Skaner EMxpert w badaniach EMC pozwala na pomiar zaburzeń w dwóch wymiarach w czasie rzeczywistym

Fot. 1. Skaner EMxpert

Pomiar samą sondą niesie ze sobą ponadto bardzo duże niedokładności wynikające z konieczności zachowania stałej odległości sondy od mierzonego elementu, co ma kolosalne znaczenie w pomiarze amplitudy i powoduje, że pomiary te są trudno powtarzalne. Elementy elektroniczne są różnej wysokości, a samej sondy nie da się utrzymać nieruchomo przez dłuższy czas. Niemożliwe są także pomiary elementów i płytek w czasie pracy a zwłaszcza pomiary dynamiczne. Wszystkie te niedogodności można rozwiązać używając skanerów pola bliskiego wyposażonych w macierz detektorów, pozwalającą na zobrazowanie promieniowania EM w dwóch wymiarach w czasie rzeczywistym.

Kanadyjska firma EMScan oferuje rodzinę skanerów pola bliskiego mogących wykonywać pomiary promieniowania pola bliskiego w czasie rzeczywistym pod nazwą EMxpert (fot. 1). Skaner zawiera matrycę 1218 sensorów pola magnetycznego, dzięki którym można zdiagnozować promieniowanie z płytki PCB o rozmiarach nawet 31,6×21,8 cm z efektywną rozdzielczością 3,75 mm (w urządzeniu EHX) do 0,12 mm (w modelu ERX+). Urządzenie można wykorzystywać w trakcie projektowania urządzeń i płytek PCB, we wstępnych badaniach EMC i EMI (pre-compliance), przy kontroli i nadzorze realizowanej produkcji oraz w działalności serwisowej. Skanery z rodziny EMxpert dostępne są w zakresie częstotliwości od 50 kHz do 8 GHz.

Projektowanie płytek drukowanych

Rys. 2. Przykład kompensacji promieniowania

Dotychczas konstruktor w czasie projektowania płytek PCB zwykle korzystał wyłącznie ze swojego doświadczenia i wiedzy na temat działania układów elektronicznych. Dzięki skanerowi EMxpert możliwe jest śledzenie postępów w swojej pracy na bieżąco wraz z weryfikacją. Skaner mierzy promieniowanie na całej powierzchni płytki lub w zaznaczonych przez operatora obszarach.

Ponadto we współpracy z analizatorem widma możliwy jest pomiar intensywności promieniowania całego badanego obiektu. Należy zaznaczyć, że podczas pracy nie ma konieczności ekranowania układu pomiarowego, co znacznie ogranicza koszty. W efekcie otrzymuje się wykres wiążący wielkość promieniowania w funkcji częstotliwości na zaznaczonym obszarze (dla całej płytki PCB lub jej części) jak pokazano na przykładzie z rysunku 2.

Można dodatkowo zmierzyć rozkład przestrzenny promieniowania na dowolnie wybranej częstotliwości, np. na częstotliwościach dominujących w widmie. Daje to możliwość szybkiej i celnej diagnozy, to jest wskazanie który z elementów jest źródłem promieniowania elektromagnetycznego o największej mocy. Wówczas ten kłopotliwy element można wymienić lub skompensować działanie, np. innymi elementami, filtrami, aby obniżyć tę szkodliwą emisję.

Ważnie jest to, że odczyt zmian i rozkład promieniowania następuje w czasie rzeczywistym, a zmiany w intensywności promieniowania z poszczególnych elementów widoczne są na bieżąco. W ten sposób skaner o takich możliwościach staje się idealnym narzędziem dla konstruktorów, którzy natychmiast mogą sprawdzić zmiany promieniowania w trakcie projektowania płytki lub podczas działania systemu mikroprocesorowego analizować promieniowanie podczas realizacji poszczególnych procedur lub fragmentów kodu. Takie urządzenie pomiarowe pozwala także wybierać najlepszy rozkład elementów elektronicznych i wprowadzać filtrację oraz kompensację. W efekcie skaner EMxpert diametralnie skraca czas projektowania płytek w ujęciu wymagań EMC, dzięki stałej kontroli promieniowania już na poziomie projektowania.

Warto też dodać, że EMxpert wyposażony jest w funkcje "peak hold", dzięki czemu można zmierzyć zaburzenia impulsowe, chwilowe wzrosty wywołane pojedynczymi zdarzeniami lub uaktywnieniem się rzadko wywoływanych procedur w kodzie.

