Wie man sich auf erfolgreiche EMI- und EMV-Prüfungen vorbereitet

Elektromagnetische Interferenz (EMI) wird manchmal auch als Hochfrequenzstörung (RFI) bezeichnet und tritt auf, wenn elektromagnetische Energie den Betrieb eines elektronischen Geräts stört. Die EMI-Quelle kann vom Menschen verursacht sein, etwa durch elektrische Geräte wie Schaltnetzteile oder Computer. Sie kann aber auch auf natürliche Weise entstehen, z.B. durch Gewitter, Sonneneinstrahlung oder sogar durch kosmisches Rauschen.

Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ist die Fähigkeit eines Geräts, in einer Umgebung mit anderen elektrischen Geräten oder EMI-Quellen wie vorgesehen zu funktionieren, ohne diese anderen Geräte zu beeinträchtigen. Ein Gerät gilt als EMV-konform, wenn es die elektromagnetische Umgebung nicht so weit beeinflusst, dass andere Geräte und Systeme negativ beeinflusst werden.

Um die Einhaltung nationaler und internationaler EMI- und EMV-Vorschriften sicherzustellen, nehmen viele Unternehmen die Dienste einer spezialisierten Prüfstelle in Anspruch. Da diese Tests teuer sind – selbst wenn das Produkt durchfällt – führen einige Unternehmen EMV-Vorprüfungen intern durch. Wenn sie über ein ausreichend leistungsfähiges Labor verfügen, können Unternehmen die EMV- Konformitätsprüfungen auch intern durchführen.

Bei der Vorabkonformitätsprüfung auf elektromagnetische Störungen (EMI) handelt es sich um eine Reihe von Tests und Messungen, die an elektronischen Geräten oder Ausrüstungen durchgeführt werden, um deren elektromagnetische Emissionen zu bewerten, bevor sie einer formellen Konformitätsprüfung zur behördlichen Zertifizierung unterzogen werden. Der Hauptzweck der Vorabkonformitätsprüfung auf elektromagnetische Störungen besteht darin, potenzielle Probleme mit elektromagnetischen Störungen frühzeitig im Produktentwicklungszyklus zu erkennen und zu beheben. So können Hersteller sicherstellen, dass ihre Produkte die Normen zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) und die behördlichen Anforderungen erfüllen.

Wenn Elektronik in EMV-Prüflaboren eingereicht wird, gibt es viele Arten von EMV-Prüfungen, die diese Labore durchführen. Im Allgemeinen wird die EMV-Prüfung in zwei Kategorien unterteilt: Störfestigkeitsprüfung und Emissionsprüfung.

Störfestigkeitsprüfung

Unter Störfestigkeitsprüfung versteht man den Prozess der Übertragung von HF-Energie auf ein zu prüfendes Gerät (DUT) (auch als "Equipment under test" oder EUT bezeichnet), um festzustellen, ob das DUT/EUT in einer solchen Umgebung ordnungsgemäß funktioniert.

Emissionsprüfung

Bei der Emissionsprüfung werden die HF-Emissionen – sowohl abgestrahlte als auch leitungsgebundene – eines DUT/EUT gemessen, um festzustellen, ob seine Emissionswerte die in der entsprechenden Norm festgelegten Grenzwerte nicht überschreiten. Die Emissionsprüfung umfasst sowohl Prüfungen der abgestrahlten als auch der leitungsgebundenen Emissionen.

• Abgestrahlte Emissionen: Abgestrahlte Emissionen sind die beabsichtigte und unbeabsichtigte Freisetzung elektromagnetischer Energie von einem elektronischen Gerät. Ein Bestrahlungstest wird durchgeführt, um sicherzustellen, dass die vom DUT oder EUT ausgehenden Emissionen die geltenden Grenzwerte einhalten.
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• Leitungsgebundene Emissionen: Leitungsgebundene Emissionen sind die Kopplung elektromagnetischer Energie von einem Gerät zu seinem Netzkabel . Wie die Strahlungsemissionen werden auch die zulässigen leitungsgebundenen Emissionen elektronischer Geräte von verschiedenen Aufsichtsbehörden kontrolliert, und es werden Tests durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Emissionswerte unter den geltenden Grenzwerten liegen.

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EMV-Konformitätsprüfungen werden in der Regel vor der Produktion eines Geräts außerhalb des Unternehmens durchgeführt. Freiluft-Testgelände oder OATS sind die Referenzgelände, die für die meisten Standards verwendet werden. Sie sind besonders nützlich für die Emissionsprüfung von großen Anlagensystemen. Die HF-Prüfung eines physischen Prototyps wird jedoch häufiger in einem speziellen schalltoten Raum durchgeführt. Zu den Arten von Kammern gehören schalltote Räume, Hallräume und die transversale elektromagnetische Gigahertz-Zelle (GTEM Zelle).

