Bu web sitesinde; FORUM, BLOG ve MENÜ' lerde üyelik gerektiren makalelere tam erişim için Lütfen BLOG' a üye olunuz.
EMI/EMC PROTOTİP TEST VE ÖLÇÜMLERİNDE BİLİNMESİ GEREKEN BİLGİLER:
EMC Prototip Testleri İçin Tüyolar
İndeks
-
Amaç
-
Giriş
-
Frekans Alanı(Domain) nedir?
-
Zaman Alanı(Domain)
-
Zaman ve frekans alanları arasındaki ilişki
-
Gerçek Zamanlı Spektrum Analizörü
-
Spektrum analizörü nasıl çalışır?
-
Frekans Alanı(Domain) ölçümlerinde kullanılan birimler
-
Spektrum Analizöründe veya EMI Alıcıda Filtre Şekilleri Seçimi
-
Spektrum Analizöründe veya EMI Alıcıda Örnek Tarama Süresi Seçimi
-
Yarı-tepe(Quasi-peak), Ortalama(Average) ve Tepe(Peak) Terimleri
-
Dedektörün amacı
-
Dedektörler ve çeşitleri
-
Dedektörler arasındaki ayrımın nedeni
-
Dedektörlerim neden bu kadar yavaş? Ölçüm neden yavaş ilerliyor?
-
Spektrum Analizöründe veya EMI Alıcısında Dedektörlerin Durumunun İrdelenmesi
-
Olayın Özeti
-
Test sonuçlarının; tepe, yarı tepe ve ortalama değere göre değerlendirilmesi nasıl yapılmalıdır?
-
Bir vaka çalışması
-
Örnek Limit değerleri
-
Sonuç
1.Amaç
Uzun zamandır işlerimin yoğunluğundan dolayı, web sitemde makale yazamadım. Sadece; bazı arkadaşlarımızın, BLOG ve FORUM üzerinden sorduğu soruları cevaplama imkanım oldu. Geçen zaman içinde; danışmanlık ve elektronik tasarım desteği verdiğim birçok müşterim ve dostum; EMI emisyon ölçümlerini gerçekleştirirken sınır çizgileri nelerdir, dedektörler, uygunluğun nasıl kontrol edileceği vb. gibi şeyleri soruyordu. Ben de bu konuyu; biraz daha basitçe bir dille ele almaya çalışarak, anlatmaya çalışacağım. EMC test sonuçlarının nasıl değerlendirileceği ile ilgili daha önce bazı yazılar yazmıştım. Fakat bu yazımda yine bu konuyu; biraz daha ayrıntılı bir şekilde ve örnekler üzerinden açıklamaya karar verdim.
2.Giriş
Çoğu elektrikli ve elektronik cihazın, ilgili iletilen ve yayılan emisyon standartlarına uyduklarından emin olmak için üçüncü taraf laboratuvarlar tarafından test edilmesi gerekir. Uyumluluk testlerindeki başarısızlık oranı genellikle yüksektir ve maliyetli ve zaman alıcı bir yeniden tasarım gerektirir. Tasarım sürecinin bir parçası olarak elektromanyetik girişimin (EMI) ön uyumluluk testiyle üreticiler sorunları ürün döngüsünün erken safhalarında tespit edebilir. Ön uyumluluk testi, bir ürünün tasarımını ve elektromanyetik özelliklerini değiştirmeyi kolaylaştırır ve uyumluluk testlerini ilk seferde geçme olasılığını artırır.
Ne yazık ki uyumluluk testlerinin başarısız olması yaygın bir durumdur. Test türüne ve ilgili standartlara bağlı olarak başarısızlık oranı % 50-80 aralığında olabilir. Testin tek bir kısmı başarısız olursa testin tamamı başarısız sayılır ve cihaz üreticisinin yeni bir test planlaması gerekir. Yeniden test edilmeden önce gerekli ürün yeniden tasarımı veya iyileştirmesi gerçekleştirilmelidir ve bu, ek zaman ve para gerektirir. İşte bu yüzden, EMC ile ilgili hemen hemen her şeyi öğrenmek gerekebiliyor. Yine; bu yazımızda, farklı parametreleri ele almaya devam ediyoruz.
İletken Emisyon(CE), Yayılan Emisyon(RE) gibi EMI emisyon ölçümü yapıldığında, limitlerle karşılaştırmak için Tepe, Ortalama ve Yarı Tepe gibi çeşitli grafikler alınır. Yapılan ölçümlerin ne anlama geldiğini, prototip için AR&GE EMC testi veya ürün EMC testi esnasında karşılaştığımız parametreler nelerdir? AR&GE EMC testleri esansında bazen ne gibi farklı yaklaşımlar sergilemeliyiz? vb . gibi bir çok soruyu yanıtlamaya çalışacağız ve indekste verilen maddeleri ayrıntılı bir şekilde ele alacağız. Ve dahası!
3.Frekans Alanı (Domain) nedir?
Güç hattı geçişleri, yıldırım, ESD vb. gibi geçici darbeler dışında, EMC parametreleri çoğunlukla frekans alanında (frequency domain) ele alınır. Çünkü:
-
Çoğu EMC spesifikasyonu seviyesi, frekans ölçeklerinde veya eğrilerinde gösterilir.
-
EMC donanımı (filtreler, kalkanlar vb..) performansları, frekans alanında karakterize edilir.
-
Çoğu ölçüm cihazı ve sensörün frekansı ölçeklendirilir.
Ama bu neden böyle?
-
Birçok hesaplamanın (alan yansımaları, cilt etkisi, transfer fonksiyonları, rezonanslar, karışma vb.) frekans alanında gerçekleştirilmesi daha kolaydır.
-
Birçok EMI emisyon problemi veya ölçümü, bazı ayrık frekanslarda ölçümle anlaşılır.
-
Tek bir darbe/uyarı (impulse) eşleşmesini tahmin etmek için, darbe yükselme süresine(rise time) karşılık eşdeğer frekansta (yani bant genişliği) bir sinüs dalgası kullanılarak basit, hızlı hesaplamalar yapılabilir.
Sinyallerin Fourier analizi, zaman alanının ve frekans alanının (spektrum analizöründe gördüğünüz şey) ters çalıştığını gösterir.
Bir sistemi frekans açısından görmek çoğu zaman sistemin davranışını kapsayan ölçülen kalitenin doğuştan anlaşılmasını sağlayacaktır.
Burada frekans alanında genliğe karşı frekansı gözlemleyebiliriz. Bir dalganın veya titreşimin genliği pozitif sayılarla ifade edilir; tepe genliği, merkezi değerinden sapmanın bir ölçüsüdür. Aynı sinyal aynı zamanda güç-frekans formatında da görüntülenebilir. Bu, hem zaman hem de frekans alanı analizi yapabilen bir spektrum analizöründe görüntülenecektir.
Frekans alanı analiziyle, zaman alanında meydana gelen her değişimi incelemek yerine, toplam veri kümesindeki kilit noktalar belirlenebilir. Frekans alanı grafiği, bir sinyalin mevcut olduğu her frekanstaki faz kaymasını veya büyüklüğünü gösterir. Belirli bir frekans aralığında sinyalin ne kadarının belirli bir frekans bandında bulunduğunu gösterir.
Bir sinyal, farklı darbelere, fazlara ve genliklere sahip birçok sinüs dalgasının ("Fourier serisi") toplamı olarak tanımlanabilir. Zaman alanı ile frekans alanı arasında ve tekrar geriye geçiş, "Fourier Dönüşümü" denklemleri kullanılarak matematiksel entegrasyon gerçekleştirilerek gerçekleştirilir. Fourier dönüşümleri (FT'ler) bir sinyali alır ve onu, o sinyali oluşturan dalgaların frekansları cinsinden ifade eder.
Frekans alanı, sinyalinizle ilgili zaman alanında göremeyeceğiniz soruları tanımlamanıza yardımcı olabilir. Ancak bu, zaman alanındaki ölçüm sinyallerini tamamen ortadan kaldırabileceğiniz anlamına gelmez. Zaman alanı birçok ölçüm için hala daha iyidir ve bazı ölçümler yalnızca zaman alanında mümkündür. Örnekler arasında darbe yükselme ve düşme süreleri, aşım ve zil sesi yer alır.
