompeurs.
La présélection protège le premier mélangeur. Il est implémenté sous la forme d'une banque de filtres commutables qui permet à un récepteur EMI de sélectionner uniquement les fréquences qui l'intéressent. Le filtre particulier est choisi automatiquement par le récepteur en fonction de la fréquence d'entrée configurée. De nombreuses normes EMI exigent que « l'instrument de mesure » soit présélectionné, et c'est pourquoi les tests de conformité sont effectués avec des récepteurs EMI plutôt qu'avec des analyseurs de spectre. De nombreux analyseurs de spectre disposent également d'une fonctionnalité appelée présélection, mais il s'agit généralement d'un filtrage passe-haut basé sur la technologie YIG et non d'un banc de filtres commutable.
5. Analyse du domaine temporel
La méthode de mesure classique des récepteurs EMI est le balayage de fréquence échelonné avec une faible bande passante de résolution. Il s'agit d'une méthode très précise mais lente, en particulier pour les applications avec de larges plages spectrales telles que les mesures d'émissions rayonnées.
Les récepteurs EMI modernes prennent en charge les analyses dans le domaine temporel en divisant la plage de mesure en grands blocs de spectre. L'instrument numérise et traite chacun d'eux en utilisant la FFT. L'analyse dans le domaine temporel offre une amélioration significative de la vitesse par rapport à l'analyse par étapes sans sacrifier la précision. L'analyse du domaine temporel a été approuvée pour une utilisation dans la plupart des types de tests de conformité et peut également permettre de gagner beaucoup de temps lors des tests de pré-conformité.
6. Instruments de test : oscilloscopes
Les oscilloscopes sont principalement des mesures dans le domaine temporel. Ils constituent un outil de mesure précieux pour localiser, déboguer ou corriger les sources d’émissions non conformes. De nombreux oscilloscopes modernes prennent également en charge les mesures dans le domaine fréquentiel. De plus, les oscilloscopes modernes disposent généralement d’une large bande passante. Les oscilloscopes peuvent être utilisés pour examiner les signaux conduits et rayonnés.
L'un des inconvénients potentiels de l'utilisation d'oscilloscopes pour les tests de pré-conformité est qu'ils ne prennent généralement pas en charge de manière native les lignes de limite, bien que les lignes de limite et d'autres fonctionnalités liées aux EMI puissent être implémentées dans un logiciel externe.
7. Transformation de Fourier rapide (FFT)
Certains oscilloscopes peuvent être utilisés pour afficher et analyser des données dans le domaine fréquentiel en effectuant une FFT sur les données acquises dans le domaine temporel. Ceci est utile pour les tests de pré-conformité car ils affichent simultanément les données des domaines temporel et fréquentiel. Les utilisateurs peuvent corréler les événements d'un domaine avec les événements d'un autre domaine. Ceci est extrêmement utile lors du débogage des problèmes EMI, en particulier si les oscilloscopes sont équipés d'un déclencheur dans le domaine fréquentiel. Ce déclenchement se produit lorsqu'un masque de fréquence ou une région est violé. Une fois que l'oscilloscope a été déclenché par cet événement dans le domaine fréquentiel, l'événement dans le domaine temporel associé peut être analysé pour déterminer la cause première de cette violation.
La large bande passante et la capacité de corréler les données dans les domaines temporel et fréquentiel rendent les oscilloscopes très utiles pour le débogage des problèmes découverts lors des tests de pré-conformité. Des fonctionnalités telles que les spectrogrammes et les lignes limites peuvent être prises en charge par les trois instruments. Les récepteurs EMI offrent en outre des analyses de présélection et de domaine temporel. Les récepteurs EMI sont utilisés pour des tests de conformité complets et leur utilisation pour des tests de pré-conformité conduit à une corrélation plus étroite avec les résultats des tests de conformité.
Accessoires utilisés pour les tests de pré-conformité
De plus, il existe un certain nombre d'outils et d'accessoires différents qui sont nécessaires aux mesures de préconformité.
