Czas czytania ok. 10 minut
W współczesnym świecie urządzenia elektroniczne od smartfonów po zaawansowane systemy przemysłowe, pracują w coraz gęstszym środowisku zakłóceń elektromagnetycznych. Stanowi ono wyzwanie dla projektantów, ponieważ może prowadzić do nieprawidłowego działania zaprojektowanego urządzenia. Zdarza się jednakże, że urządzenia projektowane przez pasjonatów mogą wytwarzać EMI, które może zakłócać pracę innych urządzeń w warsztacie, albo inne urządzenia przeszkadzają w pracy naszego zaprojektowanego układu. W takich sytuacji przydają się sondy pola bliskiego magnetycznego.
EMI – definicja
EMI (z ang. Electromagnetic interference), czyli zakłócenia elektromagnetyczne lub interferencja magnetyczna to zjawisko polegające, na tym że jedno z urządzeń zakłóca pracę innego urządzenia. Przykładem tego może być charakterystyczne brzęczenie głośników, gdy ktoś do nas dzwonił na początku lat 2000-2010, ale dzisiaj to też może się zdarzyć.
EMI – rodzaje:
- Sprzężenie przewodzone – źródło jest połączone drutem lub kablem z zakłócanym urządzeniem. Spotykane w elektrycznych liniach energetycznych.
- Sprzężenie pojemnościowe – źródło i urządzenie podatne są na pojemności pasożytnicze. Szybkie zmiany napięcia w źródle EMI powodują przepływ prądu zakłócających tę pojemność, co wpływa na pracę urządzenia podatnego.
- Sprzężenie indukcyjne – źródło i urządzenie są sprzężone polem magnetycznym. Zamiana poziomu zakłóceń zależy od zmiany prądu.
- Sprzężenie radiacyjne/promieniowe – niepożądany sygnał z źródła jest przenoszony do urządzenia zakłócanego za pomocą promieniowania w przestrzeni.
EMI – przykłady:
- Naturalne:
- Burze, pioruny
- Rozbłyski słoneczne, promieniowanie kosmiczne
- Elektryczność statyczna
- Spowodowane przez człowieka:
- Laptopy, telefony, tablety
- Urządzenia Bluetooth i Wi-Fi
- Kuchenki mikrofalowe
- Nadajniki telewizyjne i radiowe
- Linie energetyczne wysokiego napięcia
- Sieci łączności satelitarnej
EMI – pomiary analizatorem widma, oscyloskopem
Do pomiarów EMI można podejść na parę sposobów. Podstawowym urządzeniem jest analizatory widma, takie jak HSA2016A od firmy Hantek, UTS3021B lub UTS3084T (z generatorem TG) od UNIT’a. Oscyloskopy również umożliwiają obserwację zakłóceń i ich zmianę w dziedzinie czasu, mogą wykryć nagłe impulsy, wahania napięcia. Aby móc skorzystać z pełni możliwości można podłączyć również przedwzmacniacza, na przykład HNFPA-1 oraz sonda pola bliskiego.
EMI – Sonda pola bliskiego magnetycznego
Sonda pola bliskiego magnetycznego to precyzyjne urządzenie, które umożliwia wykrycie źródeł zakłóceń na pojedynczym elemencie elektronicznym znajdującym się na płytce PCB. Kiedy zakłócenia przewodzone lub emitowane przez urządzenie przekraczają dopuszczalne normy, sondy pola bliskiego pozwalają zidentyfikować, który element lub obwód generuje zakłócenia o określonej częstotliwości, wykryć kanały sprzężenia między modułami oraz określić częstotliwość przełączania sygnałów czy napięcie RF w systemie.
EMI – parametry sondy
Najważniejszym parametrem jest zakres częstotliwości, który informuje nas o tym, w jakim paśmie częstotliwości sonda jest w stanie wiarygodnie mierzyć pole elektryczne lub magnetyczne.
Porównanie sond od firmy HANTEK
| Parametr | F-NFPA-1 | F-NFPA-2 | F-NFPA-3 |
|---|---|---|---|
| Zakres częstotliwości | 30MHz – 3GHz | 9kHz – 50MHz | 30MHz – 3GHz |
| Producent | HANTEK | ||
| Możliwość pracy z przedwzmacniaczem | ✔ | ||
| Podłącznie do spektrometru lub oscyloskopu | Za pomocą kabla 50 Ω | ||
EMI – jak wykonać pomiary?
- Podłącz sondę do analizatora widma lub oscyloskopu za pomocą kabla 50 Ω.
- Umieścić sondę blisko podejrzanego źródła zakłóceń.
- Przesuwać sondą i obserwować zmiany na oscyloskopie lub analizatorze widma.
- Dokonać interpretacji pomiarów.
Uwaga: W razie styczności z zakłóceniami o małych wartościach należy skorzystać z przedwzmacniacza. Na rysunku obok podano jak ma wyglądać podłączenie całego układu z przedwzmacniaczem.
Pomiary – interpretacja wyników
Zwróć uwagę na pasma częstotliwości, w których występują szczyty sygnału, wskazujące na obecność zakłóceń. Do ustawień można użyć przycisku „AUTO”. Aby dowiedzieć się więcej na temat obsługi analizatora UTS3036B i samych pomiarów więcej pod linkiem.
Podsumowanie
EMI to jeden z problemów współczesnej elektroniki, który może przeszkadzać w prawidłowym działaniu urządzeń. Do jego analizy służą analizatory widma, ale służyć do tego mogą również oscyloskopy. Aby móc wykonać pomiar potrzebna jest sonda pola bliskiego magnetycznego, a do pomiarów słabszych zakłóceń przyda się przedwzmacniacz. Najbardziej wyróżniającymi się sondami były F-NFPA-1 i F-NFPA-3, posiadające największe zakresy częstotliwości, które pozwolą na pomiary w większym zakresie niż F-NFPA-2. Pomiary w przypadku EMI są ważne i pomocne podczas projektowania wszelakich układów albo analizy zakłóceń pracy, a sama interpretacja wyników nie jest skomplikowana.