Ancak tıpkı zaman alanının avantajları olduğu gibi frekans alanının da avantajları vardır. Birincisi, frekans alanı bir sinyalin harmonik içeriğini belirlemek için daha iyidir. Dolayısıyla kablosuz iletişimde sahte emisyonları ölçmesi gerekenlerin frekans alanını kullanması daha iyi olur. Bir başka örnek ise spektrum izlemede görülüyor. Devlet düzenleyici kurumları çeşitli hizmetler için farklı frekanslar tahsis etmektedir. Bu spektrum daha sonra izlenir çünkü bu hizmetlerin her birinin kendisine atanan frekansta çalışması ve tahsis edilen kanal bant genişliği dahilinde kalması kritik öneme sahiptir.
Zaman alanında ve frekans alanında sinyallerin ölçülmesi benzer olmakla birlikte, çok da farklıdır. Her alan aynı sinyali iletir ancak farklı bakış açılarından. Bu, biz mühendislerin, cihazımızın nasıl davrandığına dair daha fazla bilgi edinmemize ve sonuçta müşterilerimiz için daha iyi ürünler geliştirmemize olanak tanır.
Şekil: Bazı zaman-frekans gösterimlerine örnekler.
4.Zaman Alanı (Domain)
Zaman alanı analizi, bir tasarımcının başıboş sinyaller, yansımalar veya yerden yansıma sinyalleriyle karşılaşabileceği antenli devre tasarımları için özellikle kullanışlıdır . Zaman alanı sinyal işleme, bir mühendisin yabancı sinyalleri istenen sinyalden zamanında ayırmasına ve böylece kirlenmiş sinyalleri tanımlamasına olanak tanır.
Ölçü birimi saniye veya onun katları (dakika, saat) olarak kaydedildiğinde analiz zaman alanındadır . Zaman içinde alınan sinyal örneklemesi, sinyal veya verilerdeki periyodik bir değişiklikle ölçülen zamanın bir temsilini sağlar. Örneğin, genliğin belirli bir zaman periyodu boyunca ilerleyişini gösteren veriler "zamana göre genlik" olacaktır. Bir elektrik sinyali, zaman içindeki anlık sinyal voltajının bir grafiğini çizen bir osiloskopta voltaja karşı zaman dalga formu olarak görüntülenebilir.
Zaman alanında değer her zaman gerçek sayılarda olacaktır. Sıralı zaman örneklerinde ölçülen sinyalleri, matematiksel işlevleri veya belki de bilimsel verileri analiz ediyoruz. Sinyal kaynakları ve girişim de zaman alanında tanımlanır.
Spektrumu veya sinüs dalgalarının bir koleksiyonunu uygun şekilde birleştirerek sinyalinizin zaman alanını görüntüleyebilirsiniz. Sinyalinizin genliğini zamana karşı gösterir. Bu genellikle bir osiloskop kullanılarak yapılır. Neden sinyalinizi zaman alanında görüntülemek istiyorsunuz diye soruyorsunuz? Temel olarak zaman alanı grafiği, bir sinyalin zamanla nasıl değiştiğini gösterir. Bu, genliğin farklı olduğu örnekleri görmenizi veya görselleştirmenizi sağlar.
Cihazınızın sinyalini zaman alanında görüntülemek size her zaman ihtiyacınız olan tüm bilgileri sağlamaz. Örneğin, zaman alanında ilgilenilen bir sinyalin saf sinüzoid olmadığını çözebilirsiniz, ancak nedenini bilemezsiniz. Frekans alanının devreye girdiği yer burasıdır. Frekans alanı ekranı, spektrumdaki her sinüs dalgasının genliğine karşı frekansının grafiğini çizer. Bu, sinyalinizin neden olmasını umduğunuz saf sinüzoidal dalga olmadığını anlamanıza yardımcı olabilir.
Çizimle ve animasyonla anlatılmadığı takdirde bazı şeylerin anlaşılamayacağını düşünüyorum. Bu yüzden EMI gürültü sinyallerini bazı kategorilere ayırabiliriz. Zaman alanında/spektrumunda çeşitli EMI sinyallerini burada inceleyim.
Bunları 4 kategoriye ayırabiliriz:
1-) Sürekli (Continuous)
2-) Tekrarlayan: Sık (Repetitive: Frequent)
3-) Tekrarlayan: Nadir (Repetitive: Rare)
4-) Düzensiz (Irregular)
Yukarıda belirtildiği şekilde sinyal tiplerini incelemek için farklı ölçüm teknikleri kullanılmaktadır. Bunlar;
Tepe (Peak) Ölçümü, Yarı Tepe (QP:Quasi Peak) Ölçümü, Ortalama (Avarage) Ölçümü
Bu konu üzerinde daha sonraki başlıklarda daha sıklıkla duracağımızdan, daha iyi anlaşılması için şimdilik, görsel birkaç bilgi verelim. Yukarıdaki görsellerde verilen 4 tip sinyalin ölçümü, temel olarak aşağıdaki gösterimlerle ve ölçüm teknikleriyle sağlanmaktadır.
Yukarıdaki sinyalleri ve ölçüm tekniklerini aynı platform üzerinde gösterecek olursak; aşağıdaki gibi olacaktır.
5.Zaman ve frekans alanları arasındaki ilişki
Zaman alanı analizi ve frekans alanı analizi paha biçilmez analiz araçlarıdır. Her iki metodolojinin kullanımı bireysel tasarım ihtiyaçlarınıza bağlıdır. Ancak çoğu durumda tasarım gereksinimi ihtiyaçlarınıza ilişkin en yararlı öngörüyü sağlayan şey, her iki analiz tekniğinin kullanılmasıdır.
Yüksek hızlı iletişimle ilgilenen dijital mühendisler, sinyalleri zamanın bir fonksiyonu olarak "zaman alanında" analiz ediyorlar. Ancak sinyaller "frekans alanında" frekansın bir fonksiyonu olarak da analiz edilebilir. İletişim saniyede bir milyon bit'e kadar ölçeklendiğinden, dijital mühendisler zaman alanı davranışını yorumlamak için frekans alanı ölçümlerini kullanabilmelidir. Benzer şekilde, radyo frekansı/mikrodalga mühendislerinin bazen dijital uygulamalardaki sinyalleri analiz etmeleri gerekir, dolayısıyla zaman alanı ölçümünde uzmanlaşmaları gerekir.
Daha etkili bir mühendis olmak için kişinin her iki alanda da konfor düzeyini artırmak, tasarımda daha yaratıcı seçeneklere ve çok daha verimli sorun gidermeye olanak tanır.
Sinyallerin Fourier analizi, zaman alanının ve frekans alanının (spektrum analizöründe gördüğünüz şey) ters çalıştığını gösterir. Örneğin, sabit bir zaman sinyali (sürekli sinüs dalgası), frekans alanında tek bir tepe noktası üretir.
Zaman alanındaki tek bir tepe noktası (bir darbe), frekans alanında düz bir geniş bant karakteristiği üretir. Bu bilgiyle, zaman alanında sinyalin doğasının ne olduğunu spektrumdan çıkarmak kolaylaşır.
Bu geniş sinyal türleri yelpazesiyle başa çıkabilecek ve 'girişim' düzeyini anlamlı bir şekilde temsil eden bir sonuç verecek bir ölçüm tekniği bulmamız gerekiyor.
Kolaylık olması açısından, bir sinyalin gerçek girişim 'değerini' 'girişim derecesi' olarak ölçebiliriz. Bu derecelendirme subjektif bir unsur içermektedir. Örneğin, bir hi-fi sistemindeki sürekli düşük seviyeli bir vızıltı, tıklama çok daha güçlü bir sinyal olsa bile, aralıklı bir tıklamadan daha yüksek (daha kötü) bir derecelendirmeye sahip olarak algılanır.
Etkili bir 'anlık' detektör olan geleneksel bir analizör detektörü kullanırsak, 'süreksiz' gürültüyle beslendiğinde sonuçlar (sinyal içinde 9KHz'den daha düşük bir tekrarlama oranına sahip önemli bileşenlerin olduğu varsayılarak) tamamen rastgele dalgalanmalar olacaktır. ...pek kullanışlı değil! Bariz çözüm, bir ortalama alma detektörü kullanarak sonucun ortalamasını almaktır.
