¿Cómo detectar ruido de campo lejano fuera de un laboratorio EMI certificado?

Para algunos antecedentes, recientemente llevamos un producto al laboratorio de EMI para la prueba de cumplimiento previo de EMI y estuvimos cerca de aprobarlo, pero tenemos algunos problemas en el rango de 30 a 100 MHz que simplemente nos ponen fuera de cumplimiento. Desafortunadamente, como un taller pequeño, no hemos podido ver la misma fuente de ruido en las pruebas de campo cercano con nuestros medidores y sondas, por lo que es difícil tratar de resolver el problema.

Intentamos crear una antena bicónica y está captando una versión amplificada del ruido que ven nuestras sondas, pero no el ruido que se ve en el laboratorio de pruebas. Tenemos un osciloscopio de 100 MHz con capacidad FFT y un analizador de espectro de 1-3300 MHz, pero todavía estamos ciegos.

¿Alguien puede ofrecer sugerencias sobre los enfoques que podríamos tomar o algo que podríamos construir, para obtener esa vista del ruido que nos está eludiendo?

El producto tiene varios cables que son la causa probable, pero sin algún medio para ver el ruido y luego tratar de reducirlo, nos vemos obligados a ir al laboratorio de pruebas, lo cual es muy costoso.

Los siguientes son los resultados de la prueba del laboratorio de pruebas. Estamos tratando de obtener la certificación de Clase A, pero aseguramos algún margen:

Resultados de cumplimiento de EMC

La prueba es la prueba de emisiones de la FCC de 30 MHz a 1 GHz.

La siguiente es la salida del analizador de espectro de nuestra antena empedrada a una distancia de aproximadamente 1-2 metros del dispositivo, como se muestra en la siguiente imagen.

Salida del analizador de espectro

El dispositivo que se muestra es un sustituto, ya que no deseamos publicar la imagen del producto todavía.

configuración de prueba física

La siguiente imagen es nuestro osciloscopio y sonda. El espectro es más o menos la línea de base del piso en todos los puntos, excepto por encima de la fuente de alimentación, donde está ligeramente elevado pero a una frecuencia diferente a la que se ve en el laboratorio oficial de EMI.

Osciloscopio con FFT habilitado y sonda

Estamos usando el siguiente analizador de espectro, que nos funcionó bien para reducir algunos picos causados ​​por la CPU y los armónicos y nos ayudó a llegar a este punto.

http://rfinstruments.com/SA0314.html

La antena se basó aproximadamente en la información de los siguientes enlaces sin el mecanizado involucrado:

http://everyspec.com/MIL-STD/MIL-STD-0300-0499/MIL-STD-461A_8679/

https://www.eevblog.com/forum/testgear/howto-calibrate-diy-emc-pre-compliance-antenna/

No pudimos encontrar un plan para una antena que se adaptara exactamente a nuestra frecuencia, por lo que esperábamos que pudiera funcionar a pesar de que los factores de la antena no coincidían bien. Observamos el WiFi con bastante claridad, pero falta una buena fuente en el rango de 1-100 MHz para probar.

