Mediciones EMCEMISIONES RF

--Los fenLos fenóómenos EMC se extiende a frecuencias muy superiores a 1 menos EMC se extiende a frecuencias muy superiores a 1 GHZ y esto convierte a las tGHZ y esto convierte a las téécnicas convencionales establecidas cnicas convencionales establecidas

para frecuencia en irrelevantes.para frecuencia en irrelevantes.

--En este capEn este capíítulo estudiaremos los equipos de medicitulo estudiaremos los equipos de medicióón, mn, méétodos todos de prueba y algunas de las causas de error e incertidumbre en lade prueba y algunas de las causas de error e incertidumbre en las s

pruebas de EMC.pruebas de EMC.

Maria SantodomingoJuan Quintás

EMISIONES RFEMISIONES RF

Asumiremos: Asumiremos: Emisiones Radiantes por encima de 30MHz.Emisiones Radiantes por encima de 30MHz.Las longitudes normales de los cables tienden a resonar por Las longitudes normales de los cables tienden a resonar por

encima de 30MHz, llevando a mediciones conducidas encima de 30MHz, llevando a mediciones conducidas ananóómalas.malas.

Emisiones Conducidas por debajo de 30MHz.Emisiones Conducidas por debajo de 30MHz.Las mediciones de campo radiados por debajo de 30MHz tendrLas mediciones de campo radiados por debajo de 30MHz tendráán n

que hacerse por necesidad en campo cercano si estque hacerse por necesidad en campo cercano si estáá mmáás cerca s cerca del origen que del origen que λλ/2/2ΠΠ, que da resultados que no se corresponden , que da resultados que no se corresponden necesariamente con la situacinecesariamente con la situacióón verdadera.n verdadera.

Instrumentos de Medida.Instrumentos de Medida.Receptor de medidaReceptor de medida

Es un aparato de medida muy caro para los laboratorios por lo quEs un aparato de medida muy caro para los laboratorios por lo que suele e suele encontrarse en empresas de pruebas de EMC.encontrarse en empresas de pruebas de EMC.

Inicialmente tenInicialmente teníían que ser sintonizados manualmente , un procedimiento an que ser sintonizados manualmente , un procedimiento largo y con propensilargo y con propensióón a errores. Hoy en dn a errores. Hoy en díía es totalmente automa es totalmente automáático tico y se controla y se controla informinformááticamenteticamente..

Diferencias entre Receptor de medida frente al Analizador de EspDiferencias entre Receptor de medida frente al Analizador de Espectro:ectro:-- La salida del receptor estLa salida del receptor estáá prevista para una frecuencia prevista para una frecuencia úúnica.nica.-- Mejor sensibilidad, que permite que las seMejor sensibilidad, que permite que las seññales se discriminen del ales se discriminen del ruido a niveles muy inferiores al lruido a niveles muy inferiores al líímite de emisimite de emisióón.n.-- Resistencia a la sobrecarga.Resistencia a la sobrecarga.-- PrecisiPrecisióón de frecuencia y amplitud mejor.n de frecuencia y amplitud mejor.

Analizador de espectroAnalizador de espectroAparato de medida considerablemente mAparato de medida considerablemente máás barato que el s barato que el recpetorrecpetor. Se . Se

utiliza normalmente para comprobaciones y diagnostico rutiliza normalmente para comprobaciones y diagnostico ráápido.pido.Tiene un Tiene un visualizador instantvisualizador instantááneo neo que es muy que es muy úútil para confirmar las til para confirmar las

frecuencias y la frecuencias y la naraturalezanaraturaleza de las emisiones de las emisiones perturbantesperturbantes..Tiene un Tiene un factor de ruido factor de ruido bastante malo, la sensibilidad apenas es bastante malo, la sensibilidad apenas es

suficiente para discernir las sesuficiente para discernir las seññales en los ales en los margenesmargenes de emiside emisióón mn máás s bajos.bajos.

Contiene un diodo mezclador que es un componente muy frContiene un diodo mezclador que es un componente muy fráágil y puede gil y puede dadaññarse farse fáácilmente por secilmente por seññales transitorias o cargas continuas en la ales transitorias o cargas continuas en la entrada.entrada.

La energLa energíía a conternidaconternida en las seen las seññales de banda ancha pueden ales de banda ancha pueden sobrecargar el mezclador y llevarlo a falta de linealidad.sobrecargar el mezclador y llevarlo a falta de linealidad.

PreselectorPreselectorSe utiliza como soluciSe utiliza como solucióón intermedia al Receptor conectn intermedia al Receptor conectáándolo con un analizador.ndolo con un analizador.AAññade protecciade proteccióón de entrada, preamplificacin de entrada, preamplificacióón y un filtro de barrido sintonizado n y un filtro de barrido sintonizado

que estque estáá sincronizado con el oscilador local del analizador.sincronizado con el oscilador local del analizador.El El preamplificadorpreamplificador mejora el mejora el rendimentorendimento del sistema frente al ruido.del sistema frente al ruido.El lado negativo es que puede constar casi tanto como el analizaEl lado negativo es que puede constar casi tanto como el analizador por lo que dor por lo que

puede duplicar el costo del sistema. puede duplicar el costo del sistema.

Generador SeguidorGenerador SeguidorIncluir un generador seguidor con un analizador de espectro amplIncluir un generador seguidor con un analizador de espectro amplíía enormemente a enormemente

su capacidad de medicisu capacidad de medicióón sin incrementar su precio excesivamente.n sin incrementar su precio excesivamente.Se suele utilizar para las siguientes pruebas:Se suele utilizar para las siguientes pruebas:

-- Definir la pDefinir la péérdida de los cables de RF. rdida de los cables de RF. -- Calibrar la atenuaciCalibrar la atenuacióón en un espacio abierto.n en un espacio abierto.--Hacer pruebas de la eficiencia de las pantallas protectoras de lHacer pruebas de la eficiencia de las pantallas protectoras de las cajas o as cajas o recintos.recintos.--Determinar resonancias estructurales y de circuitos.Determinar resonancias estructurales y de circuitos.