Sonuç, gürültü seviyesinin ortalamasıdır. Bununla ilgili sorun, birçok darbeli emisyon kaynağı için darbelerin son derece düşük bir görev döngüsüne sahip olmasıdır, yani 100Hz tekrarlama oranı için 10 ms gibi nispeten uzun bir tekrarlama periyoduyla karşılaştırıldığında çok kısadırlar (tipik olarak birkaç mikrosaniye). Bu, yaklaşık %0,1'lik bir görev döngüsü sağlar ve bunun ortalamasını almak, girişim derecesi yüksek olsa bile her zaman çok düşük bir sonuç verecektir.
Bir seçenek te bir tepe dedektörü kullanmak olabilir. Bu, tekrarlama oranına bakılmaksızın darbelerin büyüklüğüne karşılık gelen bir çıktı üretecektir. Ancak bu darbeler yalnızca 5 saniyede bir meydana gelirse ne olur? Darbeler yüksek bir dedektör çıkışı veren büyük bir genliğe sahip olsa bile, girişim derecesi nispeten düşük olmalıdır, oysa başka bir ürün daha düşük bir darbe genliği üretebilir, ancak bu çok rahatsız edici bir 100Hz tekrarlama hızında olabilir. Bu, daha düşük bir tepe dedektör çıkışı verecektir, ancak girişim derecesi daha yüksek olmalıdır.
Hem Ortalama hem de QP dedektörleri zaman sabitlerini içerirken tepe dedektörü esas olarak anlıktır. Bu, bir spektrum analizörü veya alıcıyla bir sinyali tararken tepe dedektörünün çok daha hızlı sonuç ürettiği anlamına gelir. Analizörün zaman sabitleriyle karşılaştırıldığında daha uzun bir süre boyunca her frekans artışında kalması gerektiği göz önüne alındığında, QP ve Ortalama tarama oldukça yavaş olabilir.
Şekil: Farklı sinyallerin zaman alanı ve frekans alanındaki spektrumları
Şekil: Bir saat (clock) sinyalinin zaman ve frekans alanındaki gösterimi
Şekil: Dar band (Narrowband) ve geniş band (Broadband) sinyallerinin spektrumları
(RBW: Resolution Bandwidth / Çözünürlük bant genişliği)
Aşağıdaki Şekil' de (solda) zaman alanında bir dijital saat görüyorsunuz. Zil sesi, periyot ve yükselme-düşme süreleri kolaylıkla ölçülebilir. Sinyalin spektrumu, sinyalinizin bant genişliğini görebileceğiniz Şekil 1'de (sağda) yer almaktadır. Her iki alandaki genlikler ilişkilidir ve yükselme/düşme süreleri, frekans alanındaki maksimum frekansları empoze eder.
Şekil: Sinyallerinizin hem zaman alanında (solda) hem de frekans alanında (sağda) faydalı bilgiler bulacaksınız. Gürültüye sebep olan parametreler kırmızı ile işaretlenmiştir(solda).
6.Gerçek Zamanlı Spektrum Analizörü
Gerçek Zamanlı Spektrum Analizörleri (RSA: Real Time Spectrum Analyzers), bir sinyalin gücünü ve frekans alanını ölçer. Adından da anlaşılacağı gibi, zaman alanı sinyalleri zamana bağlıdır, frekans alanı sinyalleri ise frekansa bağlıdır. RSA'lar, bir alandan diğerine sinyal dönüşümünü etkinleştirmek ve ikisini birbirine bağlamak için Hızlı Fourier Dönüşümü'nü (FFT) kullanır. Zaman ve frekans alanları, sinyal özellikleri hakkında önemli bilgiler sunan etkili analitik tekniklerdir.
RSA'lar, sinyal dalga formunun "boşluksuz" yakalanmasını gerçekleştirerek sinyal davranışının daha yakından analizini sağlar ve sinyalin zaman içindeki davranışını tek bir görünümde görmenize olanak tanır. Bir RSA, her tetikleyici olayın etrafında açılan ve kapanan bir zaman kapısıyla bireysel enerji darbelerini yakalar. Pencere boyutu (kapı), sinyalin ön ve arka kenarlarının yakalanmasını sağlamak için beklenen darbe genişliğine ek olarak küçük bir kenar boşluğunu kapsar.
Tetikleme düzeyi, gürültü tabanının üzerindeki sinyal enerjisini algılar, dolayısıyla boş tarama ölçümleri (sinyal tetikleyicileri yok) minimum düzeydedir. Ancak darbeler arasındaki süre çok kısaysa yakalama taramaları arasında boşluklar oluşur.
Düşük bir tetikleme seviyesi ayarlamak, zayıf sinyallerin bile yakalamayı tetiklemesini sağlarken kısa pencere genişliği, bir darbe oluştuğunda kapının açılmasındaki herhangi bir gecikmeyi ortadan kaldırır. Sonuç olarak, boşluksuz yakalama, darbeli sinyallerin daha doğru alan analizini sağlar.
RSA, alan bilgisini bir grafik üzerinde görüntüler; bu, sinyalle ilgili sorunların belirlenmesine yardımcı olur. Örneğin grafikte çok fazla gürültü veya bozulma görünecektir. Gerçek zamanlı analiz, sinyallerin karakterizasyonu ve yeni ekipmanların test edilmesi için gerekli olduğundan esas olarak araştırma ve geliştirme ortamlarında kullanılır.
7.Spektrum analizörü nasıl çalışır?
Spektrum analizörü, tanımlanmış bir frekans bandı üzerindeki RF sinyalinin gücünü ölçmek için kullanılan bir cihazdır. Sinyal, yalnızca belirli bir frekans aralığına izin veren bir filtreden geçer ve elde edilen sinyal daha sonra bir amplifikatörden geçirilir ve ekranda görüntülenir.
Daha sonra sinyalin genliği ( ekrandaki dikey eksen) ölçülür ve çizilen sonuçlar, frekansın (yatay eksen) fonksiyonunu temsil eder. Ortaya çıkan grafiğin genel şekli, sinyalin spektral yoğunluğudur.
Spektrum analizörünün bir diğer temel işlevi, bilinen ve bilinmeyen sinyallerin gücünü ölçmektir. Frekans, genlik ve modülasyon parametrelerinin kısa ve uzun periyotlarda nasıl davrandığını anlamak, modern RF sistemlerinin davranışını anlamak açısından kritik öneme sahiptir.
Bir spektrum analizörü , frekans spektrumunu tarayarak, her frekans seviyesinde bir sinyalin gücünün ayrıntılı bir analizini sağlar. Bu bilgi, sinyalin genel gücünden hangi frekansların sorumlu olduğunu tanımlar ve sinyal gücünde düşüşe neden olan sorunları giderir. Ayrıca spektrum analizörleri, çeşitli sinyallerin gücünde zaman içinde meydana gelen değişiklikleri takip ederek sistemin sağlığını izler.
Spektrum analizörlerini öğrenen mühendisler için sıklıkla onlarla birlikte kullanılan başka bir test ekipmanı parçası da osiloskoptur. Bir spektrum analizörü ve bir osiloskopun birlikte kullanılması, bir sinyalin tam bir resmini sağlar.
Spektrum analizörleri bir sinyalin genliğini frekansın bir fonksiyonu olarak ölçer. RF vericileri tarafından üretilenler gibi geniş bir frekans aralığına yayılan sinyalleri karakterize ederler. Öte yandan osiloskoplar bir sinyalin voltajını zaman (zaman alanı) olarak ölçer. Genellikle kısa ve uzun aralıklarla içinden geçen çeşitli sinyallerin dalga biçimlerini gözlemleyerek elektrik devrelerindeki sorunları gidermek için kullanılırlar.
Bu analizörler aynı zamanda gürültüyü ve sahte sinyalleri tespit etme ve ölçme konusunda da mükemmeldir. Sinyal gürültüsü, bir sistemde mevcut olan herhangi bir istenmeyen sinyaldir. Bir sistemde sahte sinyallerin bulunmaması gerekir. Bu iki tür girişim birlikte sinyali azaltabilir ve bozabilir.
