Устранение проблем, выявленных в ходе испытаний изделия на выполнение требований по ЭМС

Опубликовано в номере:
PDF версия
Вниманию читателей предлагается четвертая анонсированная в публикации [1] статья, посвященная электромагнитным помехам (ЭМП) и электромагнитной совместимости (ЭМС). Оригинальный материал [2] опубликован в выпуске [3], здесь он представлен с комментариями, дополнениями, уточнениями и пояснениями переводчика как соавтора предлагаемого варианта. Перевод выполнен с разрешения ITEM Media и автора материала. Тема этой статьи цикла — что делать при выявленных несоответствиях требованиям ЭМС.

Итак, вы внимательно изучили стандарты и требования по электромагнитной совместимости (ЭМС) [4, 5], тщательно настроили к этим крайне важным испытаниям аппаратуру, нашли соответствующую лабораторию и подготовились сами [5], запаслись шампанским… Вы полны решимости одержать победу, а иначе зачем было все начинать? И вдруг… провал. В разработанном или изготовленном вами изделии найдено несоответствие. Как уже говорилось в одной из первых частей этой серии, в жизни всякое бывает и очень часто, надо идти дальше, еще не все потеряно и триумф ждет впереди. Как отмечал немецкий философ Фридрих Ницше, «что не убивает меня, то делает меня сильнее». А значит, как минимум вы приобрели ценный опыт. Опустим первый традиционный вопрос «кто виноват?», тут можно быть спокойным, ответ найдут очень быстро, а мы перейдем ко второму — «что делать?», который не так ясен.

Во-первых, не паниковать. Во-вторых, не обвинять испытательную лабораторию в некомпетентности. Да, у них бывают ошибки, но часто это не их вина, а ваш недосмотр — не предоставили всего комплекта документации, не дали всех инструкций, не показали персоналу, как подключать вспомогательное оборудование. Помните, изделие ваше, вы провели с ним не часы, а недели, а лаборатория столько времени не имела, для нее ваше изделие нечто совершенно новое. В одной из предыдущих частей данной серии было сказано, что испытательная лаборатория, хотя там и работают живые люди, — это инструмент. Вы же не обижаетесь на тестер или осциллограф, если он показал не то, что вам хочется? Так что, повторюсь, сначала надо не паниковать, а думать и искать причину. Ведь лаборатория, как и вы, заинтересована в положительном результате испытаний, но в случае обнаруженного несоответствия вы не сможете «договориться», поэтому даже не пытайтесь просить ее сказать про черное — белое, на кону ее репутация и ее бизнес. Но по своему опыту как переводчик и соавтор статьи могу отметить, что в европейских испытательных центрах, в отличие от квалификационных и государственных испытаний, проходивших в советский период, никто не занимается, что называется, «блохоловством». Поэтому, например, превышение в 0,1 дБ просто спишут на погрешность измерения. Доработка, если она помогает, будет учтена и задокументирована (обычно фотофиксацией), а вы возьмете обязательство внести коррективы в документацию и передать изменения в лабораторию на хранение. Выполнение повторных испытаний, как правило, от вас не потребуется.

Тем не менее сбрасывать со счетов ошибку персонала нельзя, и если у вас есть четкие и подкрепленные аргументами подозрения, надо твердо стоять на своем. В моей практике был аналогичный случай. В одном из зарубежных испытательных центров зафиксировали отказ нашего оборудования специального назначения. Отказ был проанализирован, и мы аргументировано показали, что есть нарушение в подключении вспомогательного оборудования. Проблема состояла в том, что нас не допустили в саму испытательную лабораторию центра из-за ограничения уровня нашего допуска. Персонал центра перепроверил подключения и доложил, что все верно, а изделие отказало. Мы стояли на своем и буквально сказали, что либо нас допускают к оборудованию, либо выносят из центра за руки и за ноги. Поскольку у нас уже сложились хорошие отношения с высшим руководством, на второй день нас допустили в их святая святых. В итоге оказалось, что на внешнем блоке управления не активировали один из тумблеров, расположенный не на передней, а на тыльной панели. Его включили, и испытания закончились успешно.