Ancho de Ancho de BandaBanda

El valor real de una seEl valor real de una seññal de interferencia que se mide en una frecuencia al de interferencia que se mide en una frecuencia dada depende del ancho de banda del receptor y de la respuesta ddada depende del ancho de banda del receptor y de la respuesta de su e su detector.detector.

El CISPR divide la gama de mediciEl CISPR divide la gama de medicióón de 9KHz a 1000MHz en cuatro n de 9KHz a 1000MHz en cuatro bandas.bandas.

Las fuentes de emisiLas fuentes de emisióón se puede clasificar en n se puede clasificar en banda estrechabanda estrecha, debido , debido normalmente al oscilador y a las de senormalmente al oscilador y a las de seññales armales armóónicas y nicas y banda anchabanda ancha, , debido a operaciones discontinuas de conmutacidebido a operaciones discontinuas de conmutacióón, colectores de n, colectores de motores y transferencia digital de datos.motores y transferencia digital de datos.

Una seUna seññal de banda ancha es una cuyo ancho de banda ocupado excede el al de banda ancha es una cuyo ancho de banda ocupado excede el del instrumento de medida.del instrumento de medida.

FunciFuncióón del detectorn del detectorHay tres clases de detectores que se utilizan normalmente en lasHay tres clases de detectores que se utilizan normalmente en las

mediciones de emisiones RF: Cresta, mediciones de emisiones RF: Cresta, CuasicrestaCuasicresta y media.y media.CrestaCrestaEl detector de cresta responde casi instantEl detector de cresta responde casi instantááneamente al valor cresta de la neamente al valor cresta de la

seseññal y vuelve a cero ral y vuelve a cero ráápidamente. pidamente. Su rSu ráápida respuesta lo hace muy adecuado para realizar pruebas de pida respuesta lo hace muy adecuado para realizar pruebas de dede

diagndiagnóóstico que requieran rapidez.stico que requieran rapidez.MediaMediaMide el valor medio de la seMide el valor medio de la seññal. Para una seal. Para una seññal continua esto seral continua esto seráá lo lo

mismo que su valor cresta, pero una semismo que su valor cresta, pero una seññal pulsante tendral pulsante tendráá un nivel un nivel medio por debajo de su cresta.medio por debajo de su cresta.

CuasicrestaCuasicrestaEs un detector de cresta con tiempos de carga y descarga. Es un detector de cresta con tiempos de carga y descarga. Las emisiones del tipo impulsivo serLas emisiones del tipo impulsivo seráán tratadas menos severamente por n tratadas menos severamente por

una mediciuna medicióón de n de cuasicrestacuasicresta que por una cresta.que por una cresta.

Tiempo de mediciTiempo de medicióón.n.Tanto el detector de Tanto el detector de cuasicrestacuasicresta como el de media necesitan un percomo el de media necesitan un perííodo odo

relativamente largo para que su salida se estabilice en cada frerelativamente largo para que su salida se estabilice en cada frecuencia cuencia que se mide.que se mide.

El tiempo depende de las constantes de tiempo de cada detector yEl tiempo depende de las constantes de tiempo de cada detector y se mide se mide en cientos de milisegundos.en cientos de milisegundos.

Para un barrido completo de toda la gama de frecuencias que se mPara un barrido completo de toda la gama de frecuencias que se mide, el ide, el tiempo tomado viene dado por:tiempo tomado viene dado por:

T= (gama de frecuencia/0,5.ancho de banda).Tiempo de reposo por T= (gama de frecuencia/0,5.ancho de banda).Tiempo de reposo por frecuencia frecuencia úúnicanica

Pero con la Pero con la cuasicrestacuasicresta, el tiempo de reposo debe aumentarse para , el tiempo de reposo debe aumentarse para garantizar que las crestas se capturan y miden correctamente. Dgarantizar que las crestas se capturan y miden correctamente. Debe ser ebe ser de al menos 1 segundo si las sede al menos 1 segundo si las seññales que se van a medir son ales que se van a medir son desconocidas.desconocidas.

TransductoresTransductoresPara cualquier medida RF se necesita un aparato que acople la vaPara cualquier medida RF se necesita un aparato que acople la variable medida riable medida en la entrada del instrumento de medida. Las variables que se mien la entrada del instrumento de medida. Las variables que se miden toman una den toman una

de estas formas:de estas formas:--Campo electromagnCampo electromagnéético radiadotico radiado

--TensiTensióón conducida por cablen conducida por cable--Corriente conducida por cable cuyos transductores para cada una Corriente conducida por cable cuyos transductores para cada una de esas formas de esas formas

aparecen a continuaciaparecen a continuacióónn

AntenasAntenasSe necesita una antena para acoplar el campo al receptor que hacSe necesita una antena para acoplar el campo al receptor que hace las e las

mediciones. Los lmediciones. Los líímites de intensidad del campo elmites de intensidad del campo elééctrico vienen ctrico vienen especificados en voltios o especificados en voltios o microvoltiosmicrovoltios, por metro a una distancia , por metro a una distancia dada desde el EUT, mientras que los receptores que hacen las dada desde el EUT, mientras que los receptores que hacen las mediciones estmediciones estáán calibrados en voltios, con una entrada de 50n calibrados en voltios, con una entrada de 50ΩΩ . Por . Por lo tanto , se tiene que calibrar la antena en voltios para una slo tanto , se tiene que calibrar la antena en voltios para una salida de alida de 5050 ΩΩ y una intensidad de campo dada para cada frecuencia: esta y una intensidad de campo dada para cada frecuencia: esta calibracicalibracióón se conoce como FACTOR DE ANTENA.n se conoce como FACTOR DE ANTENA.