Bir spektrum analizörü, bir sinyalin frekans spektrumunu analiz ederek, sinyalin genliğini frekansa karşı gösteren bir grafik üretir. Genlik ölçümü desibel cinsindendir ve frekans hertz cinsindendir. Bu iki ölçümü karşılaştırarak mevcut olabilecek bant dışı sinyalleri veya gürültüyü tanımlayabilirsiniz. Bu, gürültüyü ve sahte sinyalleri izole edip ortadan kaldırarak doğru ölçümler yapmanızı sağlar.
8.Frekans Alanı(Domain) ölçümlerinde kullanılan birimler
9.Spektrum Analizöründe veya EMI Alıcıda Filtre Şekilleri Seçimi
CISPR standartlarıyla uyumlu olabilmek için spektrum analizörünün ayrıca CISPR filtreleri adı verilen filtreleri sağlaması gerekir. Çoğu analizör varsayılan olarak bir Gauss filtresi kullanır, dolayısıyla kullanıcı gerekirse EMI filtresi seçeneğini seçmelidir.
Aşağıdaki Şekil'de Gauss ve CISPR filtre şekilleri arasında bir karşılaştırma bulunmaktadır:
Şekil: Gauss ve CISPR filtre şekilleri.
CISPR, filtre şeklini, darbe yanıtını ve yan lob bastırmayı belirtmenin yanı sıra, kullanılması gereken frekans bantlarını ve karşılık gelen filtre bant genişliklerini de belirtir:
Tablo: CISPR frekans aralığı ve filtre bant genişliği ayarı.
10.Spektrum Analizöründe veya EMI Alıcıda Örnek Tarama Süresi Seçimi
CISPR 16, geniş bant ve dar bant gürültüsü arasında farklılık gösterir. Dar bant gürültüsü tipik olarak saat sinyallerinden kaynaklanır. Geniş bant gürültüsü veri sinyallerinden kaynaklanır. Veri sinyallerinin spektrumu az çok rastgele bir bit dizisinden kaynaklandığından dinamik ve geniş bantlıdır. Ayrıca kontrol cihazında yürütülen görevlere bağlı olarak sinyaller mevcut olabilir veya olmayabilir. Çok hızlı tarama darbeleri kaçırır ve geniş bant gürültü spektrumunu doğru şekilde ölçemez.
Sonuç olarak;
CISPR 16 , frekans aralığına ve dedektöre bağlı olarak minimum tarama sürelerini belirtir:
Tablo: Belirli frekans aralıkları için CISPR 16 minimum tarama süreleri.
CISPR 25 minimum tarama sürelerini aşağıda belirtmektedir :
Tablo: Belirli frekans aralıkları için CISPR 16 minimum tarama süreleri.
Tablo: CISPR ve MIL-STD-461 standartları için RBW (Resolution Bandwidth / Çözünürlük bant genişliği) süreleri.
11.Yarı-tepe(Quasi-peak), Ortalama(Average) ve Tepe(Peak) Terimleri
Bir ön uygunluk testinde, ürününüzü gürültü açısından tarar ve test edilen ekipmanın bölge ve sınıfına dayalı olarak çeşitli standartlarda açıklanan sınır çizgileriyle karşılaştırırsınız.
ABD'de bu, ticari cihazlar için FCC Bölüm 15'tir. Otomotiv ve askeri ürünler gibi sektöre özel birçok standart daha vardır. Standartlar ayrıca gürültünün nasıl ölçüleceğini de belirtir.
Çoğu ticari standart, CISPR 16-1 tarafından tanımlanan üç ana algılama yöntemini kullanır : tepe noktası, yarı tepe noktası ve ortalama. Çok sayıda tedarikçinin masaüstü ve USB spektrum analizörleri ve EMI alıcıları bu ölçüm özelliğine sahiptir.
Dolayısıyla, bir EMI alıcısı için üç adet gürültü dedektörü olmalıdır. Yani;
-
Peak,
-
Average,
-
Quasi Peak.
Pik gürültünün gerekli olduğu MIL-STD dışında, spesifikasyonların çoğunda Yarı Tepe ve Ortalama'da sınır çizgileri vardır.
Tepe algılama (Peak detection),
Adından da anlaşılacağı gibi, en kötü durum senaryosunu gösterir. Bu, çoğu ölçüm için varsayılan dedektördür ve CW sinyallerini ölçmek veya geçici bir olayı yakalamak istediğinizde iyidir. Tepe detektörü spektrumun iyi bir genel resmini verir ancak gürültüyü veya modüle edilmiş sinyalleri ölçmek için pek iyi değildir çünkü bu sinyallerin tepe noktası iyi tanımlanmamıştır.
Ortalama algılama (Average detection),
Periyodu boyunca her bir sinyal bileşeninin ortalama genliğini sağlar.
Yarı-tepe algılama(Quasi-peak detection),
Quasi-peak dedektörü, insan kulağının parazite verdiği tepkiyi taklit edecek şekilde tasarlanmıştır ve EMC (Elektro-Manyetik Uyumluluk) ölçümleri yapmak için kullanılır. Bu dedektör kullanıldığında tarama süresi oldukça yavaş olduğundan genellikle yalnızca EMC ölçümleri yapılırken kullanılır.
Her bileşeni tekrarlama hızına göre tartar. tekrarlama oranı ne kadar hızlı olursa, o bileşene verilen ağırlık o kadar yüksek olur.
Yarı-tepe değeri, tepe değerinden daha düşük ve ortalama değerin üzerinde olduğu için bir kök-ortalama-kare değerine benzer. Bunu, deşarj oranından çok daha hızlı bir şarj oranına sahip olarak yaparlar. Bu nedenle, tekrarlama hızı arttıkça, yarı tepe dedektörünün deşarj için yeterli zamanı olmaz, bu da daha yüksek voltaj çıkışına (spektrum analizöründe yanıt) neden olur. Sürekli dalga (CW) sinyalleri için tepe noktası ve yarı tepe yanıtı aynıdır. Yarı tepe dedektörü ayrıca farklı genlik sinyallerine doğrusal bir şekilde yanıt verir. Yüksek genlikli düşük tekrarlama oranlı sinyaller, düşük genlikli yüksek tekrarlama oranlı sinyal ile aynı çıktıyı üretebilir.
Yarı tepe dedektör okumaları her zaman tepe algılamadan daha az veya ona eşit olacaktır. Tepe benzeri okumalar çok daha yavaş olduğu için (tepe ile karşılaştırıldığında 2 veya 3 büyüklük sırası ile) ilk önce tepe tespiti ile tarama yapmak çok yaygındır ve daha sonra bu marjinalse veya başarısız olursa, yarı-tepeyi değiştirip çalıştırın.
Tarihsel olarak, yarı-tepe, gürültüye karşı insan tepkilerini simüle etmek anlamına geliyor. İnsanlar, kalıcı bir rahatsızlığa karşı yavaş yavaş artan bir şiddet veya sıkıntı düzeyine sahiptir. Bu nedenle, bu (öznel) yanıtı simüle etmek için, yarı tepe algılamasında yerleşik saldırı ve bırakma oranları vardır. Sinyal seviyesi, sinyali oluşturan spektral bileşenlerin tekrarlama frekansına göre etkin bir şekilde ağırlıklandırılır. Bu nedenle, yarı-tepe ölçümünün sonucu her zaman tekrarlama oranına bağlı olacaktır. Bu frekans ne kadar yüksekse, ölçülen yarı-tepe seviyesi de o kadar yüksek olur. Ayrıca, yarı tepe algılamada yer alan sonlu şarj ve deşarj süresi sabitleri nedeniyle, spektrum analizörünün bu ayarda önemli ölçüde daha yavaş tarama yapması gerekir. Bu nedenle, tepe tespiti yapılabilir ve bunun çok daha hızlı olduğu ortaya çıkar.
Yarı tepe algılama, terimini daha çok duyarız bu konuyu biraz daha açalım;
Yarı tepe algılama, sinyali oluşturan spektral bileşenlerin tekrarlama frekansına dayalı olarak bir sinyal seviyesinin ağırlıklandırıldığı bir algılama şeklidir. Demek ki; yarı-tepe ölçümünün sonucu, sinyalin tekrarlama hızına bağlıdır.