Наибольшие риски при проведении испытаний на соответствие требованиям по ЭМС несут не кондуктивные, то есть наведенные, помехи (хотя и они являются причиной головной боли разработчиков), а собственно излучаемые ЭМП. Сегодня со всеми нашими высокоскоростными цифровыми схемами внутри электронных продуктов можно точно гармонизировать тактовую частоту с другими частями схемы, использующими импульсы с высокой крутизной фронтов, что в совокупности становится источником излучения электромагнитных полей, а в нашем случае — помех. Так что, как правило, причина несоответствия — либо излучение кабеля, либо утечка электромагнитного излучения из щелей или отверстий в корпусе. Однако, имея информацию о несоответствии требованиям, которую предоставила вам испытательная лаборатория, прежде чем заниматься корпусом и кабелями, еще раз внимательно посмотрите и на схему и на конструкцию. У меня был случай, когда уже серийное изделие отказало на испытаниях по ЭМС, причем вся партия, хотя ранее никаких проблем не было. Причину выявили при осмотре — пермаллоевый экран, накрывающий мощный трансформатор, оказался не отожженным и не выполнял свою функцию, но поскольку он был установлен на всей партии, то никто, кроме главного конструктора, а им был переводчик и соавтор статьи, разницы в структуре материала не заметил. Экраны отожгли, и проблема исчезла.

Ниже приведен полезный и удобный в работе перечень мероприятий, который можно использовать либо в целях предварительной проверки перед тестированием на ЭМС, либо как проверку после неудачи на испытаниях. Часы в испытательной лаборатории тикают, не останавливаясь, отмеряя не столько минуты, сколько ваши деньги, но благодаря тому, что такой перечень и рекомендации будут краткими и точными, вы не потратите на их выполнение слишком много времени.

В качестве обещанного вниманию читателей представлены выдержки из книги «EMI Troubleshooting Cookbook for Product Designers» («Настольная книга для дизайнеров продуктов с ЭМП»), написанная совместно Патриком Андре (Patrick André) и автором настоящей статьи Кеннетом Уайтом [7].

 

Что нужно проверить при обнаружении несоответствия по уровню излучения ЭМП

Сначала необходимо обратить внимание на следующее:

  • Для частот ниже 200 МГц наиболее вероятным источником излучения являются кабели, поскольку на более низких частотах длины волн большие, именно провода становятся для них лучшими антеннами.
  • Помехи с частотами выше 200 МГц, вероятнее всего, могут исходить от шасси. Чем выше частота, тем больше вероятность, что источниками излучения будут именно шасси устройства или его монтажная плата (если нет шасси или этот узел выполнен в виде открытой стойки). Заметьте, речь идет не о генерации, а именно об источниках. Помеха может быть сгенерирована там, где меньше всего ожидаешь, — не генератором тактовой частоты или в DC/DC-преобразователе, что достаточно обычно, а, скажем, в собственном преобразователе изолированного интерфейса, как в примере, описанном в [9].
  • Убедитесь, что все экранированные кабели имеют низкоимпедансное подключение, причем на своих обоих концах. Удостоверьтесь, что все экраны имеют прямой непосредственный контакт с шасси или заземленным разъемом. Избегайте применения экранированных кабелей с заземленным одним концом и плетенки для их подключения, если только в этом нет абсолютной необходимости, обусловленной конструктивными требованиями.
  • При использовании плетенки для соединения экранированного кабеля убедитесь, что она выполнена максимально короткой. Правильный пример такого подключения показан на рис. 1.
  • Удостоверьтесь, что металлические детали корпуса имеют надежный контакт между собой (приемлемое сопротивление не должно превышать 10 мОм, но чем меньше — тем лучше), без краски или других покрытий, смазки или грязи, коррозии или окисления, что может повысить сопротивление такого контакта. Учитывайте и то, что низкое сопротивление должно сохраняться в течение всего времени эксплуатации устройства. Имейте также в виду, что сварка черного металла не обеспечивает столь низкого переходного сопротивления, а точечная сварка стали, как и заклепки (особенно при наличии физических нагрузок), в этом случае вообще неэффективны.
  • Проверьте, что каждая цепь подключения питания, выходящая из оборудования, фильтруется, а фильтр расположен рядом с точкой ввода или выхода такой цепи из оборудования.
  • Если вы испытываете коммерческое оборудование на выполнение требований FCC, CE и т. д. [2] и повышенный уровень излучения на антенну с вертикальной поляризацией зафиксирован на частотах ниже 80 МГц, то попробуйте отсоединить кабель питания от контакта с «землей». Это уменьшит путь связи от изделия до антенны через плоскость заземления. И наоборот, попробуйте увеличить контакт с плоскостью заземления и посмотреть, повышается ли уровень излучения.
  • Если к устройству подключено вспомогательное оборудование, убедитесь, что оно не является источником помех. Если возможно, выключите вспомогательное оборудование. Или выключите испытуемое оборудование и оставьте включенным только вспомогательное оборудование. Если помехи остаются, их источником может быть не тестируемое оборудование, а вспомогательное.
    Подключение экранирующей оплетки силового кабеля