PolarizaciPolarizacióónnEn el campo lejano los campos elEn el campo lejano los campos elééctrico y magnctrico y magnéético son ortogonales. La tico son ortogonales. La

polarizacipolarizacióón real depende de la naturaleza del emisor y del efecto de los n real depende de la naturaleza del emisor y del efecto de los reflejos de otros objetos.reflejos de otros objetos.

Una antena muestra una respuesta mUna antena muestra una respuesta mááxima cuando su plano de polarizacixima cuando su plano de polarizacióón n se alinea con el del campo incidente, y mostrarse alinea con el del campo incidente, y mostraráá la mla míínima cuando los nima cuando los planos estplanos estéén en n en áángulo recto.ngulo recto.

Las mediciones de emisiones CISPR se deben hacer con antenas Las mediciones de emisiones CISPR se deben hacer con antenas polarizadas linealmente. Las antenas polarizadas circularmente, polarizadas linealmente. Las antenas polarizadas circularmente, como como las de espiral logarlas de espiral logaríítmica elegidas para pruebas militares son ilegales tmica elegidas para pruebas militares son ilegales tras el CISPR 16.tras el CISPR 16.

La antena de cuadro.La antena de cuadro.La mayorLa mayoríía de las emisiones radiadas se miden en la gama de 30 a a de las emisiones radiadas se miden en la gama de 30 a

1000MHz. Para casos por de bajo de 30MHz se mide la intensidad 1000MHz. Para casos por de bajo de 30MHz se mide la intensidad de campo magnde campo magnéético utilizando una antena de cuadro.tico utilizando una antena de cuadro.

El cuadro es simplemente una bobina de hilo que proporciona una El cuadro es simplemente una bobina de hilo que proporciona una tensitensióón proporcional a la frecuencia en sus terminales.n proporcional a la frecuencia en sus terminales.

Esta caja no se adapta a la impedancia de 50Esta caja no se adapta a la impedancia de 50ΩΩ de la instrumentacide la instrumentacióón n normal, por ello se solucionarnormal, por ello se solucionaráá este problema aeste problema aññadiendo como parte adiendo como parte de la antena un de la antena un preamplificadorpreamplificador que corrige la respuesta en que corrige la respuesta en frecuencia y adapta la impedancia de la salida del bucle.frecuencia y adapta la impedancia de la salida del bucle.

Red elRed elééctrica artificialctrica artificialPara hacer pruebas de emisiones de tensiPara hacer pruebas de emisiones de tensióón en la red se necesita una n en la red se necesita una

LISN (LISN (LineLine ImpedanceImpedance StabilizingStabilizing NetworkNetwork). ). ÉÉsta tiene las sta tiene las siguiente finalidad:siguiente finalidad:-- Proporciona una impedancia definida en RF sobre el punto de Proporciona una impedancia definida en RF sobre el punto de medida.medida.-- Acopla el punto de medida a la instrumentaciAcopla el punto de medida a la instrumentacióón de pruebas.n de pruebas.-- AislaAisla el circuito de pruebas de las seel circuito de pruebas de las seññales de interferencia no ales de interferencia no deseada de la red de alimentacideseada de la red de alimentacióón.n.

El tipo mEl tipo máás extendido de LISN se define en el CISPR 16 y presenta una s extendido de LISN se define en el CISPR 16 y presenta una impedancia equivalente a 50impedancia equivalente a 50ΩΩ en paralelo, con 50en paralelo, con 50μμH entre cada H entre cada llíínea y tierra.nea y tierra.

Corrientes de tierra.Corrientes de tierra.Se especifica una gran Se especifica una gran capacitanciacapacitancia entre la lentre la líínea y tierra, de modo que nea y tierra, de modo que

cuando hay una exposicicuando hay una exposicióón a una ln a una líínea de tensinea de tensióón de 240V se tiene n de 240V se tiene aproximadamente 0,75A en la laproximadamente 0,75A en la líínea de tierra. Este nivel de corriente es nea de tierra. Este nivel de corriente es mortal, por tanto, la unidad debe estar muy bien conectada a tiemortal, por tanto, la unidad debe estar muy bien conectada a tierra por rra por razones de seguridad.razones de seguridad.

Si no lo estSi no lo estáá el cable de seel cable de seññal y el EUT pueden conducir corriente.al y el EUT pueden conducir corriente.Como precauciComo precaucióón se aconseja enganchar la LISN aun plano de tierra n se aconseja enganchar la LISN aun plano de tierra

permanente y no llevarla alrededor del laboratorio.permanente y no llevarla alrededor del laboratorio.

Pinza de absorciPinza de absorcióón y sonda de corriente.n y sonda de corriente.Aparte de medir las emisiones de 30MHz directamente como un Aparte de medir las emisiones de 30MHz directamente como un

campo radiado se pueden medir tambicampo radiado se pueden medir tambiéén las corrientes de n las corrientes de interferencias en cables de conexiinterferencias en cables de conexióón y relacionarlas con los niveles n y relacionarlas con los niveles aceptados de intensidad de campo.aceptados de intensidad de campo.

Esto tiene la ventaja de que no necesita una gran zona abierta dEsto tiene la ventaja de que no necesita una gran zona abierta de pruebas.e pruebas.