Sinyaller, tekrarlama oranlarına göre iki genel kategoride sınıflandırılabilir: dar bant veya geniş bant.
Dar bant sinyali, spektrum analizörü tarafından çözülebilen bir sinyaldir. Dar bant sinyaline bir örnek, sürekli dalga (CW) sinyalidir. Bir CW sinyali, sabit bir frekansta bir sinyaldir.
Geniş bant sinyali, spektrum analizörü tarafından çözülemeyen bir sinyaldir. Geniş bant sinyaline bir örnek, bir darbe sinyalidir. Tepe, yarı-tepe ve ortalama algılama, bir dar bant sinyali için aynı genlik seviyesini verecektir. Bir geniş bant sinyali, tepe seviyesinden daha düşük bir yarı-tepe seviyesi verecektir.
Ağırlıklandırma (yarı tepe dedektör devresindeki belirli şarj ve deşarj süresi sabitleri aracılığıyla hesaba katılır), ölçülen sinyalin tekrarlama frekansının bir fonksiyonudur. Tekrarlama frekansı ne kadar düşükse, yarı-tepe seviyesi o kadar düşük olur.
Ticari ürünlerden kaynaklanan elektromanyetik paraziti (EMI) yöneten birçok kurum, yarı tepe algılamasının kullanılmasını gerektirir. Pik algılama ile ölçüldüğünde bir cihazdan kaynaklanan emisyon bir test limitinin üzerinde olsa bile, yarı-tepe seviyesi test limitinin altındaysa cihazın geçtiği kabul edilecektir.
Yarı tepe dedektöründe kullanılan şarj ve deşarj süresi sabitleri nedeniyle, yarı tepe dedektörü açıkken spektrum analizörü önemli ölçüde daha yavaş tarama yapmalıdır. Bir sinyalin yarı-tepe seviyesi her zaman o sinyalin tepe seviyesine eşit veya bundan daha az olduğundan, yarı-tepe tespiti sadece bir sinyal tepe tespiti ile ölçüldüğünde test limitine yakın veya üzerinde olduğunda kullanılmalıdır.
İlk ölçümler için, tepe algılama daha yavaş tarama süreleri gerektirmediğinden tepe algılama kullanılır.
12.Dedektörün amacı
Örneğin, ses sistemimin yanında faz açısı kontrollü ışık kısıcı(dimmer) içeren bir masa lambam var. Lamba açıkken, ses çıkışıma eklenen 100Hz'lik bir vızıltı duyabiliyorum… Bu rahatsız edici olabilir!
Ayrıca mutfakta, fırın ısındığında yaklaşık her 5 saniyede bir geçiş yapan bir kontaktör aracılığıyla gücü değiştiren eski bir sıcaklık kontrol sistemine sahip bir elektrikli ocağım var. Bu kontaktörün anahtarlanmasının yarattığı geçici olay, lambanın faz açısı anahtarlamasının neden olduğu geçici olaydan çok daha büyüktür.
Bir tepe detektörü kullanırsak, fırın kontrol cihazı lambadan çok daha yüksek bir sonuç üretecektir ve bu bir sorundur çünkü parazitin öznel sonuçları göz önüne alındığında en kötü kaynak lambadır.
Lamba geçişlerinin nispeten hızlı tekrarlanma oranı göz önüne alındığında, ortalama bir dedektörün bu sorunun üstesinden gelebileceği görülebilir. Ne yazık ki, geçici olaylar o kadar kısadır ki (her iki durumda da), ortalama dedektörler yanıt vermez ve her iki kaynak için sonuç neredeyse sıfırdır. Ortalama dedektörler, girişim girişine modüle edilmiş sinyaller dahil edildiğinde en kullanışlıdır.
Yarı tepe dedektörleri basitçe 'doğru' sonuçları, yani yayın alımı üzerindeki zararlı etki ve öznel etkiyle yaklaşık olarak ilişkili sonuçları üreten bir tasarımdır.
13.Dedektörler ve çeşitleri
EMC standartları, 3 (buna 4 te diyebiliriz) farklı dedektörün kullanımını belirtir. Hepsi farklı cevaplar veriyor. Bunlar Tepe (Pk), Yarı Tepe (QP), Ortalama (Ave) ve yakın zamanda önerilen RMS-ortalama dedektörüdür. Bu yeni dedektörün nedeni, dijital iletişim hizmetleri üzerindeki parazit etkisinin daha iyi bir ölçüsünü vermesidir.
Aşağıda verilen devreler; Pk, QP ve Ave dedektörlerinin nasıl çalıştığını göstermektedir;
Peak dedektör, oldukça açıklayıcıdır. Yanıtta etkili bir şekilde zaman gecikmesi yoktur, sadece analizörün bir frekansta beklediği süre boyunca görülen en yüksek sinyal seviyesini gösterir. Gerçekte, dedektör tepkisini neredeyse anında üretir, böylece Pk dedektörü hızlı tarama için kullanılabilir. Sonuç elde edildiğinde, analizör bir sonraki frekansa geçer ve kondansatörün boşaltılmasıyla dedektör sıfırlanır. (Sıfırlama devresi şemalarda gösterilmemiştir).
Şekil: Tepe (Peak) Dedektörü
Ortalama dedektör, oldukça basittir. Gelen sinyale doğrusal bir ortalama uygular.
Şekil: Ortalama Dedektörü
QP dedektörü, yukarıdakilerin her ikisinin de özelliklerini içerir. Özellikle, kondansatör şarjı için zaman sabitinin, deşarj süresi sabitine (160 ms) kıyasla nasıl kısa (1 ms) olduğuna dikkat edin. Bu alternatif dedektörlere neden ihtiyaç duyduğumuzu anlamak için, parazitin genellikle öznel olduğu gerçeğini göz önünde bulundurun.
Şekil: Yarı Tepe (Quasi Peak) Dedektörü
RMS dedektörü, gürültüyü veya modüle edilmiş (özellikle dijital olarak modüle edilmiş) sinyalleri ölçmek için en iyisidir. Bunun nedeni, dedektörün, bir görüntüleme noktasına giden RBW (Resolution Bandwidth / Çözünürlük bant genişliği) çıkışından gelen gücün ortalamasını almasıdır; bu, bu tür sinyaller için iyi bir tahmin sağlar. Ancak sinyalin ve RBW'nin bant genişliği bir görüntüleme noktasından azsa dikkatli olun; bu durumda sinyalin ortalaması, sinyali olmayan noktalarla alınır ve bu da çok düşük sonuçlar verir.
14.Dedektörler arasındaki ayrımın nedeni
Düzenleyici sınırların asıl amacının kablolu ve radyo iletişiminde paraziti önlemek olmasıdır ve seyrek görülen ani yükselmelerin ve diğer kısa süreli gürültü olaylarının istenen bilgilerin alınmasını önemli ölçüde engellemediğini öğrendik veya belirledik. Bu durumda; çoğu EMI uygulaması için, yarı-tepe, frekans ve genliğine ek olarak bir spektral bileşenin tekrarlama oranını tartarak EMI spektrumunu ölçmek için kullanılır.
Şekil: Tepe, yarı tepe ve ortalama dedektörler. Sık ve seyrek sinyallerde QP ölçümü.
Bir spektrum analizörü tepe dedektör modunda yapılandırıldığında, IF(Intermediate-Frequency) sinyali bir diyot tarafından doğrultulur ve bir kondansatörü maksimum değere şarj eder (bkz. Şekil). Bu voltaj daha sonra işlenir ve görüntülenir. Bu nedenle, IF filtresinden geçen seyrek bile olsa sahte gürültü ölçülecektir.
Şekil: Tepe dedektörü.
Yarı tepe dedektörü, kapasitör ile seri olarak bir direnç ve kapasitör ile paralel olarak onu boşaltmak için hareket eden bir direnç ekler. Bu nedenle, seyrek olaylar, kapasitörde depolanan voltaj bir tepe detektörüne göre daha hızlı bozulduğu için daha düşük bir ölçüm veya "rahatsızlık(annoyance) faktörü" verir.
Şekil: Yarı tepe dedektörü.
Ölçüm (yarı-tepe-detektör devresindeki belirli şarj ve deşarj süresi sabitleri aracılığıyla hesaba katılır), ölçülen sinyalin tekrarlama frekansının bir fonksiyonudur; tekrarlama frekansı ne kadar düşükse, yarı-tepe seviyesi o kadar düşük olur.
