Laboratorium Kompatybilności Elektromagnetycznej Analizy zakłóceń elektromagnetycznych w zakresie częstotliwości radiofalowych RF EMI10 EMI EMC Training System AMITEC ELECTRONICS LTD. URUCHAMIANIE SPRZĘTU EMC: ANALIZATOR-OSCYLOSKOP 1. Podłączyć analizator EMC oraz oscyloskop (CRO) do AC zasilania za pomocą przewodów zasilających. Włączyć urządzenia. 2. Załączyć oscyloskop (CRO) w tryb działania XY (odbywa się to poprzez wyłączenie wewnętrznej podstawy czasu na CRO). W Menu DISPLAY ustawić FORMAT: XY. Sprawdzić poprawność ustawienia CRO. 3. W trybie XY na oscyloskopie (CRO) będzie wyświetlana tylko plamka na ekranie LCD. 4. Dostosować kontrast w CRO, aby uzyskać wyraźnie widoczny punkt na ekranie. 5. Dostosować przełącznik AC/DC/GND w oscyloskopie obu wejść CH1 (X) oraz CH2 (Y) do DC. 6. Ustawić wzmocnienie kanału CH1 na 500 mv/dz. 7. Ustawić wzmocnienie kanału CH2 na 500 mv/dz. 8. Pokrętłami regulacji obrazu w pionie i poziomie ustawić pozycję plamki na dole środkowej (głównej) pionowej linii siatki na ekranie oscyloskopu (jak na rys.1). Rys. 1. Ustawienie plamki na oscyloskopie (do współpracy z Analizatorem) 9. Połączyć przewód BNC-BNC z wyjścia HORIZONTAL analizatora EMC do wejścia CH1 lub inaczej odchylania poziomego (X) oscyloskopu. CRO zacznie wyświetlać linię poziomą.
10. Połączyć przewód BNC-BNC z wyjścia VERTICAL analizatora EMC do wejścia CH2 lub inaczej odchylania pionowego (Y) oscyloskopu. 11. Na osi pionowej oscyloskopu podłączonego do Analizatora można odczytywać poziom sygnału (widma częstotliwości) wyrażony w db. EMC analizator jest skalibrowany w ten sposób, aby odczytać 500 mv na skali pionowej oscyloskopu jako 10 db, czyli inaczej na osi pionowej jest 10 db/dz. 12. Pokrętło SWEEP (WIDTH) ustawić w prawym skrajnym położeniu. 13. Na analizatorze ustawić pokrętłem COARSE częstotliwość na wartość 0 MHz, za pomocą pokrętła FINE dostroić bardziej dokładnie do tej wartości. Linia przebiegu pokrywająca się ze środkową pionową linią siatki (osią główną) ma częstotliwość 0 Hz. Zapamiętać, który to jest fragment przebiegu. 14. Na analizatorze ustawić pokrętłem COARSE częstotliwość na wartość 250 MHz, za pomocą pokrętła FINE dostroić bardziej dokładnie do tej wartości. 15. Pokrętłem SWEEP (WIDTH) regulować w ten sposób, aby linia przebiegu odpowiadająca częstotliwości 0 Hz pokryła się ze skrajną lewą pionową linią siatki. 16. Przełącznik MARKER ustawić w położenie ON. Pokrętłem TUNE regulować do momentu pokrycia się ruchomej pionowej linii z pionową (główną) linią siatki. Przełącznik MARKER ustawić w położenie OF. 17. Na osi poziomej oscyloskopu jest częstotliwość widma sygnału. Przy kalibracji przyrządów (dla ustawienia analizatora na 250 MHz) początkowi osi poziomej na oscyloskopie (lewe skrajne położenie) odpowiada częstotliwość 0 Hz, a końcowi (prawe skrajne położenie) odpowiada częstotliwość 500 MHz. Na środku skali jest zatem 250 MHz. Zmieniając częstotliwość na Analizatorze następuje przesuwanie poziome sygnału widmowego wskazywana na wyświetlaczu analizatora częstotliwość odpowiada punktowi przebiegu występującemu na pionowej osi głównej siatki na oscyloskopie. Można w takiej sytuacji na środkowej linii pionowej siatki oscyloskopu odczytać poziom sygnału dla wskazywanej na wyświetlaczu analizatora częstotliwości. Zmieniając częstotliwości na Analizatorze można zatem na środkowej linii pionowej siatki odczytać poziomy składowych sygnału dla nastawionych częstotliwości. 18. Częstotliwość dowolnego punktu przebiegu można również odczytać załączając przełącznik MARKER w pozycję ON i ustawiając pokrętłem TUNE ruchomy znacznik (linię pionową) w miejscu rozważanego punktu przebiegu. Częstotliwość odpowiadająca danemu punktowi wskazywana jest na wyświetlaczu Analizatora. 19. Maksymalna czułość urządzenia ma miejsce, gdy na wejściu RF analizatora EMC nie są połączone tłumiki.
