Identification des interférences électromagnétiques (EMI) en 3 étapes

Les émissions par radiation, souvent appelées interférences électromagnétiques (EMI), sont soigneusement réglementées afin de garantir un fonctionnement fiable et la sécurité des utilisateurs d'équipements électriques et électroniques. Les réglementations limitent les émissions par radiation autorisées, et, dans le but de maintenir leurs produits au sein de ces limites, les concepteurs investissent beaucoup de temps et d'efforts. L'une des raisons pour lesquelles les IEM posent problème est que les émissions sont souvent un problème de conception des systèmes.

Définition des interférences électromagnétiques (EMI)

Les EMI (également appelées « interférences radioélectriques » ou « RFI ») concernent davantage un produit qui interfère avec une radio, une télévision ou d'autres systèmes de communication existants, tels qu'un téléphone portable. En dehors des États-Unis, elles comprennent également l'immunité aux sources d'énergie externes, telles que les décharges électrostatiques et les alimentations transitoires. Cela s'applique généralement aux produits commerciaux, de consommation, industriels, médicaux et scientifiques. Les émissions par radiation sont généralement mesurées à une distance d'essai de 3 m ou 10 m.

Causes des interférences électromagnétiques 

Il existe généralement trois facteurs principaux qui entraînent des EMI, à savoir une source d'énergie qui crée des harmoniques, des structures en forme d'antenne, telles qu'un câble E/S ou d'alimentation qui rayonne les harmoniques, ainsi qu'un chemin de couplage qui relie les deux. Bien qu'il semble assez facile de retirer la source d'énergie, le chemin de couplage ou l'antenne pour résoudre l'EMI, cela n'est pas si simple. Cela dit, les oscilloscopes modernes peuvent jouer un rôle essentiel dans le diagnostic des problèmes liés aux IEM (Fig. 1).

Figure 1. Les oscilloscopes modernes peuvent être utilisés avec des sondes en champ proche pour repérer les sources d'EMI.

Alors que la plupart des concepteurs considèrent que les analyseurs de spectre sont le meilleur outil pour déboguer les EMI, les oscilloscopes rapides actuels dotés d'un déclenchement avancé et d'une analyse du domaine fréquentiel peuvent être les mieux adaptés pour combiner l'analyse EMI des domaines temporel et fréquentiel. Un indice important lors de la caractérisation de l'EMI d'un circuit est de savoir si le contenu harmonique est à large bande ou à bande étroite. Les harmoniques à large bande proviennent en grande partie du bruit du bus numérique ou des convertisseurs DC/DC et apparaissent comme de larges crêtes dans le spectre de fréquences. Les EMI à bande étroite sont générées par les horloges USB ou Ethernet du processeur, et apparaissent généralement sous la forme d'une série étroite de pointes harmoniquement liées.

3 étapes pour identifier les sources des EMI

De nombreux concepteurs de produits savent peut-être comment les sondes en champ proche peuvent être utilisées pour identifier les « points chauds » des EMI sur les cartes et les câbles des PC, mais ne savent peut-être pas quoi faire de ces informations par la suite. À l'aide de l'exemple de Tektronix Spectrum View que l'on trouve sur les oscilloscopes à signaux mixtes B des séries 4, 5 et 6, voici un processus en trois étapes pour identifier les défaillances des émissions :

Première étape : utilisez des sondes en champ proche, champ H ou E, pour identifier les sources d'énergie et les profils d'émissions caractéristiques sur la carte du PC et les câbles internes. Les sources d'énergie comprennent généralement les oscillateurs d'horloge, les processeurs, la RAM, les convertisseurs D/A ou A/D, les convertisseurs DC/DC et d'autres sources qui produisent des signaux numériques à haute fréquence et à front rapide. Si le produit comprend un boîtier blindé, vérifiez que les soudures ou autres ouvertures ne fuient pas. Enregistrez le profil d'émission de chaque source d'énergie.

Deuxième étape : utilisez une sonde de courant pour mesurer les courants du câble haute fréquence. N'oubliez pas que les câbles sont la structure la plus susceptible de rayonner de l'énergie RF. Déplacez la sonde d'avant en arrière le long du câble pour maximiser les courants harmoniques les plus élevés. Enregistrez le profil d'émission de chaque câble.

Troisième étape : utilisez une antenne à proximité (généralement, à une distance d'essai de 1 m) pour déterminer quelles harmoniques rayonnent réellement (Fig. 2). Pour ce faire, vous pouvez utiliser une antenne non calibrée connectée à un MSO Tektronix séries 4/5/6 espacé d'au moins 1 m du produit ou du système testé pour mesurer les émissions réelles.

Figure 2. Quelques antennes et accessoires potentiels.

Une fois que les sources d'émission sont identifiées à partir d'une ou plusieurs de ces trois étapes, vous pouvez utiliser vos connaissances en matière de filtrage, de mise à la terre et de blindage pour atténuer les émissions problématiques. Essayez de déterminer le chemin de couplage entre l'intérieur du produit et les câbles extérieurs. Dans certains cas, il peut être nécessaire de redessiner le circuit imprimé en optimisant l'empilement des couches ou en éliminant les traces à grande vitesse qui traversent les espaces dans les plans de retour, etc. En observant les résultats en temps réel avec une antenne espacée d'une certaine distance, la phase de diagnostic des problèmes devrait se dérouler rapidement lors de l'utilisation des outils d'analyse multi-domaine des oscilloscopes MSO Tektronix des séries 4/5/6.

Pour plus de détails sur le diagnostic des problèmes liés aux EMI, téléchargez la note d'application : Diagnostic des problèmes liés aux EMI avec les oscilloscopes MSO des séries 4, 5 et 6.