Gracias

Publique imágenes de los resultados y especifique la prueba que se está realizando.
Publique imágenes de su laboratorio y el laboratorio de prueba, describa su configuración de prueba.
¿Qué busca en las imágenes del laboratorio y la configuración de la prueba? Ni siquiera estoy seguro de qué proporcionar que sea relevante. Todo lo que tenemos son sondas EMI que movemos alrededor del producto para buscar puntos de acceso. El laboratorio de pruebas de EMI es a lo que no tenemos acceso a menos que paguemos.
Todo, desde su antena hasta su alcance y el software que está utilizando para la FFT, ¿la imagen de arriba es del laboratorio o de la prueba? Me gustaría ver fotos de ambos. Cuanta más información nos brinde, mejor podremos ayudarlo. No estoy caminando por su laboratorio, no puedo hurgar en sus cosas y no puedo desarrollar un modelo de lo que podría estar fallando sin un montón de información detallada. O podría hacerte una pregunta general y dirías: "Ya lo sabía".
Lo que quiero decir es imágenes de resultados de laboratorio y los resultados de sus pruebas
Tenga en cuenta que los dos gráficos que muestra difieren en que uno está en una escala de frecuencia logarítmica. El peine de puntas estrechas es probablemente armónicos de reloj, debería ser fácil de resolver. ¿Puede apagar el DUT y hacer un barrido y luego restar ese barrido de los datos medidos con el dispositivo encendido? Probablemente querrá apagar los radiadores intencionales conocidos (WiFi, teléfonos celulares y los que hacen TDM son particularmente problemáticos). A veces, es útil dejar un contenedor de envío en el estacionamiento para este tipo de cosas, ya que son relativamente herméticos a RF (especialmente si hace algo con los sellos de las puertas).
@DanMills Comprendió la diferencia en el formato de escala. No convertimos al formato de registro para nuestro equipo. No ofrece formato de registro, por lo que debemos hacerlo manualmente. En cuanto a la diferencia entre que nuestro dispositivo esté encendido o apagado, todo el problema es que no estamos viendo nada notable entre los dos. Ese es el quid de nuestro problema. Cuando estábamos desarrollando y haciendo cambios para eliminar el ruido del reloj, hubo picos perceptibles a 480 MHz (el doble de la CPU), pero el extremo inferior (< 100 MHz) no muestra nada.
El extremo inferior suele ser la radiación del cable, a menos que el dispositivo en sí sea muy grande, simplemente porque la longitud de onda es muy larga. Cuando lo apagó, ¿pulsó la fuente de alimentación o simplemente usó algún botón de apagado incorporado en un dispositivo alimentado por un interruptor de pared? ¿Ha superado las pruebas de emisiones realizadas de 9k-30MHz? LF sin picos claramente definidos son a menudo buses de datos, paneles LCD y similares, los picos LF generalmente hablan de una fuente de alimentación de modo conmutado que necesita un mejor diseño.
Definitivamente espero que la radiación del cable sea el problema, ya que hay 2 cables de 90 cm/35 pulgadas y 2 cables de 50 cm/15 pulgadas en la unidad, pero es difícil abordarlo si no se puede ver cuál es el problema central. No hemos procedido a las emisiones conducidas ya que el dispositivo no cumplía con los requisitos de 30-1000MHz. El dispositivo se desenchufó por completo para medir el piso frente al ruido de funcionamiento.
Consulte el sitio web de Henry Ott: hottconsultants.com/techtips/tips-cm.html Explica cómo medir corrientes de modo común en cables.
@Just_visiting Gracias por la referencia, aprendí algo nuevo. ¿Es la sonda de corriente fundamentalmente lo mismo que un transformador de corriente más calibración? Busqué en varios sitios y nunca mencionan el precio, lo que generalmente significa que es muy caro. ¿Tiene una vista de los costos esperados? Además, vi que la mayoría de las unidades eran para corrientes más grandes. Disponemos de 100mA a 2A en nuestros cables.
@Jason, una sonda de corriente es esencialmente un transformador de corriente o hay algunas sondas de efecto Hall

Respuestas (2)

En lo que respecta a su configuración de RF, no he usado una antena de campo lejano (el enlace que tiene es genial, voy a construir uno), pero he hecho algunas pruebas de antena de campo cercano para el cumplimiento previo de EMI, que funciona semi-bien para grandes fuentes de ruido. Ahora mismo mi limitador es mi visor tek (serie 3000) y mis antenas.

Sospecho que está alcanzando su nivel de ruido tanto con el SA0314 como con el osciloscopio FFT, si el nivel de ruido del instrumento es la mayor fuente de ruido en su configuración, entonces agregar un amplificador puede ayudar como el que se muestra a continuación .

ingrese la descripción de la imagen aquí

El problema con un amplificador no es cualquier amplificador de RF antiguo, a menos que lo calibre (y estoy bastante seguro de que la calibración lo pondrá bajo el fuego de la FCC, ¿cómo haría un barrido de radiofrecuencia y mantendría su potencia baja? En algunas bandas no puedes transmitir en absoluto)

Lo que desea es un amplificador con un paso de banda plano, como el que se muestra arriba. El de arriba le dará una amplificación de 30dB y no distorsionará demasiado su señal. (Otra opción sería obtener un amplificador de RF barato con una ganancia no plana y ver si eso lo lleva por encima del nivel de ruido, luego puede obtener el amplificador EMI)

ingrese la descripción de la imagen aquí

El segundo problema es la calibración en sí, cada elemento del sistema de RF de la antena tiene una ganancia y una banda de paso como la que se muestra arriba. Todas las ganancias se suman en el espacio de frecuencia, si tienen nulos o regiones donde la ganancia es mucho más baja, entonces esas señales no podrán verse (ejemplo: si su antena tiene un nulo a 300Mhz y está a -100dB entonces no verás esa frecuencia). Incluso una banda de paso en la mitad del resto interferirá con las pruebas de EMI.