# Eksperyment 1 (E1F2) Pomiar skuteczności ekranowania materiałów. Sprzęt wymagany: Sondy pola magnetycznego bliskiego M1 i M2, źródło odniesienia (Emissions reference source), analizator EMC, oscyloskop, pojemnik ekranowany (Shielded Can) 1. Oscyloskop połączyć z Analizatorem (i skalibrować zgodnie z procedurą). 2. Podłączyć sondę pola magnetycznego bliskiego M1 (przy pomocy przewodu łączącego) do wejścia (50 Ohm) analizatora EMC. 3. Podłączyć sondę pola magnetycznego bliskiego M2 (bezpośrednio) do źródła odniesienia (Emissions reference source). Zasilić za pomocą adaptera źródło odniesienia. Przełącznik w źródle ustawić na 50 MHz. 4. Ułożyć sondy jedna nad drugą koncentrycznie, oddalone od siebie o ok. 10 mm (rys. 1.1b). 5. Ustawić analizator EMC na częstotliwości 50 MHz. 6. Dokonać pomiaru poziomu sygnału (powinno być ok. 60 db). 7. Umieścić płytkę ekranu (pojemnika ekranowanego - shielding can) między dwiema sondami pętlami (rys. 1.1). a) b) Rys. 1.1. Układ sond pola magnetycznego i badanej płytki materiału ekranującego 8. Dokonać pomiaru poziomu sygnału (powinno być np. 40 db). 9. Skuteczność ekranowania danego materiału w danych warunkach testu (w podany powyżej sposób badania) wynosi 20 db przy 50 MHz. 10. Podobnie powtórzyć eksperyment dla innych częstotliwości, np. 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500 MHz. 11. Analogiczne badania przeprowadzić dla płytek z innych materiałów (miedzianej, aluminiowej itp.). Rezultat: Skuteczność ekranowania materiału pojemnika ekranowanego (Shielded Can) w danych warunkach testu wynosi 20dB przy 50MHz. Porównać wyniki uzyskane dla innych częstotliwości oraz dla płytek z innych materiałów.
# Eksperyment 2 (E4F5) Zaburzenia indukowane w przewodach przez PM. Sprzęt wymagany: Sonda pola magnetycznego bliskiego M1, źródło odniesienia (Emissions reference source), analizator EMC, oscyloskop, przewód nieekranowany (ze złączem pozwalającym na połączenie z analizatorem) 1. Oscyloskop połączyć z Analizatorem (i skalibrować zgodnie z procedurą). 2. Podłączyć przewód nieekranowany do wejścia (50 Ohm) analizatora EMC. 3. Ustawić analizator EMC na częstotliwość 50 MHz. 4. Ułożyć na stole rozprostowany przewód i odczytać na pionowej środkowej (głównej) linii siatki oscyloskopu wartość poziomu sygnału. 5. Ustawienia częstotliwości na analizatorze zmieniać w zakresie 50-500 MHz, co 50 MHz, dla każdej częstotliwości odczytując wartość poziomu sygnału. 7. Podłączyć sondę pola magnetycznego bliskiego M1 (bezpośrednio) do źródła odniesienia (Emissions reference source). Zasilić za pomocą adaptera źródło odniesienia. Przełącznik w źródle ustawić na 50 MHz. 8. Sondę ułożyć nad rozprostowanym przewodem. 9. Ustawienia częstotliwości na analizatorze zmieniać w zakresie 50-500 MHz, co 50 MHz, dla każdej częstotliwości odczytując wartość poziomu sygnału. 10. Przewód zwinąć tworząc 2-3 zwoje i na analogicznej jak poprzednio wysokości ułożyć sondę nad zwojami przewodu. 11. Ustawienia częstotliwości na analizatorze zmieniać w zakresie 50-500 MHz, co 50 MHz, dla każdej częstotliwości odczytując wartość poziomu sygnału. Rezultat: Ocenić wpływ zmian ułożenia przewodu i sondy generującej pole magnetyczne na poziom zakłóceń indukowanych w przewodzie przez zmienne pole magnetyczne.
# Eksperyment 3 (E3F4) Skuteczność działania tłumika ferrytowego. Sprzęt wymagany: Tłumik ferrytowy (Ferrite Suppressor), źródło odniesienia (Emissions reference source), analizator EMC, oscyloskop 1. Oscyloskop połączyć z Analizatorem (i skalibrować zgodnie z procedurą). 2. Podłączyć (przy pomocy przewodu łączącego) źródło odniesienia (Emissions reference source) do wejścia (50 Ohm) analizatora EMC. Zasilić za pomocą adaptera źródło odniesienia. Przełącznik w źródle ustawić na 50 MHz. 3. Ustawić analizator EMC na częstotliwość 50 MHz. Dokonać odczytu wartości poziomu sygnału. 4. Między źródło odniesienia (Emissions reference source) a Analizator EMC włączyć tłumik ferrytowy (Ferrite Suppressor). Dokonać odczytu wartości poziomu sygnału i porównać z wartością bez tłumika. 5. Procedurę powtórzyć dla ustawień częstotliwości Analizatora na wartościach 250 MHz oraz 550 MHz. 6. Przełącznik w źródle odniesienia (Emissions reference source) ustawić na 10 MHz. Ustawić analizator EMC na częstotliwość ok. 220 MHz. Zaobserwować zmiany w rozkładzie widmowym sygnału (tłumienie sygnału w całym paśmie) dla stanu przed dołączeniem tłumika ferrytowego (Ferrite Suppressor) oraz po jego dołączeniu. Rezultat: Przeanalizować wpływ tłumika ferrytowego na poziom sygnału dla różnych częstotliwości.