    Рис. 1. Подключение экранирующей оплетки силового кабеля

 

Типичные источники проблем

Большинство изделий не проходит проверку на уровни излучения из-за излучающих кабелей или проблем с их корпусами. Вот некоторые моменты, которые можно быстро проверить.

Излучение кабелей

I/O‑кабели (портов входа/выхода) или силовые кабели, как правило, излучают высокочастотные гармоники из-за плохого соединения их экрана с шасси или корпусом, отсутствия адекватной фильтрации или когда они просто «проталкиваются» через отверстие в экранированный корпус. Как правило, если присутствуют отказы на частотах ниже 200 МГц, это указывает на излучение кабеля. Причина, по которой излучение низкой частоты исходит от кабелей, состоит в том, что для создания хорошей антенны необходима некая физическая длина. И чем она больше, тем эффективнее такая «антенна» может передавать излучение. Обычно кабели являются самой «длинной» частью оборудования и, следовательно, источником большинства низкочастотных излучений и поводом для возникновения проблем в этом частотном диапазоне. Так, в примере, описанном в [9], помеха вышла наружу по кабелю к интерфейсу (рис. 2). Как можно видеть из представленного рисунка, обнаружить это было непросто. Как и где «искать» — будет рассказано далее.

Электромагнитная помеха с пиком частоты 300 МГц вышла по интерфейсному ленточному кабелю

Рис. 2. Электромагнитная помеха с пиком частоты 300 МГц вышла по интерфейсному ленточному кабелю. Изображение предоставлено компанией «Модуль 98»

Металлическое шасси и корпус

Излучение на более высоких частотах (обычно свыше 200 МГц) чаще всего возникает из-за излучения металлического шасси и корпуса оборудования. На этих, более высоких частотах кабели ввода/вывода в связи с их индуктивной составляющей обычно имеют более высокий, чем шасси, импеданс, а следовательно, и меньшую тенденцию к излучению. Единственное исключение — случай, когда тестируемое оборудование отличается крупными габаритами. Так, металлический шкаф высотой более 2 м, который опирается на плоскость заземления, может иметь четвертьволновой резонанс на частотах около 30–40 МГц.

Стыки

Один из распространенных источников проблем — стыки корпуса. Печатные платы внутри устройства могут создавать токи на внутренней поверхности шасси. Эти высокочастотные токи вытекают из стыков или зазоров, а затем распространяются по внешней части шасси или корпуса оборудования. Таким образом, весь корпус становится хорошей передающей антенной. Исключением является то, что большая часть тока может быть возвращена источнику, очень близкому к точке, где она соединена с шасси. Вот почему предпочтительно использовать байпасную емкость на монтажной плате или на плоскости обратной связи платы, которые хорошо связаны с корпусом.