Pinza de absorciPinza de absorcióón.n.La pinza de ferrita consiste en un transductor de corriente que La pinza de ferrita consiste en un transductor de corriente que utiliza utiliza

dos o tres anillos de ferrita, partidos, para permitir la insercdos o tres anillos de ferrita, partidos, para permitir la inserciióón del n del cable y una espira de acoplamiento. Esto se adosa a mcable y una espira de acoplamiento. Esto se adosa a máás anillos de s anillos de ferrita que forman un ferrita que forman un absorvedorabsorvedor de corriente y un estabilizador de de corriente y un estabilizador de impedancia, que se abraza alrededor del cable de red que se tienimpedancia, que se abraza alrededor del cable de red que se tiene e que medir. que medir.

La finalidad de los La finalidad de los absorvedoresabsorvedores de ferrita es atenuar las reflexiones y de ferrita es atenuar las reflexiones y las selas seññales ajenas que, de lo contrario, aparecerales ajenas que, de lo contrario, apareceríían en el an en el transformador de corriente.transformador de corriente.

Hay un interHay un interéés considerable en utilizar la pinza como un sustituto en a s considerable en utilizar la pinza como un sustituto en a las pruebas de emisiones radiadas, especialmente en los casos delas pruebas de emisiones radiadas, especialmente en los casos deEUT pequeEUT pequeñños.os.

Pinza de absorciPinza de absorcióónn

Sonda de CorrienteSonda de Corriente

En esencia es lo mismo que la pinza absorbente, solo que no tienEn esencia es lo mismo que la pinza absorbente, solo que no tiene los e los absorbedores. Es simplemente un transformador de corriente absorbedores. Es simplemente un transformador de corriente calibrado de banda ancha en forma de pinza.calibrado de banda ancha en forma de pinza.

Como no tiene absorbedor asociado, la impedancia de terminaciComo no tiene absorbedor asociado, la impedancia de terminacióón en n en modo commodo comúún en RF de la ln en RF de la líínea bajo prueba se debe definir por una red nea bajo prueba se debe definir por una red estabilizadora de impedancia, que tiene que ser transparente parestabilizadora de impedancia, que tiene que ser transparente para las a las seseññales que son transportadas por la lales que son transportadas por la líínea.nea.

Tanto la pinza de ferrita como la sonda de corriente tienen la gTanto la pinza de ferrita como la sonda de corriente tienen la gran ran ventaja de que no se necesita una conexiventaja de que no se necesita una conexióón directa con el cable que se n directa con el cable que se estestáá probando, y las perturbaciones del circuito son mprobando, y las perturbaciones del circuito son míínimas por nimas por debajo de 30MHz.debajo de 30MHz.

Sondas de campo cercanoSondas de campo cercanoA menudo se necesitarA menudo se necesitaráá localizar flocalizar fíísicamente el origen de las emisiones de un sicamente el origen de las emisiones de un

producto. Se utiliza un juego de sondas de campo cercano (rastreproducto. Se utiliza un juego de sondas de campo cercano (rastreador) con ador) con este fin. Reciben este nombre porque detectan la intensidad del este fin. Reciben este nombre porque detectan la intensidad del campo en campo en campo cercano.campo cercano.

Necesitaremos dos tipos de sonda una para campo elNecesitaremos dos tipos de sonda una para campo elééctrico (construccictrico (construccióón de n de varilla) y la otra para el campo magnvarilla) y la otra para el campo magnéético (construccitico (construccióón en bucle).n en bucle).

El diseEl diseñño de la sonda es un compromiso entre la sensibilidad y la preciso de la sonda es un compromiso entre la sensibilidad y la precisiióón n espacial. Cuanto mespacial. Cuanto máás peques pequeñña es la sonda, con ma es la sonda, con máás precisis precisióón localiza las n localiza las seseññales, pero serales, pero seráá menos sensible.menos sensible.

Una buena sonda magnUna buena sonda magnéética es insensible a los campos eltica es insensible a los campos elééctricos y viceversa.ctricos y viceversa.

EMSCANEMSCANNovedoso invento de la Novedoso invento de la BellBell NorthenNorthen ResearchResearch de Canadde Canadáá que se estque se estáá

empezando a comercializar en Europa y Japempezando a comercializar en Europa y Japóón. Si bien su precio n. Si bien su precio actual es muy elevado se prevactual es muy elevado se prevéé que descenderque descenderáá en el futuro.en el futuro.

Esta constituido por una red Esta constituido por una red planarplanar de sondas de corriente de pequede sondas de corriente de pequeñños os campos cercanos colocadas en forma de rejilla en una placa de campos cercanos colocadas en forma de rejilla en una placa de circuito impreso de capas circuito impreso de capas multiplesmultiples..

Proporciona una imagen casi instantProporciona una imagen casi instantáánea en dos nea en dos dimensionesdedimensionesde las las corrientes circulantes de RF dentro de una tarjeta de circuito corrientes circulantes de RF dentro de una tarjeta de circuito impreso colocada sobre la unidad de barrido.impreso colocada sobre la unidad de barrido.

RecursosRecursosEmisiones RadiadasEmisiones Radiadas

Las pruebas de conformidad de emisiones radiadas se deben hacer Las pruebas de conformidad de emisiones radiadas se deben hacer en una en una zona de pruebas u OATS (zona de pruebas u OATS (OpenOpen AreaArea TestTest SiteSite).).

Tales zonas ofrecen una atenuaciTales zonas ofrecen una atenuacióón controlada de RF caractern controlada de RF caracteríística entre el stica entre el emisor y la antena medidora. emisor y la antena medidora.