EMI’ yi ticari ürünlerden yöneten birçok kurum, kullanılmak için yarı-tepe algılama gerektirir. Yarı tepe dedektörü ayrıca farklı genlik sinyallerine doğrusal bir şekilde yanıt verir. Yüksek genlikli, düşük tekrarlama oranlı sinyaller, düşük genlikli, yüksek tekrarlama oranlı sinyallerle aynı büyüklükte bir çıktı üretebilir.
Yarı-tepe tarama hızları çok daha yavaş olduğundan (pik hızlara kıyasla 2 veya 3 büyüklük sırası), tarama yapmak çok yaygındır. Önce tepe tespiti yapın ve bu marjinalse veya başarısız olursa, sınırlara karşı yarı tepe ölçümünü çalıştırın.
Şekil’ deki ortalama detektör, bir alçak geçiren filtre tarafından takip edilen bir zarf detektörü olarak gösterilmektedir. Genellikle video filtresi olarak adlandırılan bu düşük geçişli filtre, bant genişliği değerini bir entegrasyon süresini belirten bir standartta çağrılan önceden tanımlanmış bir değere ayarlayarak bir entegratör olarak kullanılacaktır. Veya ölçülecek sinyalin en düşük spektral bileşeninden daha küçük bir değere ayarlanacaktır.
Şekil 5: Ortalama dedektör.
Değerlendirme yaparken aşağıdaki gibi ilerlenmelidir:
Temel prensibimiz: Peak(Pk) ≥ QuasiPeak(QP) ≥ Average(Ave) olmalıdır.
1. DURUM:
Tepe(Peak) Dedektörü:
- Teste başlamak için bu modu kullanın.
- Test hızı QP ve Ortalamadan daha hızlıdır.
- Tepe(Peak) modu geçerse diğer modlara da geçilebilir.
SONUÇ:Başka testlerin yapılmasına gerek yoktur.
2. DURUM:
QP(Quasi Peak) dedektörü:
- Sürekli dalga (continuous wave) için: QP= Tepe değeridir.
- Peak ile karşılaştırıldığında Quasi-Peak testleri çok yavaştır çünkü testler uzun devre deşarjı gerektirir.
3. DURUM:
Ortalama (Average) dedektör:
- 1GHz'i aşan radyasyon girişim sinyalleri bu modu kullanacaktır.
ÖZETLE:
Hepimizin bildiği gibi, yarı tepe ölçümü uzun zaman alır. Belirleme süresini kısaltmak için daha kısa test süresi olan diğer ölçüm yöntemlerini seçebiliriz. Test sürecini hızlandırmak için, test laboratuvarlarında ve EMC sanatında deneyimli olan herkeste standart uygulama, başlangıçta Pk dedektörü ile tarama yapmaktır.
Pk dedektörü her zaman en yüksek sonucu üreteceğinden (QP ve Ave dedektörleriyle karşılaştırıldığında), bu Pk sonucu sınırların altındaysa, EUT'nin (Test Edilecek Cihaz) uyumlu olduğu açık olacaktır. Bu durumda daha fazla test yapılmasına gerek yoktur. Sadece Pk dedektörü bir sınırı aşarsa, diğer dedektörlerle ölçüm gerekli olacaktır.
Çoğu durumda, sınırlar yalnızca belirli ayrık frekanslarda aşılır. Bazı analizörler, bu problem frekanslarına 'bırakılabilen' ve daha sonra bu noktalarda Pk, QP ve Ave seviyelerini gösterecek işaretleyicilerle donatılmıştır. Bunlar, bu sorun sıklıklarının neredeyse gerçek zamanlı olarak hızlı ve doğru bir şekilde izlenmesini sağlayarak sorun giderme ve değişikliklerin anında gözlemlenmesini sağlayacaktır.
Örnek Quasi peak ölçümleri;
Şekil: Sinüs sinyali için tanımlar verilmiştir.
Şekil: Tekrarlayan bir sinyalin quasi peak değerinin alınması
Şekil: Tekrarlamayan bir sinyalin ölçüm değerlerinin alınması
15.Dedektörlerim neden bu kadar yavaş? Ölçüm neden yavaş ilerliyor?
Bir EMC analizöründeki veya alıcısındaki dedektör, sistemin diğer tüm frekans bileşenlerinden çıkarıldıktan* sonra sinyalin seviyesini ölçen parçasıdır. *Bu işlem, istenen frekans dışındaki tüm frekansları engelleyen çok dar bantlı bir filtredir.
Dar bantlı bir filtre kulağa oldukça basit geliyor ancak bu alanda çalışanlar, gerekli özelliklere (bant genişliği, şekil, bant dışı zayıflama vb.) sahip böyle bir filtre oluşturmanın oldukça zorlu bir iş olduğunu biliyorlar. Böyle bir filtreyi geniş bir frekans aralığında 'tarayabilme' gereksinimini eklerseniz, bu tamamen imkansız hale gelir. Bu nedenle, radyo alıcılarında taramayı bizim için 'yapmak' için kullanılan süperhet tekniklerini kullanıyoruz. Bu, seviyesi seçilen frekansta gelen sinyalin büyüklüğüne eşit olan bir çıkış üretir.
Bu dedektörün çıkışını basitçe bir ADC girişine bağlayabilir ve sonuçları ekrana çizebiliriz. Ne görürdük?
Sistem gerekli frekans aralığını tararken, çıkışın gelen sinyalin spektrumuna göre değişmesini bekleyebiliriz. ADC'nin ve sistemin diğer bölümlerinin bant genişliğinin 'ayakta kalabilmesi' için tarama hızını kısıtlamamız gerekecektir.
Taramayı bir anlığına durdurursak, yani sadece bir frekansa bakarsak, çıkış ya kararlı durumda olur (bu, sürekli bir giriş sinyalini gösterir) ya da zamanla değişir (sürekli olmayan bir giriş sinyalini gösterir, yani bir geçici olayları veya patlamaları içeren veya modüle edilen).
Temelde yukarıdakiler 'normal' bir spektrum analizörünün nasıl çalıştığını açıklamaktadır. EMC alıcıları (veya analizörleri) farklıdır. Önemli bir konu, sürekli olmayan sinyallerin işlenmesidir.
16.Spektrum Analizöründe veya EMI Alıcısında Dedektörlerin Durumunun İrdelenmesi
İletilen ve yayılan emisyon testlerinin çoğu, ortalama dedektör ve yarı tepe dedektörü için belirlenmiş sınırlara sahiptir.
Ortalama ve tepe dedektörleri ile ölçüm taramaları oldukça hızlı bir şekilde gerçekleştirilebilirken yarı tepe dedektörleri, ölçüm alıcıları için ölçüm noktası başına 1 saniyelik bir ölçüm süresine ve spektrum analizörleri için de benzer şekilde uzun bir süreye ihtiyaç duyar. Tek ve tam bir ölçüm taraması, yarı tepe dedektörleri ile gerçekleştirildiğinde birkaç saat sürebilir.
Ancak ölçüm süresini önemli ölçüde azaltan bir geçici çözüm vardır:
Tepe dedektörünün ölçüm sonucu her zaman ortalama dedektörün ölçüm sonucundan daha yüksektir.
Yarı-tepe dedektörünün ölçüm sonucu her zaman ortalama ve pozitif tepe dedektörünün sonuçları arasında bir yerde olacaktır. Yarı tepe dedektörünün ölçüm sonucu hiçbir zaman pozitif tepe dedektörünün ölçüm sonucundan daha yüksek olmayacaktır.
Şekil: Pozitif tepe ve ortalama dedektör tipleri arasındaki farklara örnek.
Sonuç olarak, tepe detektörü kullanılarak tam bir tarama gerçekleştirilecek ve sonuç, yarı tepe limitleriyle karşılaştırılacaktır. Tepe dedektörü ölçümü QP limitleri dahilindeyse EUT testi geçmiştir. Tepe detektörü sonucunun sınır çizgisini aşan birkaç sahte tepe noktası varsa, yarı tepe sonucunun yine de sınırlar dahilinde olma ihtimali vardır. Ancak sahte tepe noktaları limitlerin 10 dB veya daha fazla üzerindeyse şans oldukça zayıftır.