Еще один метод, однажды примененный переводчиком статьи, заключался в следующем. В изделии был целый жгут проводников, которые требовалось подключить к корпусу. Если их подключали частями — мы тонули в помехах. Выход был найден, когда все провода соединили вместе и уже опытным путем нашли на шасси оптимальную точку заземления.

Когда высокочастотные токи текут внутри корпуса оборудования и приходят к месту стыка или шву, они должны иметь возможность беспрепятственно перетечь через этот шов. Импеданс даже в несколько миллиом приведет к падению напряжения на таком стыке, а в результате создаст сильное электрическое поле, которое будет излучаться в пространство. Обратите внимание, что горизонтальный шов имеет градиент напряжения или вектор сверху вниз, создавая вертикально поляризованное электрическое поле, а вертикальный шов генерирует доминирующее горизонтально поляризованное поле. Хорошая методика устранения неполадок — отметить поляризацию поля помехи (что допустимо только при использовании антенны для электрического поля) и определить, может ли она быть вызвана некачественным швом.

Если в изделии предусмотрен жидкокристаллический (ЖК) дисплей, утечка иногда возникает по краям такого дисплея. Во многих случаях ЖК-дисплеи плохо связаны с корпусом и могут выступать в качестве передающей антенны. Другие области утечки — щели между подсоединяемыми дочерними картами (как в типичном корпусе ПК) или вентиляционными отверстиями.

В том случае, если в устройстве есть двигатели, не забывайте и о них. Они тоже источники ЭМП, особенно это касается коллекторных двигателей, тут обязательно нужны помехоподавляющие элементы, установленные непосредственно на выводах самих двигателей.

 

Устранение неисправностей в испытательной лаборатории

При проведении испытаний на выполнение требований по ЭМС бывает необходимо (и это достаточно распространенное явление) устранить недопустимые излучения в самой испытательной лаборатории. Есть несколько моментов, о которых надо знать и обязательно сделать.

Следует настоять, чтобы у вас была возможность видеть показания на экране анализатора спектра. Это может быть проецируемое изображение того, что происходит внутри экранированного камеры, или анализатор, подключенный к оборудованию, находящемуся в камере. Если единственным вариантом является монитор, расположенный за дверью экранированный комнаты, а дверь для осмотра необходимо открыть, то убедитесь, что вы наблюдаете именно вашу помеху и это не окружающий сигнал от FM-вещания, сотовых телефонов или цифрового телевидения. Вероятно, вам придется на время выключить ваше оборудование, чтобы удостовериться, что помеха ваша.

Когда вы участвуете в оценке уровня помех, убедитесь, что вы сами, своим телом, не влияете на ход измерения уже просто тем, что находитесь в камере. Как только вы войдете, то измените структуру поля и уровни излучения не будут такими, как прежде. Да и положение (имеется в виду ориентация) тестируемого оборудования уже может оказаться не в максимально худшем положении, как требуется для испытаний изделий коммерческого назначения [4]. Кроме того, на результат способны повлиять даже небольшие перемещения кабелей и блоков, поэтому имейте в виду факт, когда вы чувствуете, что было достигнуто улучшение. Оно могло стать следствием изменения положения по углу или из-за перемещения устройства.

Не вставайте между антенной и оборудованием. Человеческое тело — это замечательный поглотитель радиочастотных сигналов.

При приближении к месту излучения помехи, как только оно будет обнаружено, убедитесь, что вы точно его определили. Укажите всем участвующим в процессе, где им стоять, и убедитесь, что они не двигаются. Их движение и изменение вашего положения повлияют на исследование.

Для поиска источника излучения прежде всего начните с захвата кабелей руками (если это безопасно). Таким простым способом, если кабели являются основными излучателями ЭМП, вы сможете быстро определить проблемный кабель. Достаточно просто обжать его рукой и отпустить, если уровень помех падает при захвате — это он, голубчик. Но тут нужна известная сноровка, и во время процедуры сводите к минимуму движения, поскольку они способны менять настройку поля испытательной камеры. Кроме того, для подъема кабелей, чтобы не вступать с ними в непосредственный контакт, потребуется деревянная или пластиковая палочка, минимизирующая ваше влияние на кабели. Для этой цели лучше использовать что-то наподобие хоккейной клюшки, позволяющей находиться на расстоянии от устройства, сводя к минимуму ваше воздействие на поле, излучаемое кабелями. Таким образом, любые изменения, которые вы видите, будут связаны только с движением кабеля.