Ungefähr 50 Prozent der Produkte bestehen ihren ersten EMV-Konformitätstest, wenn die Vorabkonformität nicht berücksichtigt wird. Daher ist es wichtig, den Prozess und die Standards zu verstehen, nach denen ein Gerät getestet wird, um Ihre Erfolgschancen zu erhöhen.

1. Kennen Sie Ihre Standards: Es gibt eine Vielzahl von EMV-Normen, die Testverfahren und Grenzwerte für abgestrahlte und leitungsgebundene Emissionen festlegen. Diese variieren je nach Land und Art des zu testenden Geräts. Der erste Schritt beim Testen besteht darin, festzustellen, welche Normen für Ihr Produkt gelten, und die zur Einhaltung erforderlichen Testverfahren und Grenzwerte zu recherchieren.
2. Durchführung von EMV-Vorprüfungen: Die Prüfung der EMV-Konformität kann bis zu zwei Wochen dauern – ohne die Zeit, die es braucht, um Ihr Produkt in die Warteschlange für die Prüfung zu bekommen – und kann bis zu 20.000 US-Dollar pro Einreichung kosten. Die Nichteinhaltung der EMV-Vorschriften kann zu teuren Neukonstruktionen und Verzögerungen bei der Produkteinführung führen. Da fast 50 Prozent der Produkte bei der ersten EMV- Prüfung durchfallen, wenn die Vorkonformität nicht berücksichtigt wird, ist es wahrscheinlich, dass Sie Ihren Besuch bei der Prüfstelle wiederholen müssen, was die Kosten im Laufe der Zeit vervielfacht.
3. Finden Sie ein EMV-Prüflabor: Sobald ein Produkt die Vorkonformitätsprüfung durchlaufen und den Test mit ausreichender Spanne bestanden hat, muss es von einem EMV-Prüflabor formell zertifiziert werden. Akkreditierte Labore sind der Goldstandard für EMV-Prüfungen und die Wahl eines akkreditierten Labors wird immer empfohlen – wenn auch nicht notwendig – um sicherzustellen, dass Ihr Gerät marktreif ist. Es gibt jedoch einige Fälle, in denen eine Zertifizierung von einem FCC-akkreditiertem Laborerforderlich ist, einschließlich Geräte, die unter das Genehmigungsverfahren der „Zertifizierung“ fallen.

Das Ziel des EMV-Vorab-Konformitätsprüfung besteht darin, die Konformitätsprüfung innerhalb eines akzeptablen Spielraums nachzuahmen, um potenzielle Probleme und das Ausfallrisiko vor dem teuren Konformitätstest zu verringern. EMV-Pre-Compliance-Tests beinhalten typischerweise :

• Spektrumanalysator mit Quasi-Peak Detektor
• Vorverstärker (optional)
• Antenne mit nichtmetallischem Standfuß für abgestrahlte Emissionen
• Leitungsimpedanz-Stabilisierungsnetzwerk (LISN) für leitungsgebundene Prüfungen
• Leistungsbegrenzer für leitungsgebundene Prüfungen
• EMV-Nahfeldsonden zur Diagnose (optional)
• Oszilloskop mit Korrelationsfunktionen für Frequenz und Zeit zur Unterstützung der Fehlersuche (optional)
• EMV-Prüfsoftware

Bei der Auswahl eines Teststandorts sind ländliche Gebiete, Konferenzräume und Kellerräume eine gute Wahl, da sie externe Signale minimieren, die die zu messenden DUT-Emissionswerte überdecken könnten. Weitere Überlegungen zur Verbesserung der Genauigkeit umfassen eine gute Grundfläche und die Reduzierung der Anzahl reflektierender Objekte um den Prüfbereich herum.

EMV-Vorprüfungen sind eine schnelle und kostengünstige Methode, um sicherzustellen, dass Produkte EMV-Prüfungen beim ersten Mal bestehen. In den frühen Entwicklungsphasen werden EMV-gerechte Designtechniken mit Diagnosemethoden kombiniert, um Produkte mit geringer Anfälligkeit für externe und interne Interferenzen zu herzustellen. Später im Entwicklungszyklus werden Pre-Compliance-Tests verwendet, um Konformitätsprobleme zu erkennen und die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen ersten Durchlaufs der vollständigen EMV-Konformitätstests zu erhöhen.

Zu den weiteren Vorteilen der EMV-Vorprüfung gehören:

1. Erkennt Fehler frühzeitig und behebt potenzielle Probleme
2. Senkt Test- und Designkosten
3. Projekte werden agiler
4. Senkt das Risiko von Fehlern und führt zu einer gesicherten Einhaltung der Vorschriften
5. Abhilfe bei Über- und Unterentwicklung bei Design und Technik
6. Volle EMI-Konformität der Kammer gegenüber Tektronix Spektrumanalysator