Doğrulamak için, yarı tepe detektörü kullanılarak seçici bir yeniden ölçüm yalnızca tepe detektör ölçümünün sınır çizgisini geçtiği frekans noktalarında gerçekleştirilecektir.
Kritik genliklere sahip sahte tepe noktaları seçici olarak yeniden ölçülürken, sahte tepe noktalarının, tepe detektörü ölçümü ile yarı tepe detektörü ile seçici yeniden ölçüm arasında geçen süre içinde frekansta kaymış olabileceğinin de dikkate alınması gerekir. Anahtarlamalı regülatörlerden kaynaklanan pikler zaman ve sıcaklıkla önemli ölçüde değişebilir. Seçici bir yeniden ölçüm yapılması, daha sonraki bir zamanda mahmuzları tamamen gözden kaçırabilir veya mahmuz frekansının yanlış bir ölçüm sonucu elde etmeye yetecek kadar sapmasına neden olabilir.
Şekil: Zaman içindeki sahte sürüklenme örneği. Her iki ölçüm de aynı ayarlarla ancak 15 dakikalık zaman farkıyla yapıldı.
Aşağıdaki ekran görüntüsü, seçici yarı tepe ölçümü konseptini gösteren bir test merkezinden alınan bir grafiği göstermektedir.
Turuncu grafik, yarı tepe sınırlarının ihlal edildiği frekanslardaki mavi işaretlerle tepe dedektörü ölçümünü gösterir.
Kırmızı işaretleyiciler, yarı tepe detektörüyle seçici olarak yeniden ölçümün sonuçlarını gösterir.
Şekil: QP(Quasi peak) taramasını gösteren test kurumu raporu örneği.
17.Olayın Özeti
İlk olarak; EMI taramalarını hızlı bir şekilde gerçekleştirmek için ön uyumluluk testi için tepe algılama (Peak detection) ile başlamalısınız.
Daha sonra; sonuçları yayınlanan yarı-tepe (Quasi-peak), limitleriyle karşılaştırın.
Son olarak; tasarım, yedeklenecek çok fazla marjla (örneğin 6 dB veya daha fazla) yarı-tepe (Quasi-peak) sınırlarını karşılıyorsa, ürünün uyumluluk testini geçmesi muhtemeldir. Bu nedenle, yarı tepe (Quasi-peak) testi gerekli olmayabilir. Bununla birlikte, ürün pik (Peak) tespitini marjinal olarak geçerse, yarı pik (Quasi-peak) testi önerilir. Bu, uygunluk testinde kullanılan yaklaşımın aynısıdır ve olası endişe alanlarının belirlenmesine yardımcı olacaktır.
Aşağıdaki Şekil, Bahsedilen üç dedektörün iki benzer darbeli sinyale çıkış tepkisini gösterir, en üstteki daha yüksek tekrarlama oranına sahiptir. Yarı tepe dedektörünün daha yüksek voltaj çıkışına sahip olduğuna dikkat edin.
Şekil: Yarı tepe dedektörü, olay daha sık meydana geldiğinde daha yüksek voltaj çıkışı üretir.
Genellikle, yarı-tepe limitlerini karşılayabilirsek, otomatik olarak ortalama limitleri de karşılarız (ortalama algılama ve ortalama limitleri kullanarak). Ancak, CISPR 22 yarı-tepe sınırlarına uyulabileceği, ancak ortalama sınır testinin başarısız olduğu başıboş durumlar vardır. Bu kötü bir işarettir ve muhtemelen PCB düzeninin ve/veya transformatörün büyük bir yeniden tasarımının gerekli olduğunu gösterir.
Genellikle halk dilinde 'yaklaşık 5 MHz'in altındaki frekanslarda gürültü akımları ağırlıklı olarak diferansiyel mod olma eğilimindeyken, 5 MHz'in üzerindeki frekanslarda gürültü akımları ağırlıklı olarak ortak mod olma eğilimindedir.' Ancak bu her zaman doğru olabilir veya olmayabilir. Kesinlikle 20 MHz'in üzerindeki frekanslarda, iletilen herhangi bir gürültü büyük olasılıkla endüktif başlatmaya atfedilebilir, Örneğin kablolardan yayılan radyasyondan.
Ve bunun doğada doğal olarak yaygın bir mod olduğunu biliyoruz. Bununla birlikte, bir anahtarlamalı dönüştürücüdeki ortak mod gürültüsünün ana (veya tek) kaynağının ışınımsal başlatma olması gerekmediğinden, sürprizlere hazırlıklı olmalıyız. Örneğin, eşit olmayan hat empedanslarının (yüksek frekanslı) ortak mod gürültüsünü (yüksek frekanslı) diferansiyel mod gürültüsüne dönüştürebileceğini hatırlıyoruz.
Son olarak, standart iletilen EMI emisyon limitlerinin tipik olarak sadece 30 MHz'e kadar olduğunu gözlemliyoruz. Şunu sorabiliriz - neden sınırlar daha da yüksek ayarlanmadı? Bunun nedeni, 30 MHz'de iletilen herhangi bir gürültünün otomatik olarak şebeke kablolarında ciddi zayıflamaya maruz kalması ve bu nedenle yolun aşağısında parazite neden olacak kadar uzağa gidememesidir. Bununla birlikte, kablolar kesinlikle (yerel olarak) ışıma yapabildiğinden, tipik EMI radyasyon sınırları 30 MHz ile 1 GHz aralığını kapsar.
18.Test sonuçlarının; tepe, yarı tepe ve ortalama değere göre değerlendirilmesi nasıl yapılmalıdır?
Belirleme prosedürü:
Gerçekleştirilen emisyonların ölçüm sonuçlarını aşağıdaki akış şeması üzerinden değerlendirebiliriz.
Şekil: Spektrum analizörü veya EMI alıcıda ölçüm akışı yukarıda gösterilmiştir.
Şekil(SOL): Test esnasında basit anlamda teste karar vermek için bu akış diyagramı kullanılabilir.
Şekil(SAĞ): Hızlı yargılama yaparken bu grafik kullanılabilir.
Nihai karar yöntemi:
(Yarı tepe değeri < yarı tepe değeri sınırı) ve (ortalama değer < ortalama değer sınırı) olduğunda, yukarıdaki koşullar bir arada karşılanıyorsa, iletilen emisyon sonucu nitelikli olarak değerlendirilir. Ancak hepimizin bildiği gibi yarı tepe ölçümü uzun zaman alıyor. Belirleme süresini kısaltmak için test süresi daha kısa olan diğer ölçüm yöntemlerini tercih edebiliriz.
Yukarıdaki Şekil' de gösterildiği gibi birkaç temel ilişkiyi öğrenelim. Tepe değeri, yarı tepe değerinden daha büyüktür ve yarı tepe değeri ortalama değerden daha büyüktür ve yarı tepe değeri ortalama değerden daha büyüktür; ayrıca yarı tepe değer limiti ortalama değer limitinden daha yüksektir.
Hızlı yargılama yöntemi:
Durum 1' de; tepe değeri, ortalama değer sınırından küçük olduğunda yapılan emisyonların nitelikli olduğunu doğrudan tespit ediyoruz.
Durum 2'de; tepe değeri, ortalama değer sınırından daha büyüktür ancak yarı tepe değeri sınırından daha düşüktür ve ortalama değer, ortalama değer sınırından küçüktür. Yukarıdaki koşulların karşılanması durumunda yapılan emisyonların da nitelikli olduğu yargısına varabiliriz.
Karar örneği:
Örneğin, aşağıdaki Şekil' de gösterildiği gibi, yargılamak için yukarıdaki yargılama akış şemasını kullanalım. Yeşil dalga formunun ortalama test sonuçlarının tamamı yeşil ortalama sınır çizgisinden düşüktür ve mavi dalga formunun tepe test sonuçları kırmızı yarı tepe sınır çizgisinden düşüktür. Bu nedenle hüküm sonucu niteliklidir.
Aşağıdaki Şekil' de gösterildiği gibi veri açısından bakıldığında Sınıf B testinde başarısız oldu. Yeşil dalga biçimi, 1,4MHz frekansında yeşil ortalama sınır çizgisini 1,18db aştığı için sonuç doğrudan bir arıza olarak değerlendirilebilir.