# Eksperyment 4 (E2F3) Lokalizacja źródeł zaburzeń elektromagnetycznych na płytkach elektronicznych. Sprzęt wymagany: Sondy pola magnetycznego bliskiego M1 i M3, źródło odniesienia (Emissions reference source), oscyloskop, płytka z układem elektronicznym (EMI demo board), niskoszumowy przedwzmacniacz (Low Nosie Preamplifier), przewody połączeniowe 1. Załączyć oscyloskop (CRO) w tryb działania YT. W menu DISPLAY ustawić FORMAT: YT. 2. Na kanale CH1 ustawić 200 mv/dz, a podstawę czasu na 100 ns. 3. Sprawdzić poprawność ustawienia CRO. 4. Podłączyć sondę pola magnetycznego bliskiego M1 (przy pomocy przewodu łączącego) do wejścia EXT TRIG oscyloskopu. 5. Podłączyć sondę pola magnetycznego bliskiego M3 (bezpośrednio) do wejścia IN przedwzmacniacza (Low Nosie Preamplifier). Wyjście OUT przedwzmacniacza (Low Nosie Preamplifier) połączyć z wejściem CH1 oscyloskopu. Zasilić za pomocą adaptera przedwzmacniacz. 6. Płytkę badaną (EMI demo board) podłączyć do źródła odniesienia (Emissions reference source). Zasilić za pomocą drugiego adaptera źródło odniesienia. Przełącznik w źródle ustawić na 10 MHz. 7. Sondę M1 ułożyć poziomo pod płytką badaną (w okolicy przewodu zasilającego). 8. Sondę M3 ustawioną prostopadle do płytki, a równolegle do ścieżek płytki przemieszczać poprzecznie do ścieżek płytki (rys. 4.1). Pojawienie się najwyższych wskazań przebiegu na oscyloskopie świadczy o tym, że ścieżka układu, przy której ma to miejsce jest źródłem zakłóceń. 9. Sondę M1 ułożyć poziomo nad płytką badaną (w okolicy przewodu zasilającego). 10. Sondę M3 ustawioną prostopadle do płytki przemieszczać wzdłuż końca płytki (rys. 4.1 oraz rys. 4.2). Zmiana fazy przebiegu na oscyloskopie świadczy o tym, że ścieżka układu, przy której ma to miejsce jest źródłem zakłóceń. Rys. 4.1. Przemieszczanie sondy wzdłuż płytki badanej
Rys. 4.2. Lokalizacja źródła zaburzeń przez uchwycenie miejsca położenia sondy względem ścieżek, gdy następuje zmiana (odwrócenie) fazy przebiegu sygnału na oscyloskopie
# Eksperyment 5 (E6F7) Sprzężenia elektromagnetyczne analiza przesłuchu na płytce drukowanej. Sprzęt wymagany: Sonda pola magnetycznego bliskiego M3, źródło odniesienia (Emissions reference source), oscyloskop, płytka z układem elektronicznym (EMI demo board), przewody połączeniowe 1. Załączyć oscyloskop (CRO) w tryb działania YT. W menu DISPLAY ustawić FORMAT: YT (oscyloskop ustawić na autotriger wówczas nie potrzeba podłączać drugiej sondy jako wyzwalania). 2. Na kanale CH1 ustawić 5 mv/dz, a podstawę czasu na 250 ns, wybrać tryb: DC. 3. Sprawdzić poprawność ustawienia CRO. 4. Podłączyć sondę pola magnetycznego bliskiego M3 (przy pomocy przewodu łączącego) do wejścia CH1 oscyloskopu. 5. Płytkę badaną (EMI demo board) podłączyć do źródła odniesienia (Emissions reference source). Zasilić za pomocą adaptera źródło odniesienia. Przełącznik w źródle ustawić na 10 MHz. 6. Sondę ustawić pionowo względem płytki, a równolegle do ścieżek na płytce. 7. Odczytać wartość amplitudy generowanego sygnału na oscyloskopie (można użyć trybu zatrzymania sygnału RUN/STOP) dla: a) trzeciej (środkowej) ścieżki przewodzącej, b) pierwszej ścieżki przewodzącej (od strony ścieżek nie zasilanych rys. 5.1), c) skrajnej ścieżki nie zasilanej (z brzegu płytki rys. 5.1, aby zmniejszyć wpływ ścieżki przewodzącej). 8. Porównać amplitudy sygnałów dla ścieżki przewodzącej (b) oraz nie zasilanej (c). Rys. 5.1. Pierwsza ścieżka przewodząca (u góry) oraz dwie ścieżki nie przewodzące na płytce drukowanej Rezultat: Zapoznanie się z warunkami powstawania przesłuchu na płytce drukowanej.