Довольно часто возникает ситуация, когда кабели ввода/вывода подсоединены к испытуемому изделию, но оказываются отключенными на противоположном конце. Попробуйте отключить их по одному и делайте это до тех пор, пока все не используемые во время тестирования кабели не будут отключены. Это также поможет определить, какой кабель или кабели излучают ЭМП. Здесь необходимо учитывать, в какой полосе частот обнаружена помеха. Дело в том, что на относительно низких частотах до нескольких десятков мегагерц лучшее экранирование обеспечивает оплетка, главным образом за счет своей толщины. Однако затем экранирующие способности оплетки резко падают и становятся почти неприемлемыми еще до 100 МГц. В то же время фольга имеет плоскую амплитудно-частотную характеристику, сохраняя удовлетворительные экранирующие способности в очень широком диапазоне, вплоть до гигагерц (рис. 3) [12].

Коэффициенты экранирования оплетки и фольги

Рис. 3. Коэффициенты экранирования оплетки и фольги

Если кабели не вызывают проблемы и с них сняты все подозрения, попробуйте, при условии, что это безопасно, коснуться руками корпуса или шасси оборудования. При необходимости нажмите и прижмите корпус изделия, чтобы убедиться, что металлические детали хорошо пригнаны, или постарайтесь их приоткрыть. В этом случае можно увидеть, что излучение ЭМП резко падает или возрастает, то есть где-то имеется щель или отсутствует контакт и экранирование изделия нарушено. Причина в том, что даже кажущиеся хорошо контактирующими поверхности на самом деле такими не являются (рис. 4а), но ситуацию удается исправить, разместив между ними специальные токопроводящие материалы (рис. 4б) [12], ранее для этого закладывали плетенку во фрезерованные канавки. Во время обследования обратите внимание и на наличие покрытий (краски), дефектов литья или штамповки, которые могут быть на стыках металлических экранов. Если вы используете крепеж, то, например, в компании «Модуль‑98» вместо шайб Гровера с успехом использовались шайбы типа «звездочка», которые обеспечивали более надежный контакт.

Решение проблемы неидеальности контакта металлических поверхностей путем использования проводящих прокладок WE-LT компании Würth Elektronik

Рис. 4. Решение проблемы неидеальности контакта металлических поверхностей (а) путем использования проводящих прокладок WE-LT компании Würth Elektronik (б)

Важность такого контакта можно продемонстрировать примером из жизни. При испытании одного из первых на территории СНГ блоков бесперебойного питания, аналогичных знаменитым Smart-UPS компании APC (США) и созданных компанией, где работал переводчик статьи, обнаружился повышенный уровень ЭМП. Помеха была обычной — от тактового генератора, а причиной повышенного уровня оказалась именно краска в местах крепежа крышки корпуса. После ее удаления уровень помехи упал ниже требуемого, причем с достаточным технологическим запасом.

Убедитесь, что вспомогательное оборудование не повреждено и функционирует должным образом. Пример такого «отказа» на испытаниях был представлен в самом начале статьи. Если возможно, выключите его, без отсоединения основных частей испытуемого оборудования. Если нет, попытайтесь поменять основное и вспомогательное оборудование ролями и выключите тестируемое оборудование, оставив вспомогательное. Остается ли проблема? Если да, причина кроется во вспомогательном оборудовании. Это может быть и в случае, если вспомогательное оборудование находится вне камеры. Кабели, проходящие извне внутрь, могут содержать значительное количество радио-частотной энергии, которая ретранслируется внутри камеры. Удостоверьтесь, что кабели выполнены должным образом и имеют фильтры, экранированы или организованы так, чтобы избежать возможных проблем с ЭМС. Иногда установка на длинных кабелях серии из нескольких ферритовых дросселей может эффективно «удалить» их от воздействия на реальную систему или продукт, находящийся в процессе испытания. Вот почему мы писали об этом, когда затрагивали вопросы подготовки к испытаниям [4]. Если же нельзя отключить испытуемое или вспомогательное оборудование, попробуйте изменить нагрузки, состояние работы, скорость передачи данных или другие функции и следить за изменениями уровня ЭМП. Здесь бывает полезно использование в шине тактовой частоты низкоомных последовательных резисторов, которые уменьшат крутизну фронтов, но только если это допустимо.

