Multiple Signal Testing

EMC-testen sneller uitgevoerd

Het uitvoeren van testen voor het bepalen van het EMC-gedrag van een apparaat is iets dat het werk is van specialisten, want niet elke ontwikkelaar heeft de apparatuur en de afgeschermde ruimtes om de testen uit te voeren. Ook vraagt het ervaring, maar vooral veel kennis, want de normen doorgronden en weten hoe deze te vertalen naar de praktijk is werk voor specialisten. Normen die ook nog eens zo af en toe aangepast worden. Zo is in 2020 de IEC-61000-4-3 uitgebracht die de editie 3 van 2006 en de amendementen van 2007 en 2010 vervangt. In deze nieuwe versie staat een aantal belangrijke aanpassingen waaronder het testen met meerdere frequenties tegelijkertijd waardoor testen veel sneller afgerond kunnen worden.

Apparaten die raar gedrag vertonen als ze in de buurt komen van een mobiele telefoon, een wifi-router of andere producent van radiosignalen, zijn natuurlijk niet gewenst. Niet voor niets dat er dan ook normen en testmethodes zijn om te kunnen bepalen hoe bestand een apparaat is tegen elektromagnetische straling. Dit is allemaal geen nieuws, want al decennia lang wordt er getest en zijn er normen om deze testen uit te voeren.
Omdat menige ontwerper de uiteindelijke compliance testen buitenshuis laat uitvoeren, zal een aanpassing van de norm veelal niet veel extra studeerwerk opleveren. Het testhuis moet weten wat er nieuw is, wat anders moet en wat daarvan de consequenties zijn. Toch mag de ontwikkelaar niet lijdzaam afwachten wat het testhuis gaat vertellen, want dan kan hij wel eens te laat zijn. Zo is in de nieuwe IEC-61000-4-3 de bovengrens van 6 GHz komen te vervallen wat wil zeggen dat in vervolg ook gekeken mag worden naar de immuniteit voor elektromagnetische straling van veel hogere frequenties.
Een verandering die de instantie die de compliance testen uitvoert, misschien niet zo snel met u communiceert is het feit dat er nu ook met meerdere signalen tegelijkertijd getest mag worden. Als ze al iets vertellen, dan zal dat zijn dat het testen met meerdere signalen tegelijkertijd meer overeenkomt met de werkelijkheid. Dit is natuurlijk helemaal waar, maar is niet het enige voordeel. Met meerdere signalen tegelijkertijd verloopt de totale testprocedure veel sneller. En omdat tijd geld is, levert dat extra voordeel op. Wie het meeste van dat financiële voordeel profiteert, laten we even in het midden. Dat is o.a. afhankelijk van de relatie tussen de instantie die de testen uitvoert en de opdrachtgevers.

Hoeveel sneller
Dat het totale testprogramma met meerdere signalen tegelijkertijd sneller te doorlopen is, zal voor niemand een verrassing zijn, maar hoeveel sneller is de vraag. Dit valt echter gemakkelijk uit te rekenen. Voor het doorlopen van het spectrum tussen 80 MHz en 6 GHz in stappen van 1% moet er afgestemd worden op 435 frequenties. Wordt er getest met 2 frequenties tegelijkertijd dan wordt het aantal frequentiestappen teruggebracht tot 435/2 = 217,5 => 218 stappen (halve stappen bestaan immers niet). Bij testen met 4 frequenties wordt het aantal frequentiestappen zelfs teruggebracht tot 435/4 = 108,75 =>109.
Ervan uitgaande dat de nivelleringstijd hetzelfde is voor elke frequentiestap (1 seconde) en er tussen de metingen 1 seconde zit dan duurt een totale testrun:

• Voor 1 frequentie: 435 stappen x 2 seconden per stap x 2 antennepolarisaties x 4 zijden van de EUT = 6.960 seconden = 116 minuten (sweep-tijd)
• Voor 2 frequenties: 218 stappen x 2 seconden per stap x 2 antennepolarisaties x 4 zijden van de EUT = 3.488 seconden = 58,1 minuten (sweep-tijd) => 49,8% Tijdsbesparing
• Voor 4 frequenties: 109 Stappen x 2 seconden per stap x 2 antennepolarisaties x 4 zijden van de EUT = 1.744 seconden = 29,1 minuten (sweep-tijd) =>74,9% Tijdsbesparing

In afbeelding 1 is grafisch weergegeven wat de besparing in tijd is. Te zien is dat de grootste stap zit tussen één en twee frequenties. Tevens is te zien dat het niet echt zinnig meer is om te gaan testen met meer dan vier frequenties. De kosten die dan gemaakt moeten worden voor de extra apparatuur wegen niet meer op tegen het tijdsvoordeel.

