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辐射与传导测试可能导致数据不准的细节概述

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发表于 2015-11-14 01:50:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
前言: EMC实验室的测试数据为各厂家生产不同产品的电磁兼容性评估为符合全球各国或地区的法规标准提供依据。如一件不合格的产品在一个实验室测试“合格”,而在研发前期没有发现,那么后续就可能带来非常大的被市场抽查风险,可能面临巨额的罚单。而设计裕量过大这样成本增加,往往对研发进度的产生较大的影响甚至延迟上市或违约合同。那么,准确并合理获得科学准确的EMC测试对于工厂的研发是显得多么的重要!下面就对EMC实验室的测试,数据的可溯源以及准确性进行概述。

关键字:辐射 传导 实验室准不准

概述:
EMC实验室主要有EMI发射实验室与EMS抗扰实验室两大类:

EMI实验室主要是定量分析检测,测试之后其会有一个数值出来,例如有多少dB余量、超标多少dB、Level值是多少(这里的Level就是指EUT即产品的电磁干扰发射值,也可称为强度),也有超标或者余量多少dBpw、多少dBuA等随不同测试项目的不同量值单位。这个得出的数值与相应的法规标准进行比对,是否有超出标准规定的限值。

EMS实验室主要是做EUT即产品的抗干扰能力验证及评估,以判断是否符合标准规定的相关要求,这里主要是观测产品在外界实验设备发出的干扰施加在产品上时,实时观测产品是否有工作异常、性能降低、出现错误甚至损坏。这里就没有一个准确的数据,主要是依据产品规格书的相关性能指标进行比对确认,是否在实验过程中出现异常现象,与标准规定的相关条款是否背离?(这里引申一个话题,那就是我们是否可以进行更改产品规格书,依据不合格的测试结果,对规格书进行更改,例如合理降低产品的性能指标,以符合标准规定的要求呢?)

从上面的概述中可以了解到,EMC测试比较容易出现问题的部分,可能还是EMI有一个具体量化的数值,这个数值比较直观感性。而EMS部分主要靠人或者其它工具进行观测的部分,由于产品抗扰相对会对标准规定的相关严酷等级会有一个宽限余量,而不是标准规定的严酷等级的干扰强度例如干扰电压高低,干扰电磁场强弱刚刚好落在法规标准需要测试的等级上,也就是说这个严酷等级并不是这个产品可能受到干扰的阈值干扰强度。然而,往往这部分的宽容度给了不同实验室甚至不同仪器厂家尽可能测试出同样的实验结果出现了可能,这个部分实验人员的感知就会弱很多。相反,EMI部分的测试数据都是实实在在的一个数值非常直观,1就是1,2就是2,一旦不同实验室之间或者不同仪器设备之间出现有了3~5数值以上的差异,这样的结果就会给实验人员以及研发工程师困惑与疑问,特别是在产品的研发周期趋于结束没有时间、产品的成本定价、客户的接受程度、工程技术的瓶颈、产品已经量产大货根本不能变更,甚至是已经通过研发评审并签完合同等现实的问题的时候,这3~5dB的差异是“致命的”。所以,我们需要保证实验数据尽可能的准确性以及与世界各地权威实验室的数据一致性,以及保证实验数据的可溯源性。这就对实验室以及实验工程人员带来了挑战。下面就EMI里面的两个重要的关键测试项目辐射与传导测试数据的准确与一致性提供相关指引:

辐射测试数据图:

site source of RE

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RE

RE

Site Source(EUT)=》空间介质=》接收天线=》(or Pre-AMP)RF线缆传输=》波导板接口=》 Pre-AMP=》接收机或频谱分析仪内部计算出数据通过屏幕显示存储或直接打印=》通过IEEE485总线数据,传输到测试电脑或相关软件存储记录备份到电脑磁盘。这里仅仅是电磁信号的途径分析,需要保证上述的每一路径都是没有问题,例如接头是否松动?RF线缆弯折?各级Factor都已经正确考虑并添加。另外,更重要的是测试仪器及场地首先要满足标准要求例如Cispr 16\ANSI C63.4等,以及设置例如BW,与人的正确操作、是否在标准规定的天线高度、桌子相应的角度,找到最强的发射值。注意:这里要求的是标准规定的天线高度、桌子相应的角度,找到最强的发射值。