Что касается кабелей, тут возможны всякие чудеса. В качестве примера из практики — «отказ» изделий по причине обрыва в соединительном кабеле, предоставленном испытателями. Неприпаянный провод был «пойман» осциллографом по факту нарушения дифференциального сигнала, но вскрывать кабель пришлось буквально силой и с помощью далеко не инженерного сленга.

Здесь может помочь непроводящий пластиковый или деревянный крючок, например для вязания. Используйте его, чтобы вытащить отдельные провода из комплекта кабелей. Если это безопасно, вы можете притронуться к проводам пальцами, чтобы определить, изменились ли уровни излучения, когда вы касаетесь и отпускаете провод.

Один из лучших способов идентификации излучающих кабелей — измерение синфазного тока в проводах или экране кабеля. Зажимая кабель или провод токовыми клещами со спектральным анализатором максимально близко к блоку, можно измерить высокочастотный ток, наведенный на проводах, который хорошо коррелируется с излучаемыми ЭМП. Фактически для электрических коротких кабелей (менее четверти длины волны) можно предсказать электронное поле в В/м, сравнимое с пределами, установленными стандартами.

Подумайте также и о покупке пары длинных алюминиевых вязальных спиц. Максимально возможно оберните одну из них изоляционной лентой, для этого подойдет обычная лента, используемая электриками. Полученное приспособление пригодится для зондирования разъемов, штырьков разъема, монтажных плат, корпусов и частей шасси — надо прикоснуться к ним проводящим концом вязальной спицы. Естественно, необходимо соблюдать особую осторожность при зондировании разъемов с малым шагом и избегать коротких замыканий. Когда вы выполняете эту процедуру, следите за увеличением или уменьшением излучения. Оба результата помогут идентифицировать чувствительную область, которую предстоит исследовать более тщательно. Вместо вязальных спиц подойдет шнурок от мультиметра или штырьковый разъем с припаянной к нему проволокой. При подключении к чувствительной области они даже проще и эффективнее в использовании, поскольку провод может быть ориентирован в том же направлении, что и поляризация испытательной антенны.

Еще одним «средством последней надежды», о чем мы также писали ранее в [4], является алюминиевая и медная фольга. Ею можно обмотать оборудование малого и среднего размера, чтобы экранировать его. Учтите, что алюминиевая фольга мягче, чем медная, хотя и не столь эффективная, но удобство ее применения несомненно. Поскольку необходимо покрывать значительные площади, лучше обойтись без медной или алюминиевой ленты на клеевой основе. Цельная фольга, в отличие от токопроводящей ленты, не страдает от образования переходного импеданса. То есть при использовании металлических лент с токопроводящими клеями помните, что клей, хоть он и токопроводящий, на самом деле, извините за тавтологию, не очень-то и проводящий, тем более на высоких частотах. Ну, во всяком случае не насколько, как того бы хотелось. По мере того как вы накладываете ленту на ленту, возникающее в результате наращивание импеданса может значительно снизить эффективность экрана. А вот алюминиевая фольга без каких-либо покрытий улучшит эту связь на порядки.

Для большей эффективности алюминиевой фольги сложите ее швы в несколько раз, как при заделке швов на швейной машинке. Подключите фольгу к любым разъемам и экранам кабеля. Чтобы обеспечить связь, используйте соединительные провода или нейлоновые кабельные стяжки вокруг разъемов. Если помехи продолжают излучаться, попробуйте подключить фольгу к проводящей плоскости заземления (да, к полу, если он служит в качестве заземления). Если излучение продолжается, то, вероятно, кабели все еще остаются проблемой и необходимо повторить поиски.