Çözüm
Hızlı belirleme yöntemi sayesinde tepe değeri ve ortalama değere ait ölçüm sonuçları, yarı tepe değer limiti ve ortalama değer limiti ile karşılaştırıldığında, yapılan emisyonların test sonuçlarını hızlı bir şekilde değerlendirebildiğimiz görülmektedir.
19.Bir vaka çalışması
ÖRNEK-1:
Örnek olarak (gelecekteki bir sütunda ayrıntılı olarak açıklanacaktır), ürününüzün uzak alanda yayılan emisyonlarda başarısız olduğunu düşünün (Aşağıdaki Şekil). Yaklaşık 146MHz olan VHF aralığındaki bir frekansta sınırın üzerinde olduğumuzu unutmayın.
Şekil: EMI sorun gidermeye yönelik bir örnek olay.
Yakın alan probu ile, bir DC/DC dönüştürücünün diyotu çevresinde yüksek seviyelerde 146MHz sinyal bulunur.
Diyottan geçen akım bir akım probu ile ölçülür (Yukarıdaki Şekil' de kırmızı iz A, sağ üst). İzde çok kısa bir çınlama var (yüksek di/dt). Bu zil sesini görmek için kapsamınızda yüksek bant genişliğine ihtiyacınız olduğunu unutmayın.
Sinyalin yakınlaştırılması bize yukarıdaki Şekil' in sağ alt kısmındaki mavi iz B'yi verir. Bu zilin frekansı, tam olarak 146MHz yani EMI kaynağını bulduk.
Yukarıdaki Şekil' in sağ alt kısmındaki pembe iz C'ye, zil frekansının manyetik alan yakın alan probu ile de nasıl ölçülebildiğine dikkat edin. Bu çınlamayı azaltmak için diyotla seri halinde bir ferrit eklenip çözülmüştür.
ÖRNEK-2:
Anahtarlamalı güç kaynaklarının gürültü testlerini gerçekleştirirken, en yüksek sahte seviyeler nispeten düşük frekanslarda ortaya çıkar. Alt harmonikler daha da kritiktir. Bunlar tipik olarak 100 kHz'in önemli ölçüde altındaki frekanslardadır ve çoğu test 150 kHz' de başladığından çoğu zaman tamamen fark edilmez.
Gerçekleştirilen bir gürültü testi gerçekleştirebilir ve tüm sahte sınırların limitlerin çok altında olmasına rağmen analizörün neden bip sesi çıkardığını ve bir ADC taşması uyarısı görüntülediğini merak edebilirsiniz. Zayıflatıcıyı doygunluğa sürükleyen şey, 6 kHz' de çok yüksek genlikli bir alt harmonik olabilir.
Yarı tepe algılamaya mı ihtiyacınız var? EMI ölçümleri basit pik dedektörleri ile yapılabilir. Ancak EMI departmanı veya harici laboratuvar, yarı tepe (QP) dedektörleri kullanır. Yani sizin de bir QP dedektörüne ihtiyacınız olup olmadığını merak ediyorsunuz.
EMI departmanı veya harici laboratuvarlar tipik olarak, belirtilen sınırları aşan veya bunlara yakın olan sorunlu alanları bulmak için basit tepe dedektörleri kullanarak bir tarama yaparak testlerine başlar. Sınırlara yaklaşan veya aşan sinyaller için QP ölçümü yaparlar.
QP dedektörü, EMI ölçüm standartları tarafından tanımlanan özel bir algılama yöntemidir.
QP dedektörü, bir sinyalin zarfının ağırlıklı tepe değerini (yarı tepe) tespit etmeye yarar. Sinyalleri sürelerine ve tekrarlama oranlarına bağlı olarak ağırlıklandırır. Daha sık meydana gelen sinyaller, seyrek darbelerden daha yüksek bir QP ölçümü ile sonuçlanacaktır.
Tepe ve QP tespitinin bir örneği yukarıdaki fiigure'de görülmektedir. Burada hem tepe hem de QP tespitinde 8 μs darbe genişliğine ve 10 ms tekrarlama oranına sahip bir sinyal görülür.
Ortaya çıkan QP değeri, tepe değerinden 10.1 dB daha düşüktür. Hatırlanması gereken iyi bir kural, QP'nin her zaman tepe algılamadan daha küçük veya ona eşit olacağı, asla daha büyük olmayacağıdır. Böylece, EMI sorun giderme ve tanılama işlemlerinizi yapmak için tepe algılamayı kullanabilirsiniz.
Her şey göreceli olduğu için bir EMI departmanı veya laboratuvar taraması için doğru olmanıza gerek yoktur. Laboratuvar raporunuz tasarımın 3 dB üzerinde olduğunu ve tepe algılamanızın 6 dB fazla olduğunu gösteriyorsa, sinyali -3 dB veya daha fazla azaltan düzeltmeler uygulamanız gerekir.
20.Örnek Limit değerleri
Şekil: 9 kHz – 30 için CISPR Yarı Tepe (QP) sınırları MHz frekans aralığı
Şekil: CISPR 22 ve FCC Bölüm 15'e göre yarı tepe ve ortalama (ortalama) değer için güç kaynağının ana terminali için iletilen emisyon sınırları.
21.SONUÇ
Projelerin %50-80' inin ilk seferde EMI/EMC testini geçemediğini biliyor muydunuz? EMC ilkelerinin uygulanmaması, EMC/EMI bilgisi eksikliği, EMC düzenlemelerinin yanlış uygulanması, devre elemanları arasında öngörülemeyen etkileşimler veya uyumlu olmayan modüllerin veya bileşenlerin dahil edilmesi nedeniyle ürünlerin yaklaşık yarısının ilk EMC testinde başarısız olduğunu bildirmektedir.
Ön uyumluluk testinin gerçekleştirilmesi, tam EMI uyumluluk testinin başarılı bir ilk geçiş olasılığını büyük ölçüde artırır, zamandan ve binlerce dolardan tasarruf etmenizi sağlar. Bu yazımızda; aslında teknik bilgileri biraz ayrıntılı vererek, bu durumu kanıtlamış olduk.
Şunu da unutmamak gerekir! EMC/EMI, elektronik sistemlerin tasarımında ciddi bir konudur. Bir sistem tasarımı için en iyi şekilde hazırlanmış planlar bile; EMC/EMI' nin hem tasarımda hem de kurulumda ciddi bir husus olmadığı ya da önemsenmediği durumlarda kolayca ters gidebilir.
Elektronik ürün, işlevsel gereksinimleri karşılarken bile arızalanabilir. Arızanın nedeni, çok yüksek emisyon seviyelerine neden olan elektromanyetik gürültü kaynakları ve yayın yapan yapılardan kaynaklanmaktadır.
Diğer bir arıza türü ise ürünün dış gürültüye karşı bağışıklığıdır. Bu başarısızlıklar, genellikle düşük maliyetli düzeltmeler uygulamak için çok geç olan resmi EMC testleri sırasında meydana gelir. Bu aşama ile karşılaşan onlarca firma gördüğümü söyleyebilirim.
Sonuç olarak; anlatılan bilgiler ışığında, ürününüzün EMC performansını kontrol edip ve iyileştirebilirsiniz. Bu yüzden; arıza riskini azaltmak için, ürün konsepti oluşturma ve erken prototip oluşturma aşamasında EMC kontrol noktalarına sahip olmak iyi bir uygulamadır.
Prototipler sayesinde; Ar-Ge EMC testleri, hızlı bir şekilde yürütülür ve ürünün emisyon ve bağışıklık performansı hakkında iyi bir anlayış sağlanır ve gerektiğinde iyileştirmeye hazırlanılır. EMC test seviyesi farkının zaten bilindiği durumlarda (testlerin yapıldığı durum) sizlere gerekli iyileştirmeyi bulmak için mükemmel bir imkan sağlayabiliriz. Bunun için bizimle kontak kurabilirsiniz...
#QuasiPeakDetector #Average detector #Peak detector #RMS detector #SpectrumAnalyzer #EMC #FFT #EmcTest #EmcDeğerlendirme #EMCSonuçYorumlama
--- MAKALE SONU ---