CaracterCaracteríísticas:sticas:-- La elipse que define el La elipse que define el áárea debe ser plana y libre de objetos reflectantes.rea debe ser plana y libre de objetos reflectantes.-- Se aconseja que la zona alrededor de la elipse considerablementeSe aconseja que la zona alrededor de la elipse considerablemente mmáás s

grande libre de objetos.grande libre de objetos.-- La sala que contiene los controles debe estar a cierta distanciaLa sala que contiene los controles debe estar a cierta distancia o debajo del o debajo del

plano de la tierra. plano de la tierra.

Plano de tierra.Plano de tierra.Como es imposible evitar los reflejos del suelo, Como es imposible evitar los reflejos del suelo, ééstos se regularizan stos se regularizan

utilizando un plano de tierra.utilizando un plano de tierra.La disposiciLa disposicióón de los bordes contribuye de manera significativa a las n de los bordes contribuye de manera significativa a las

imprecisiones, aunque se pueden minimizar si se terminan los borimprecisiones, aunque se pueden minimizar si se terminan los bordes des con el suelo que los rodea.con el suelo que los rodea.

MediciMedicióón de la distancia.n de la distancia.La distancia de mediciLa distancia de medicióón entre la EUT y la antena receptora determina n entre la EUT y la antena receptora determina

las dimensiones globales de la zona y por tanto su coste. Hay trlas dimensiones globales de la zona y por tanto su coste. Hay tres es distancias normalmente especificadas 3m,10m y 30mdistancias normalmente especificadas 3m,10m y 30m..

Emisiones conducidasEmisiones conducidasEn contraste con las emisiones radiadas, las mediciones conducidEn contraste con las emisiones radiadas, las mediciones conducidas as

necesitan un mnecesitan un míínimo de instalaciones adicionales. El nimo de instalaciones adicionales. El úúnico requisito nico requisito vital es un plano de tierra de al menos 2m por 2m, vital es un plano de tierra de al menos 2m por 2m, extendiendoseextendiendose al al menos 0,5 m del lmenos 0,5 m del líímite del EUT.mite del EUT.

Es conveniente hacer las mediciones en un recinto apantallado puEs conveniente hacer las mediciones en un recinto apantallado pues se es se minimizarminimizaráá la amplitud de las sela amplitud de las seññales ambiente extraales ambiente extraññas.as.

Pruebas de Pruebas de preconformidadpreconformidad y diagny diagnóóstico.stico.Para conseguir la conformidad completa de la Directiva EMC con lPara conseguir la conformidad completa de la Directiva EMC con los os

certificados de los estcertificados de los estáándares Europeos se precisan unas instalaciones ndares Europeos se precisan unas instalaciones muy sofisticadas . Por ello las empresas suelen acudir a otras emuy sofisticadas . Por ello las empresas suelen acudir a otras empresas mpresas dedicadas a este fin. Esto es caro y para aprovechar mejor el tidedicadas a este fin. Esto es caro y para aprovechar mejor el tiempo se empo se aconseja realizar pruebas preliminares denominadas pruebas de aconseja realizar pruebas preliminares denominadas pruebas de ““preconformidadpreconformidad”” cuya finalidad es:cuya finalidad es:

-- Evitar y anticipar sorpresas en las pruebas finales.Evitar y anticipar sorpresas en las pruebas finales.-- Definir el peor caso de conformidad del EUT para ahorrar tiempoDefinir el peor caso de conformidad del EUT para ahorrar tiempo-- Si el resultado arroja un buen margen, realizar la prueba final.Si el resultado arroja un buen margen, realizar la prueba final.

La siguiente lista de comprobaciLa siguiente lista de comprobacióón sugiere unas instalaciones mn sugiere unas instalaciones míínimas nimas para hacer esta clase de diagnpara hacer esta clase de diagnóóstico en la propia empresa:stico en la propia empresa:

-- Zona de suelo libre de al menos 5m x 3m para permitir un margen Zona de suelo libre de al menos 5m x 3m para permitir un margen de de pruebas de 3 m con 1 m mpruebas de 3 m con 1 m máás alls alláá de la antena y el EUT.de la antena y el EUT.

-- Esta zona tiene que estar cubierta permanentemente con un plano Esta zona tiene que estar cubierta permanentemente con un plano de de tierra cubierto de ltierra cubierto de lááminas de aluminio o cobre y conectado a masa.minas de aluminio o cobre y conectado a masa.

-- No debe haber ningNo debe haber ningúún otro equipo eln otro equipo elééctrico que pudiera generar ctrico que pudiera generar emisiones.emisiones.

-- No debe haber objetos No debe haber objetos reflejantesreflejantes mmóóviles en la proximidad.viles en la proximidad.-- Un banco de trabajos aislado en un extremo sobre el que colocar Un banco de trabajos aislado en un extremo sobre el que colocar la la

EUT, con una LISN unida al plano de tierra por debajo de EUT, con una LISN unida al plano de tierra por debajo de éél.l.-- El equipo consiste en un analizador de espectro, un limitador, uEl equipo consiste en un analizador de espectro, un limitador, un juego n juego

de de antensasantensas y un try un tríípode aislado.pode aislado.-- Se debe mantener la Se debe mantener la poloarizacipoloarizacióónn de la antena horizontal puesto que de la antena horizontal puesto que

reduce los reflejos y la proximidad del suelo.reduce los reflejos y la proximidad del suelo.

Fuentes de incertidumbreFuentes de incertidumbreLas mediciones de EMC son menos precisas que otro tipo de mediciLas mediciones de EMC son menos precisas que otro tipo de mediciones, como por ones, como por

ejemplo mediciones de temperatura o tensiejemplo mediciones de temperatura o tensióón que se puede afinar a partes por n que se puede afinar a partes por millmillóón. Por el contrario las mediciones de la intensidad de campo puen. Por el contrario las mediciones de la intensidad de campo pueden ser den ser erroneaserroneas en 10dB o men 10dB o máás. Siempre es conveniente dejar un margen de s. Siempre es conveniente dejar un margen de aproximadamente la magnitud entre las mediciones y los laproximadamente la magnitud entre las mediciones y los líímites de mites de especificaciespecificacióón, no solo para abarcar las incertidumbres sino tambin, no solo para abarcar las incertidumbres sino tambiéén las n las tolerancias que surjan.tolerancias que surjan.