En un laboratorio de EMI normal, cada parte del sistema se caracteriza y calibra, por lo que saben exactamente cuánta señal entra para cada frecuencia cuando están todos apilados juntos.

Por lo tanto, podría obtener el amplificador, pero si la antena o la ganancia de los analizadores de espectro fuera drásticamente diferente (no plana), entonces podría tener problemas para ver ciertas frecuencias.

He hablado con algunas personas (y no para ser un vendedor, pero), si tiene algunos miles, la forma de hacer pruebas de EMI IMO es de tektronix con su RSA306B y Signal Vu porque puede generar perfiles de calibración para cada parte de su sistema. Este es el sistema que deseo tener en el futuro. Sin embargo, es caro a 3k$ por el analizador de espectro, y al menos 1k$ por el software, si tienes esa cantidad de dinero, esta opción podría ser el camino a seguir.

En lo que respecta a EMI, las ferritas contribuyen en gran medida a evitar que los cables emitan radiaciones y conducción. Cada vez que realizo pruebas de cumplimiento, utilizo algunos (o cables como USB con ferritas incorporadas), otra cosa que realmente me gusta son los capcitores X2Y que tienen una baja inductancia para cortocircuitar las altas frecuencias.

El mejor recurso (que ya se ha dicho) es Ingeniería de Compatibilidad Electromagnética de Henry W Ott para cualquier problema de EMI.

Esos son mis dos centavos, espero que algo de eso ayude. La pregunta se ve muy bien.
Alcanzar el ruido de fondo tiene mucho sentido para la FFT en el osciloscopio, por lo que omitiremos las pruebas con eso. El SA0314 tiene un LNA que se puede encender/apagar, así que jugaremos con eso para ver si aparece algo.

@Jason: Muchos buenos comentarios y espero que hayas progresado. Acerca de la sonda de corriente Fischer: es una sonda de alta frecuencia que le permite ver la corriente en un cable o cables que podrían estar causando radiación. Aquí hay un video corto: https://www.youtube.com/watch?v=nqpQzOWzlK0

Como se ha mencionado, la fuente de su problema de radiación probablemente sea un cable o cables; la sonda de corriente le permitiría encontrar estas corrientes y saber cuándo las ha eliminado o reducido. Mi mejor suposición sobre el precio es probablemente alrededor de $ 1.5-2k, por lo que podría estar fuera de su alcance. Sin embargo, Ken Wyatt tiene un artículo sobre una sonda de bricolaje. Nunca los he construido/usado, pero podría valer la pena intentarlo: https://interferencetechnology.com/the-hf-current-probe-theory-and-application/#

Un par de otros comentarios: en la imagen de su configuración de prueba con la antena, parece que el cable de alimentación de la computadora portátil está cerca de la antena. Esto podría hacer que la antena capte cualquier ruido que esté emitiendo. Haga funcionar la computadora portátil con batería y aléjela de la antena. Utilice un cable más largo desde la antena hasta la entrada del analizador si puede. Incluso intente apagar las luces en caso de que estén causando radiación.

El ancho de banda de prueba de EMI de la FCC utilizado es de 120 kHz, por lo tanto, configure su analizador a este valor o algo cercano (generalmente 100 kHz está disponible). Y use "MAX HOLD" para que pueda detectar eventos poco frecuentes. El laboratorio de pruebas usa esto y las lecturas "cuasi pico" (tiempos específicos de ataque y liberación).

Finalmente, intente mover su antena muy cerca del producto que está probando, solo para obtener una señal más fuerte y ver si ve las mismas frecuencias que estaban presentes en el laboratorio de prueba.

¡Espero que esto ayude y la mejor de las suertes!

Gracias por los enlaces y sugerencias. Los incluiré en mis esfuerzos.
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