Apparatuur
Voor het uitvoeren van een immuniteitstest met meerdere frequenties tegelijkertijd is in grote lijnen hetzelfde nodig als voorheen. Voor het opwekken van de extra frequenties zijn wel extra signaalgeneratoren nodig plus een combiner om ze samen te voegen. Ook is er een spectrumanalyzer nodig om te kunnen bepalen hoeveel vermogen er per frequentie opgewekt wordt. Er kan immers niet met een powermeter gewerkt worden omdat die niet per frequentie laat zien wat de stand van zaken is.

Samen levert dat een installatie op zoals in afbeelding 2 is geschetst. Deze is voor twee signalen. Voor drie of vier komen er signaalgeneratoren bij en dient de combiner hierop te zijn afgestemd.
De toegepaste versterker moet niet alleen een mooie klasse A versterker zijn met een gekalibreerd frequentieverloop die het hele meetbereik kan bestrijken, maar hij moet ook meer vermogen kunnen leveren dan bij het testen met één frequentie. Hij moet immers voor twee of meer signalen het gewenste vermogen kunnen leveren zonder vast te lopen.

Testsoftware
Voor het aansturen van de hele test, is aangepaste testsoftware noodzakelijk. Dit moet ook slimme software zijn, omdat bij het gebruik van meerdere signalen tegelijkertijd er in de testopstelling ook mengproducten zullen ontstaan die het testverloop kunnen verstoren. Simpelweg twee of meer signalen tegelijkertijd gaan uitversterken, levert bijvoorbeeld het spectrum op dat geschertst is in afbeelding 3. De signalen A en B leveren hier meng- en intermodulatieproducten op die binnen het te testen frequentiegebied vallen en de testresultaten kunnen verstoren. Als in dit geval het te testen apparaat reageert, dan weet je niet op welke frequentie het probleem nu echt zit. Slimme software, waarbij de signaalgeneratoren dusdanig aangestuurd worden dat de mengproducten bijvoorbeeld buiten de band vallen, moet dit probleem oplossen.

Een kast vol 
Ondanks dat de norm al ruim een jaar oud is, wordt er nog niet veel gebruik gemaakt van de mogelijkheid om met meerdere frequenties tegelijkertijd de testrun uit te voeren. AR-Benelux wist ons te melden dat binnenkort de eerste testopstelling afgeleverd gaat worden. In afbeelding 4 is deze indrukwekkende kast vol signaalgeneratoren, versterker en spectrumanalyzer te zien. Het gaat hier om een installatie die gemaakt is voor het uitvoeren van de testen met vier signalen tegelijkertijd, samengebouwd in een 19” rack.
Naar verwachting zal er in de loop der tijd meer en meer getest gaan worden volgens deze nieuwe richtlijnen, want de tijdwinst die behaald wordt en het feit dat de test meer overeenkomt met de werkelijkheid, zijn voordelen die groot zijn. Het uitvoeren van een test moet daarmee in principe goedkoper worden, maar misschien nog belangrijker sneller uitgevoerd kunnen worden waardoor een product sneller op de markt gebracht kan worden.

Kennis is macht
Onlangs is de negende editie van het boek ‘The Orange Book Of Knowledge’ uitgekomen. Dit boek is een must voor iedereen die te maken heeft met de problemen rondom EMC. In deze negende editie worden niet alleen de basisbegrippen en onderwerpen behandeld, maar is ook een uitgebreid hoofdstuk geweid aan het testen met meerdere frequenties. Het boek is als e-book gratis op internet te vinden, maar kan ook aangevraagd worden bij AR-benelux. U krijgt dan het e-book op een memory stick samen met een kennisposter thuisgestuurd. Het boek is aan te vragen via www.arbenelux.com