Errores de instrumentaciErrores de instrumentacióón y cablesn y cablesLos modernos equipos de pruebas Los modernos equipos de pruebas autocalibradoresautocalibradores pueden reducir la pueden reducir la

incertidumbre de entrada en incertidumbre de entrada en ±±1dB1dB. . El atenuador, la respuesta en frecuencia, el filtro de ancho de El atenuador, la respuesta en frecuencia, el filtro de ancho de banda y los banda y los

parparáámetros del nivel de referencia son muy sensibles a la temperaturmetros del nivel de referencia son muy sensibles a la temperatura por lo a por lo que pueden sufrir un error acumulativo de hasta 5dB. que pueden sufrir un error acumulativo de hasta 5dB.

Para solucionarlo se ha desarrollado una funciPara solucionarlo se ha desarrollado una funcióón de calibracin de calibracióón.n.Esta calibraciEsta calibracióón se deja en manos del operario que debe esperar a que el n se deja en manos del operario que debe esperar a que el

instrumento se haya calentado para realizarla sino las medidas sinstrumento se haya calentado para realizarla sino las medidas se realizare realizaráán n como si el objetivo fuera mcomo si el objetivo fuera móóvil.vil.

MEDICIONES EMC

EMISIONES RFINMUNIDAD RFESD E INMUNIDAD A LOS TRANSITORIOSEVALUACIÓN DE LOS RESULTADOSEMISIONES ARMÓNICAS EN LA RED

INMUNIDAD RF

1.EQUIPOS2.RECURSOS

3.METODOS DE PRUEBA4.INMUNIDAD RF CONDUCIDA

Hasta la directiva EMC la mayoría de las pruebas comerciales de inmunidad no eran obligatorias. Solo se utilizaba para distinguir y separar las interferencias.Las pruebas de inmunidad militar y aeroespacial han existido durante bastante

tiempo y se han utilizado en contratos comerciales Pruebas de inmunidad RF conducidas y radiadas.

Las condiciones físicas del establecimiento de las pruebas variación de resultados entre pruebas de inmunidad de campos radiados y emisiones

radiadas.

INMUNIDAD RF :1. EQUIPOS

Componentes típicos para una prueba de inmunidad radiada en una sala apantallada:

Fuente de señal RFAmplificador de potencia de banda anchaTransductor

Juego de antenas.Línea de transmisión.Línea plana.

Generan un campo en el EUT el cual lo controlamos por medio de componentes informáticos para hacer de manera automática las funciones de barrido y equilibrado.

INMUNIDAD RF :1. EQUIPOSFuente de señal:

Debe abarcar el margen requerido de frecuencia.El nivel de salida = a la entrada del amplificador de potencia con un margen de unos poco decibelios.

Amplificador de potencia:Para incrementar el nivel de la señal de salida.La potencia necesaria depende de:

La intensidad del campo para el EUT.Característica de los transductores determinadas.Antena: se caracteriza por la potencia necesaria para ofrecer una intensidad de campo a una distancia dada.

Pt=(r.E)2/(30.G)= Potencia de la antena.r= distancia desde la antena (m)E=intensidad de campo en r en V/mG=ganancia de la antena sobre una isotrópica.

INMUNIDAD RF :1. EQUIPOS

Amplificador de potencia:Otros factores que se deben tener en cuenta (a parte del coste)

para un amplificador de potencia:- Linealidad: controlar la distorsión ya que puede dar lugar a

respuestas falsas del EUT.- Robustez: amplificador sin pararse a plena potencia.- Ganancia de potencia: A través de todas las frecuencias de

la banda, con un margen de seguridad la potencia total de salida se debe obtener a partir del nivel esperado de entrada de señal.

- Fiabilidad y mantenimiento: cuanto menor sea la probabilidad de que se estropee el amplificador mejor.

INMUNIDAD RF :1. EQUIPOS

Control de la intensidad de campo y nivel.Es importante poder garantizar la intensidad del campo correcta

en el EUT.Reflejos+distorsión por el EUT distintas intensidades mientras

se barre la banda de frecuencia.Métodos para controlar la intensidad del campo aplicada:

El equilibrado de un bucle cerrado Sustitución

INMUNIDAD RF :1. EQUIPOSBucle cerrado:

Normal en salas apantalladas no anecoicas.Sensor de campo al lado del EUT.La potencia aplicada al transductor se ajusta para dar una intensidad correcta durante el barrido.

Desventajas: - El sensor mide el campo solo en un punto.(Si el EUT>>que la longitud

de onda de la frecuencia, el campo varia significativamente y el error por tanto será mayor).

- Si se coloca el sensor en un punto de valor nulo crece la potencia para intentar corregir la intensidad del campo.

- La frecuencia escalonada intenta encontrar la intensidad correcta. Puede dar lugar a una sobre corrección de la potencia.

Sustitución:Para sala anecoica y con transductores del tipo de células TEMHacer un calibrado preliminar de la sala vacía.

INMUNIDAD RF :1. EQUIPOS

Transductores:Juego de antenas

Existen otros dos tipos de transductores para las pruebas de inmunidad RF radiadas de los EUT pequeños son:Línea de transmisión plana.Célula TEM.