传导测试数据图:

site source of CE

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CE

CE

Site Source(EUT)=》LISN=》RF 线缆=》接收机或频谱分析仪内部计算出数据通过屏幕显示存储或直接打印=》通过IEEE485总线数据,传输到测试电脑或相关软件存储记录备份到电脑磁盘。传导相对简单,相对主要只涉及到LISN factor、Cable loss两个系数以及仪器场地与接地的影响了,一般能过CNAS认可的实验室,硬件方面都能满足,所以,传导相对辐射的话,测试数据的差异性就相对较小了。但是,依然会随着场地的布置、样品的摆放等诸多因素影响测试数据。

如下为EMI测试比较典型的不确定度评估因子

不确定度

不确定度

这里我们不谈那些复杂的数学运算以及相关仪器的硬件电路性能等指标,因为,只要采用世界顶尖仪器仪表,维护合理、校准溯源合格、操作使用正确无误,由于设备的问题导致结果差异的太少,特别是采用全套采用ETS、安捷伦、罗德施瓦兹原装进口仪器设备的符合标准要求以及相关质量体系严格执行的ISO 17025体系有效运行的实验室,出现仪器设备导致的结果差异那概率太小太小,当然我们依然要保证实验室的实验方法、仪器设备的参数设置、人员的科学正确的方法等严格按照ISO 17025体系严格执行,以保证数据的准确与一致性。

这里我要谈到的是容易出现数据差异不一致的一些条件,而不是一些研发人员出现任何问题都归咎于场地以及仪器设备,其实这绝对是武断的不科学的,往往因为此还会带来后续更多的麻烦,特别是因为产品的EMI随温升、状态、数据噪声的随机性、组装等诸多因素为后续大货在市场被抽查的风险大大增加。

当出现测试数据有异议时,我们应当作出合理的判断,是实验室仪器场地还是样品、还是人员操作等导致,我们应该做出一个初步判断,正如EMC整改一般,心中一定要随时知道,我在做什么、做对没有、有没有依据、依据是否合理经得起前后反复推敲验证?或者是个人知识认识界限导致?

(1)样品的工作状态,特别是有一些灯具内部添加有温升保护器件,例如冷机时,满负荷输出,温度升高,降额输出,这里特别是开关电源以及LED Driver会出现占空比前后不一致,这就为di/dt &dv/dt带来了不同,这样EMI发射的强度定然也就不同了。

(2)样品前后测试的两次,是否有拆机?拆机后安装是否完整?那么你会说肯定是一样的,我什么都没有动!在这里,我只是告诉你,你将线缆摆放位置偏一篇、或者少打一颗螺丝,甚至是打螺丝的力度不一样,EMC测试结果都不一样的,那么你信吗?我个人告诉你,这个可能性是绝对有的,并且还时常遇到。

(3)磁性材料例如电感与磁芯的饱和失效、以及电容的热敏性问题,如果产品的选型以及设计没有考虑,那么这将带来新的一个不确定的因素。
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电桥测量Y电容

电桥测量Y电容


(4)样品的摆放设置,一般在研发阶段,工程师会去实验室进行租场测试,这样会得到很多数据,但是,这些数据往往没有经过测试工程师或者项目工程师的全面确认签核,往往这部分的数据都是不被认可,仅供研发参考设计。为什么会出现这种情况呢?因为,研发工程师在实验室租场测试调试,往往不能准确的知道并评估样品的EMC相对最严酷模式,以及样品以及线缆的摆放,往往这其中还夹带着研发工程师让实验室的测试工程师催促测试完成,这样测试出来的数据往往是不准的!(靠桌子中间摆放、还是边缘摆放、线缆伸开还是卷缩?)


(5)那么,怎么样说是准确、怎么样说是不准确呢,这其中的有一个度是啥?我们一般认为辐射测试数据控制在3~5dB、传导测试数据控制在1~2dB范围内,均可接受了,因为每个场地的不确定度基本也就是如此。当然,这是排除了样品EMI不稳定性。如果多次测试都能控制在一定合理的不确定度范围区间内,即可进行数据溯源,那么这个测试将是可信的,如果每次测试都有较大的误差,那么我们就要考虑排查问题了。

……

综上所述,对测试出来的数据有疑问,我们不仅仅要考虑实验室的仪器配置以及场地问题,我们更多的还需要考虑样品本身、前后两次测试的样品工作状态、测试方法及要求、甚至是温湿度、大气压都将会对测试结果产生影响。我们必须认真细心的考虑每一个环节!这样才能将测试数据的不确定度尽可能的降低。
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