1. LISN
Un réseau de stabilisation d'impédance de ligne (LISN) est utilisé dans les tests d'émissions effectués. L’une des fonctions principales d’un LISN est de fournir une impédance stable à l’extrémité de la ligne secteur CA du cordon d’alimentation de l’EST. Étant donné que l'impédance de la prise de courant peut varier considérablement, un LISN garantit des résultats cohérents et reproductibles, quel que soit l'endroit où le test est effectué. De plus, il empêche tout signal RF présent sur le secteur CA d'entrer dans l'EST via le cordon d'alimentation de l'EST. Cela garantit que toutes les émissions mesurées proviennent de l'EST plutôt que d'être acheminées depuis le réseau secteur CA.
2. Antennes
Les tests de conformité rayonnée sont toujours effectués dans le champ dit lointain, l'antenne étant placée à plusieurs mètres de l'EST. En raison des larges plages de fréquences requises par la plupart des normes de test de rayonnement, généralement 1 GHz ou plus, une antenne large bande ou une combinaison d'antennes est nécessaire pour couvrir efficacement toute la plage de fréquences. Quelques exemples courants sont les antennes log-périodiques ou les antennes biconiques.
Les mêmes types d'antennes peuvent être utilisés dans les tests de conformité et de pré-conformité, mais il convient de rappeler que les distances entre l'antenne et l'EST sont souvent plus courtes lors des tests de pré-conformité, ce qui nécessite des modifications des lignes limites rayonnées.
Cependant, en ce qui concerne le dépannage ou le débogage des causes d’émissions, ces types d’antennes ne sont pas appropriés. Ils sont trop grands et trop volumineux pour fournir des informations précises sur la partie ou le composant de l'EST qui génère des émissions non conformes.
3. Sondes en champ proche pour le débogage emi
Les sondes en champ proche sont les outils appropriés à utiliser à proximité physique de la source d’émission. D'un point de vue pratique, le champ proche lors du débogage EMI est de l'ordre de quelques centimètres. En raison de leur petite taille et de la possibilité de les positionner physiquement à proximité de la source, les sondes en champ proche ont une résolution spatiale élevée. Ils permettent aux utilisateurs de localiser précisément la source d'une émission, par exemple une broche d'une puce ou une trace sur un circuit imprimé. En revanche, les sondes en champ proche ne prennent en charge que les mesures relatives. Ils peuvent être utilisés pour trouver des sources d’émissions, mais ne peuvent pas être utilisés pour mesurer des niveaux de puissance précis dans le but de vérifier les limites.
4. Logiciel
Les logiciels spécialisés sont couramment utilisés dans les tests de pré-conformité, le plus souvent pour la création de scripts ou l'automatisation des tests. Le logiciel communique avec ou contrôle plusieurs instruments et accessoires via une seule interface utilisateur. Il peut également facilement intégrer les facteurs d'antenne, la perte de câble, etc. dans les résultats de mesure. Il collecte et affiche également les données mesurées avec des options avancées, telles que des lignes limites personnalisées. Cela offre une vitesse plus élevée et une meilleure répétabilité que l'opération manuelle, permettant d'effectuer des tests de pré-conformité rapides et précis, même par des utilisateurs relativement nouveaux dans les tests de pré-conformité.
Les tests de pré-conformité permettent d'économiser du temps et de l'argent et augmentent considérablement le taux de réussite des appareils électroniques qui réussissent les tests de conformité formels dès la première tentative en identifiant et en résolvant rapidement les problèmes d'interférence électromagnétique.
À propos de nous
Laboratoire accrédité GTG Group ayant plus de 13 ans d'expérience en CEM & Les tests RF pour le marché mondial ont aidé des milliers d'entreprises à obtenir des certifications locales obligatoires et volontaires. Les experts que nous avons embauchés possèdent tous une expertise approfondie du secteur et des connaissances techniques approfondies qui peuvent vous aider à éviter les erreurs courantes.
Plus important encore, GTG Group est le seul laboratoire d'essais en Asie équipé d'une chambre anéchoïque de 10 mètres à la pointe de l'industrie et de 4 installations de chambre anéchoïque de 3 mètres.
Nous pouvons également fournir un service gratuit de tests de pré-conformité pour aider à détecter et à résoudre les défauts de conception potentiels dès le début du processus afin de réduire les coûts de conception et d'accélérer le lancement sur le marché. Nous ne promettons aucun risque ni aucune obligation ! Vous souhaitez en savoir plus ? S'il te plaît remplissez notre court formulaire, notre expert se fera un plaisir de vous aider davantage.