INMUNIDAD RF: 2. RECURSOS

Se necesita una zona a parte para estas pruebas en las que hayanequipos de generación de campos RF y una sala apantallada. Sala apantallada:

Para ajustarse a las normativas nacionales que prohíben las interferencias a las emisiones de radio.Una sala típica de altas prestaciones esta construida con:Paneles prensados de madera y aluminio, soldados o unidos.Los servicios eléctricos que entran en la sala estarán filtrados.Iluminación por lámparas incandescentes.(Las fluorescentes emiten indeferencias de banda ancha).Puerta de acceso: con doble acción de barrido y borde en cuña.

INMUNIDAD RF: 2. RECURSOS

INMUNIDAD RF:2.RECURSOSResonancias de la sala y uniformidad de campo:

Sala sin recubrimiento crestas en el campo y punto de valor nulo.+ grande la sala - será el nº de frecuencias resonantes.Para amortiguar las resonancias: forrarla con material absorbente.(espuma en forma de pirámide y teñidas con carbón, placas o parrillas de ferrita…)Anecoica= todas las paredes y suelo recubiertas.Semianecoica= solo las paredes.

Equipo auxiliar:Equipos informáticos de control y almacenamiento de datos.Se necesita para comunicar el interior de la sala apantallada con el exterior.

INMUNIDAD RF: 3.METODOS DE PRUEBA

Una prueba de inmunidad es complicada al no tener un umbral definido que indique el apto o no apto. En su lugar se aplica un nivel de interferencia bien definido al EUT y se anota su respuesta. Debemos asegurar durante la prueba que el nivelaplicado y el medio de aplicación sean constantes. Para conseguirlo:

Comprobación preliminarPruebas de conformidadVelocidad de barridoPrecaución de seguridadAtajos en las pruebas de inmunidad

INMUNIDAD RF: 3.METODOS DE PRUEBA

Comprobación preliminarPara averiguar la configuración más susceptible y como funciona el EUT. Si supera la prueba de conformidad aplicar intensidades mayores para producir algún error y encontrar así un punto sensible.

Pruebas de conformidadDurante la prueba de conformidad la configuración debe ser la más sensible para poder invalidar los cambios en esta.Se concentra en asegurar que se mantiene el nivel especificado para la prueba a lo largo del barrido de frecuencia.Utilizar métodos de monitorización o control de intensidad de campo.

Velocidad de barrido (manual o automático)

INMUNIDAD RF: 3.METODOS DE PRUEBAPrecaución de seguridad

Para intensidades de campo por encima de los definidos en los estándares de inmunidad, existe cierto peligro biológico del campo RF.Por eso el personal no se debe encontrar dentro de la sala apantallada se necesita un elemento de control.

Atajos en las pruebas de inmunidadPara simplificar las pruebas restringir las frecuencias “radiación libre”. Se permiten emisiones sin restricción, pensados para equipos médicos, industriales y científicos.Otra vía: utilizar aparatos de un radio aficionado federado y trasmitir en las bandas de amateur que para ellos están reservados.Otra posibilidad utilizar el móvil que trasmite a 900KHz para comprobar la inmunidad de este tipo de señal.

INMUNIDAD RF: 4.INMUNIDAD RF CONDUCIDA

Debido a la dificultad y gastos de las pruebas de inmunidad de RF radiadas hay una presión para permitir que las pruebas de inmunidad conducida se realicen en las frecuencias inferiores.Métodos de acoplamiento:

Inyección directa de tensión (CDN) a través de una red de acoplamiento/desacoplamiento necesita poca energía, es la preferida.Sonda de corriente de pinza, sencilla de usar pero consume +energía.Pinza EM = pinza de ferrita que proporciona un acoplamiento de campo E y H al cable y es más eficaz que la sonda pero menos que la CDN.

Cualquier método de pruebas de inyección RF requiere que se defina la impedancia en modo común al final del cable lejos del EUT.

Desventajas y restricciones:CDN: La ventaja es que no necesita caras instalaciones de salas apantalladas. La desventaja es que en cuanto aparecen muchos cables conectados al EUT entonces la precisión se reduce.Sonda: La ventaja es que no es intrusivo y la CDN si. La sonda simplemente se abraza al cable para inducir una corriente en modo común sin ninguna conexión directa con el. La desventaja es que la capacitancia parasita entre la sonda y el cable esta mal definida.

INMUNIDAD RF: 4.INMUNIDAD RF CONDUCIDA

Abanico de frecuencias:La mayor restricción en las pruebas conducidas de inmunidad es la frecuencia.Para EUT<<λ de frecuencias de prueba la parte dominante de la energía RF que atraviesa el equipo que esta expuesto al campo radiado es capturada por los cables.Para EUT = 2λ el domino de la ruta del cable se reduce.Para EUT>>2λ la trayectoria de acoplamiento del campo es una mezcla de interacciones con la estructura del EUT y los circuitos internos además de con los cables.

ESD E INMUNIDAD A LOS TRANSITORIOS

1. ESD2. TRANSITORIOS

3. FUENTES DE INCERTIDUMBRE

A diferencia con las pruebas RF, la ESD y los métodos de pruebas de transitorios son bastante menos complicados y necesitan menos

en cuanto a sofisticados equipos de pruebas e instalaciones.

ESD E INMUNIDAD A LOS TRANSITORIOS:1. ESD

Equipos:si se utiliza un generador ESD ya construido, la calibración ya habrásido hecha por el fabricante, aunque se debe volver a comprobar a intervalos regulares. Si es de construcción propia también habrá que construir y utilizar una plantilla de calibración. El generador de descarga electrostática es bastante sencillo. El circuito aparece en la siguiente figura.