Użyteczność w badaniach pre-compliance

Skaner EMxpert może mierzyć jednocześnie amplitudę i fazę promieniowania. Te wielkości pozwalają na obliczenie wartość pola EM w polu dalekim (np. 3-9 metrów, czyli odległościach zgodnych z normami). Dostępne jest oprogramowanie, które przelicza intensywność promieniowania EM pola bliskiego z pomiaru EMxpertem na pole dalekie w odległości 3 lub 9 m, co umożliwia wstępne sprawdzenie, czy wielkość emisji promieniowania mieści się w normach.

Wszystkie pomiary można wykonać na stole laboratoryjnym. Badanie powyższe zastępują pomiary w komorze bezechowej i G-TEM-ie do wyznaczania wielkości promieniowania i można je z porównać do wartości otrzymanych w komorze bezechowej. Oprogramowanie to nosi nazwę Far-Field Application i jest dostępne jako opcja.

Dodatkową możliwością EMxperta jest badanie odporności urządzeń na pole elektromagnetyczne. Porównując rozkład promieniowania przy zaburzeniu (promieniowanym lub przewodzonym) i bez podawanego zaburzenia można obserwować, które elementy układu są wrażliwe na czynniki zewnętrzne, gdyż zmienia się ich poziom emisji. To pozwala nie tylko na sprawdzenie, czy urządzenie jest wrażliwe na zaburzenia, ale także na wskazanie, na który element podawane zaburzenie EM ma zauważalny wpływ.

EMxpert w kontroli produkcji i serwisie

Rys. 3. Zmiana wielkości promieniowania w czasie rzeczywistym

Dodatkowo skaner EMxpert można wykorzystywać na stanowiskach kontrolnych w produkcji urządzeń elektronicznych, gdzie może służyć do porównywania każdego nowego produktu do certyfikowanego wzorca, do sprawdzania jakości połączeń, szczelności elektromagnetycznej obudowy oraz do oceny dokładności filtrowania wybranych częstotliwości. Niedokładne wykonane ścieżki na płytce PCB lub złe połączenie elementów elektronicznych powoduje często powstanie efektu anteny. W miejscach niedokładnych połączeń promieniowanie EM będzie znacząco większe i w ten sposób takie ukryte problemy mogą być prosto ujawnione.

W podobny sposób skaner może znaleźć zastosowanie w serwisie. Mając obraz rozkładu pola EM urządzenia poprawnie pracującego lub jego płytki PCB można dokonywać porównania z rozkładem pola urządzenia uszkodzonego. Pozwala to na szybkie określanie, w którym miejscu wystąpił. EMxpert pozwala na ocenę płytek w standardowych wymiarach pakietu U6, co pozwala też na pomiar płytek pracujących już w urządzeniach.

Podsumowanie

Skanery pola bliskiego to znakomita alternatywa dla skomplikowanych systemów pomiarowych wykorzystujących pomiar pola dalekiego. Z uwagi na wysoki poziom zaburzeń w otoczeniu w tym przypadku dotychczas sprzęt ten musi być ekranowany i ze swojej zasady działania bazującej na pomiarach w kilkumetrowej odległości od źródła, zajmuje wiele miejsca.

Przewagą skanerów jest ich mobilność i dostępność. Używanie skanerów skraca czas przygotowania do pomiarów i czas, ale co ważniejsze także drastycznie ogranicza koszty badań. Skaner EMxpert pozwala już na etapie projektowania płytek drukowanych na optymalizacje rozkładu elementów elektronicznych oraz znalezienie odpowiedniej kompensacji dla emitowanych zaburzeń (rys. 2).

Pozwala to zminimalizować zbędne promieniowanie EM, zapewnić dłuższą żywotność urządzenia i zmniejszenie jego zapotrzebowania na energię, a przede wszystkim na wyraźne zwiększenie jego jakości. Konstruktor płytek PCB lub anten może mieć skaner na swoim biurku i bezpośrednio sprawdzać zmiany swoich urządzeń. Takie możliwości znacząco skracają czas potrzebny do wprowadzenia nowego produktu na rynek.

Marek Synowiec
UEI Urządzenia Elektroniczne Import
www.uei.com.pl