Если же проблема устранена, значит, причина в корпусе. Медленно снимайте алюминиевую фольгу с мест, которые, по вашему мнению, менее подвержены проблемам, например, над сплошными панелями без дисплеев или разъемов. В последнюю очередь освобождайте от экранирующей фольги разъемы и дисплеи. Каждый раз, когда вы снимаете часть фольги, проверяйте, появились ли выбросы излучения или они все еще остаются низкими. Часто это лучше всего выполнять, наблюдая за монитором, на котором видны уровни ЭМП.

Гибкие поглощающие ЭМП листы, производимые компанией Würth Elektronik: WE-FAS EM и WE-FSFS

Рис. 5. Гибкие поглощающие ЭМП листы, производимые компанией Würth Elektronik:
а) листы материала WE-FAS EMI;
б) листы материала WE-FSFS

Здесь необходимо заметить, что кроме фольги в распоряжении разработчиков имеется еще ряд полезных и удобных материалов, например гибкие поглощающие материалы компании Würth Elektronik [10] (рис. 5), которые обладают высоким собственным сопротивлением и которые можно легко наклеить прямо на токопроводящие элементы. А также сетки или экранирующие полотна, в частности компании Aaronia (рис. 6) [11]. Переводчиком и соавтором данной статьи в ряде проектов успешно использовались подобные полотна на основе чистой меди и никелевого сплава, а также наносимые поглощающие покрытия в виде краски. Такие «ткани» могут эффективно закрыть, скажем, отверстия для вентиляторов, при этом выполняя роль воздушного фильтра.

Экранирующие материалы и полотна компании Aaronia

Рис. 6. Экранирующие материалы и полотна компании Aaronia

Однако фольга остается средством последней надежды. В примере на рис. 2 вначале действительно была применена фольга: интерфейсный кабель обмотан фольгой, а блок включения/выключения (ON_OFF UNIT), где находился изолированный интерфейс, был также обклеен фольгой. Понятно, что это было не решение, а, как говорится, «припарка». И хотя испытательная лаборатория с этим согласилась, не согласились мы. Анализ показал, что проблема в неправильно спроектированном интерфейсе. Он был перепроектирован [9] и выделен в отдельный экранированный узел (рис. 7), испытательной лаборатории было направлены техническое обоснование и комплект документации. После рассмотрения нашего предложения оно было принято без подтверждения повторными испытаниями, и от крайне неудобного экранирования мы отказались.

Переработанный узел изолированного интерфейса с кабелем (ленточный кабель с синим разъемом), помеха от которого ранее привела к отказу изделия на сертификационных испытаниях.

Рис. 7. Переработанный узел изолированного интерфейса с кабелем (ленточный кабель с синим разъемом), помеха от которого ранее привела к отказу изделия на сертификационных испытаниях. Изображение предоставлено компанией «Модуль 98»

Для поиска мест излучения ЭМП переводчиком и соавтором настоящей статьи эффективно использовались два самодельных датчика. Первый представлял собой катушку в пластиком корпусе, а второй — аналогичную, но в латунном. Первая принимала на себя магнитную и электрическую составляющую ЭМП, а вторая — только магнитную. Датчики подключались к осциллографу и путем их перемещения определялись места излучения и выхода ЭМП. Это было примитивно, но вполне эффективно.

И еще один, уж совсем необычный подход, который однажды сработал в испытательном центре ВНИИРПА им. А.  С. Попова. У нас было выявлено несоответствие по одному параметру одного из первых в СССР музыкальных центров высшего класса. Мы не могли найти причину и оставили решение до утра. Все устали, да и утро вечера мудренее, и отзывать изделие с испытаний я, как его главный конструктор, не хотел. Утром параметр вложился в норму. Объяснить это никто не мог, лаборатория была опечатана, изделие тоже опломбировано, мы к нему не подходили, нас просто к нему не подпускали. Но факт есть факт — не менее десяти измерений показали соответствие с небольшим, но вполне приемлемым запасом, при выпуске продукции проблем с данным параметром также не было. Возможно, это был известный всем разработчикам «генеральский эффект», только наоборот.