Métodos de pruebas:Técnicas de alta frecuencia a causa de los rápidos flancos asociados a con la ESD. El uso de una referencia como plano de tierra es obligatorio. Otros equipos anexos pueden ser afectados por las pruebas por lo que se aconseja realizar estas pruebas con el sistema apagado.Para pruebas de laboratorio se debe instalar el EUT. La figura siguiente muestra una instalación típica.

ESD E INMUNIDAD A LOS TRANSITORIOS:1. ESD

ESD E INMUNIDAD A LOS TRANSITORIOS:2. Transitorios

Equipos:Cuando se comprueba el equipo para la inmunidad a los transitorios conducidos, los propios transitorios y la red de acoplamiento por la cual se envían los transitorios a los puertos, deben estar bien definidos.La ráfaga de rápidos transitorios esta especificada para tener un tiempo/duración de subida de impulso único de 5ns/50ns desde una fuente de impedancia de 50 ohmios. Las ráfagas de 15 ms de duración de estos impulsos a una frecuencia de repetición de 5kHz se aplican cada 300ms. Ver figura.Los niveles de tensión se seleccionan según los umbrales de seguridad especificados desde 250V a 4000V. Para obtener estas altas tensiones con tiempo tan rápido de subida, el generador se ha construido con un descargador de chispas excitado por un condensador de almacenamiento de energía, aunque actualmente existen generadores de estado sólido más modernos.

ESD E INMUNIDAD A LOS TRANSITORIOS:2. Transitorios

ESD E INMUNIDAD A LOS TRANSITORIOS:2. Transitorios

Métodos de pruebas:Se debe usar un plano de referencia a tierra. Los equipos de suelo están separados de este plano por un aislante de 10cm y los EUT de sobremesa se colocan sobre una mesa aislante a 80cm por encima. Un cable de red eléctrica de 1m de longitud conecta el EUT a la red de acoplamiento, la cual esta enlazada con el plano de tierra. Si el recinto del EUT tiene un terminal protector a tierra, se conecta al plano de tierra por medio de una red de acoplamiento y los transitorios se aplican directamente también a el. Los cables de E/S reciben su alimentación por medio de una pinza capacitiva que esta situada 10 cm por encima del plano de tierra. La figura siguiente muestra una instalación típica.

ESD E INMUNIDAD A LOS TRANSITORIOS:2. Transitorios

ESD E INMUNIDAD A LOS TRANSITORIOS:3. Fuentes de incertidumbre

La disposición de la prueba y la instalación y terminación de los cables debe estar definida rigurosamente en el plan de pruebas y se debe seguir sin cambios a lo largo de estas.Las condiciones del entorno no electromagnético no influyen en el acoplamiento de la interferencia dentro o fuera de los equipos electrónicos en general. Sin embargo pueden afectar a los parámetros operativos del equipo en sí y, por tanto, a su inmunidad.

Las mayores incertidumbres en las pruebas de los transitorios surgen de la repetitividad de la disposición y de la naturaleza estadística de la aplicación del transitorio. Las condiciones climatológicas pueden tener un comportamiento peor en los resultados de las pruebas ESD con descarga a través del aire.

EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS

Los resultados de las pruebas se pueden clasificar basándose en las condiciones de funcionamiento y las especificaciones funcionales del EUT

según los criterios mencionados a continuación.

El fabricante decide que criterios se deben aplicar a cada prueba. Es importante que queden establecidos en el plan final de prueba EMC para los

equipos. Para los productos que se venden en un mercado masivo, simplemente tiene que cumplir los requisitos esenciales de la Directiva EMC. En estos casos hay que buscar los criterios de inmunidad como guía general.

1. CRITERIOS DE ACTUACIÓN

EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS 1.CRITERIOS DE ACTUACIÓN

El estándar de inmunidad genérica [125] establece las directivas para los criterios. Resumen:Criterio de actuación A: el aparato continuara funcionado como debe. Nos permiteuna degradación de las prestaciones (o perdida de función por debajo de un nivel de actuación o una perdida permisible de actuación especificada por el fabricante).

Para fenómenos constantes como la interferencia RF.Criterio de actuación B: el aparato continuara funcionando como debe después de la prueba. No se permite una degradación de las especificaciones o perdida de función por debajo de un nivel de actuación especificado por el fabricante, cuando el aparato se usa como debe. Durante la prueba, se permite, sin embargo, una degradación de la actuación.

Para fenómenos transitorios.Criterio de actuación C: se permite una perdida temporal de función, si la perdida de función es autorrecuperable o se puede restaurar por la manipulación de ciertos controles.

Para interrupciones de la red eléctrica.Un instrumento de medida puede perder precisión cuando se aplican los transitorios, pero debe recuperarse. Como cuando un ordenador distorsiona la imagen de la pantalla bajo una interferencia transitoria, puede hacerlo pero no debe bloquearse ni dañar los datos.

EMISIONES ARMÓNICAS EN LA RED

Las componentes armónicas de la corriente de entrada de alimentación de CA a un elemento del equipo surgen de la

no linealidad de la carga sobre un ciclo único de la tensión de entrada.

EQUIPOS

EMISIONES ARMÓNICAS EN LA RED:1. EQUIPOS

Componentes:Fuente de alimentación CA:

Con poca distorsión, estabilidad y exactitud de alta tensión y baja impedancia se mide con la máxima precisión los armónicos.

Transductor de corriente:Acopla la corriente armónica a los instrumentos de medición. Puede ser:

un derivador de corriente.un trasformador de corriente.

En ambos casos la impedancia del transductor se añade a la impedancia de la fuente de salida y las dos deben causar una variación insignificante en la estructura armónica de la corriente de carga.

Analizador de onda:El error al medir un valor constante debe ser menor del 5% del limitepermitido.