 

Заключение

Тестирование продукта на соответствие требованиям EMC в сторонних испытательных лабораториях может быть воистину мучительным опытом. Излучаемые ЭМП, как правило, представляют собой наиболее рискованное и трудно прогнозируемое явление. Авторы этой статьи надеются, что приведенные рекомендации и примеры смогут принести пользу в вашем будущем тестировании, и вы заготовили шампанское не зря.

А если проблему вот так с ходу, «чапаевским методом», решить все же не удалось? Можно, конечно, утешить себя тем, что не вы одни такие, у других бывало и похуже. Но от такого утешения пользы никакой. Лучше снова проанализировать схемотехническое и конструктивное решение. На практике переводчика и соавтора настоящей статьи подобный случай произошел в начале нулевых. Главный конструктор сложного комплекса уделил основное внимание созданию технологии распознавания образов, программному обеспечению, графическому интерфейсу, видеоадаптеру собственной разработки, центральной ЭВМ и прочим «главным» вопросам. Уровень несоответствия требованиям по ЭМС, выявленный в одной из европейских лабораторий, оказался настолько критическим, что потребовал глобальной переработки изделия, на что ушло восемь месяцев. Понадобились новая разводка печатных плат, помехоподавляющие элементы на платах, фильтры на интерфейсах и экранирование выносных рабочих мест с сенсорными дисплеями плюс ряд дополнительных испытаний на месте. Зато, как небольшое утешение, комплекс получился намного лучше, кроме того, мы приобрели бесценный опыт.

Так что главное — не отчаивайтесь и не опускайте рук. Для получения дополнительных предложений по выполнению требований и испытаниям на соответствие по ЭMC обратитесь к [7, 8] и еще раз изучите рекомендации, приведенные в данной статье и в публикации [6]. Проанализируйте все, составьте план мероприятий по устранению проблем — и за дело. Не бойтесь кардинальных решений, не ограничивайтесь «припарками» — их время прошло и пользы они не приносят. Если надо заново развести плату, залить «земли», добавить помехоподавляющие элементы или изменить корпус, установить фильтры и конденсаторы, то, поверьте, лучше это сделать сразу, а не потом, после возврата изделия уже с повторных испытаний

Литература
  1. Рентюк В. Электромагнитная совместимость: проблема, от решения которой не уйти // Компоненты и технологии. № 7.
  2. Wyatt K. Troubleshooting Radiated Emission at the EMC Lab. Technical Services LLC.
  3. 2017 EMC Testing Guide. Interference Technology Guide Series, 2017 ITEM Media.
  4. Рентюк В. Что нужно знать об испытаниях на выполнение требований по ЭМС для изделий коммерческого назначения // Компоненты и технологии. 2017. № 7.
  5. Петит Г. Что нужно знать по испытаниям на выполнение требований ЭМС для изделий военного и аэрокосмического назначения. Краткий обзор // Компоненты и технологии. 2017. № 8.
  6. Петит Г. Что требуется при подготовке изделия для испытаний, как их проводят и чем они заканчиваются // Компоненты и технологии. 2017 № 9.
  7. André, Wyatt K. EMI Troubleshooting Cookbook for Product Designers. SciTech Publishing, 2014.
  8. 2017 EMC Precompliance Test Guide, Interference Technology.
  9. Рентюк В. Практические вопросы применения ИМС изолированного интерфейса в части выполнения требования по электромагнитной совместимости // Компоненты и технологии. 2015. № 3.
  10. Рентюк В. Решение проблемы магнитного экранирования на примере материалов компании Würth Elektronik // Компоненты и технологии. 2015. № 8.
  11. www.aaronia.com/products/shielding-screening/
  12. Fölkel L. Effective EMI shielding concepts. Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. ANP043c, 2016-06-06. LF.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Дополнительный материал