Soluciones para las pruebas de EMC.
En el mundo cada vez más interconectado de hoy, es fundamental garantizar que los dispositivos electrónicos funcionen de manera confiable en entornos electromagnéticos saturados. Las pruebas de compatibilidad electromagnética (EMC) aseguran que los productos electrónicos puedan operar sin causar ni ser afectados por interferencias electromagnéticas.
Con más de 50 años de experiencia las soluciones de Rohde and Schwarz, están aquí para guiarle a través de las complejidades de las pruebas de EMC y brindar información valiosa sobre estándares de EMC, métodos de prueba, desafíos e incluso soluciones.
¿Qué son las pruebas de EMC?.
La compatibilidad electromagnética (EMC) es la capacidad de un dispositivo o sistema eléctrico para operar en un entorno electromagnético sin causar interferencias ni verse afectado por ellas. Las pruebas de EMC son un paso crítico en el desarrollo y la certificación de productos electrónicos. Son fundamentales para la creación de productos electrónicos confiables, interoperables y conformes con la normativa. En la mayoría de los países, las pruebas de EMC son obligatorias para la certificación de productos y el acceso al mercado.
¿Por qué son importantes las pruebas de EMC?.
La complejidad de la electrónica moderna crece rápidamente. Esto es cierto para todos los mercados, ya sea de consumo, médico, automotriz, industria aeroespacial o militar. Esto significa que la coexistencia sin interferencias de productos eléctricos y de radio no puede darse por sentada. Solo medidas específicas de prueba y supresión de EMC pueden garantizar una conectividad segura y confiable.
Existen muchos fenómenos en el mundo real que pueden causar anomalías de EMC en un dispositivo eléctrico o electrónico. Estas pueden deberse a:
- Eventos externos, como perturbaciones de radiofrecuencia (RF) o eléctricas que se encuentran cerca del equipo bajo prueba (EUT).
- Eventos internos, como emisiones de componentes internos o perturbaciones.
- Interacciones humanas con el dispositivo, como descargas electrostáticas (ESD).
¿Cuáles son las consecuencias si estas anomalías no se abordan antes de que el producto llegue al usuario final?.
- Una anomalía relacionada con EMC en un dispositivo médico, como un marcapasos cardiovascular, puede poner en peligro la vida de una persona.
- Las emisiones de un dispositivo móvil pueden interferir con funciones críticas de seguridad en un vehículo o satélite.
- Las perturbaciones causadas por dispositivos electrónicos dentro de un hogar pueden afectar el funcionamiento de los electrodomésticos.
Diseñar y probar los productos con EMC en mente puede ayudar a evitar estos fallos y malfuncionamientos. Otra razón importante para realizar pruebas de EMC es el cumplimiento de las regulaciones vigentes, como directivas, normas armonizadas, requisitos de fabricantes y normas internas de la empresa. En la siguiente sección, profundizaremos en este tema.
Normas y pruebas de EMC en diferentes industrias.
Las pruebas de EMC giran en torno a las normas. Todos los productos electrónicos deben cumplir con los requisitos establecidos por organizaciones de estandarización como IEC, CISPR, ISO, IEEE, CENELEC, ETSI, FCC, ANSI, RTCA o el comité MIL-STD. Estas organizaciones definen los niveles aceptables de emisión e inmunidad, y el cumplimiento de sus requisitos suele ser una obligación legal para el acceso al mercado. Existen cientos de normas relacionadas con EMC, que varían según la ubicación geográfica y el entorno previsto de uso.
Navegar por el panorama de la estandarización de EMC puede ser un desafío. En su forma más simplificada, la jerarquía de normas de EMC se divide en cinco categorías:
- Normas básicas: Definen los métodos de prueba, como la prueba de inmunidad radiada según EN/IEC 61000-4-3.
- Normas genéricas: Definen los niveles de prueba, límites, rango de frecuencia, modulación y condiciones generales de prueba.
- Normas de productos: Especifican las condiciones de prueba y criterios para tipos específicos de productos.
- Normas impulsadas por fabricantes: Contienen niveles y condiciones de prueba especiales.
- Requisitos internos de la empresa: Definen márgenes y tolerancias específicas.
Diferentes equipos electrónicos requieren cumplir con distintas normas. Por ejemplo:
- Equipos comerciales, como dispositivos industriales, científicos, médicos (ISM), electrónica de consumo, TI/multimedia, electrodomésticos e iluminación, deben cumplir con normas como CISPR 11 a 35, la serie IEC/EN 61000-X-X y otras normas específicas para cada producto.
- Aplicaciones médicas, como audífonos, implantes médicos y equipos de diagnóstico, pueden requerir el cumplimiento de IEC 60601-1-2 e ISO 14708-X.
- Aplicaciones automotrices, como módulos de infoentretenimiento o comunicación, componentes o vehículos completos, deben cumplir con normas como CISPR 12, CISPR 25, ISO 11451, ISO 11452 y otras específicas de cada país o fabricante de equipo original (OEM).
- Aplicaciones militares y aeroespaciales requieren cumplir con MIL-STD 461, MIL-STD 464, RTCA DO-160 y muchas otras normas adicionales.
Proceso de pruebas de EMC
Hoy en día, los productos tienen requisitos más exigentes en cuanto a seguridad, confiabilidad, conectividad y tiempo de comercialización que nunca antes. Esto naturalmente conlleva escenarios de prueba más complejos; no es de extrañar que más del 50% de los productos no superen la prueba de EMC en su primer intento. Los contratiempos en esta etapa pueden ser costosos y generar retrasos en la introducción del producto al mercado. La buena noticia es que las pruebas de preconformidad pueden reducir esta tasa de fallos y mejorar las probabilidades de éxito en el primer intento.
Las pruebas de preconformidad se recomiendan para detectar posibles problemas en las primeras fases del diseño y aumentar la probabilidad de aprobar las pruebas de conformidad oficiales. Estas pruebas pueden detenerse en cualquier momento para analizar, probar y depurar las causas del fallo de manera exhaustiva. Puedes obtener más información en nuestras páginas dedicadas a la depuración de EMI en banco de pruebas y pruebas de preconformidad.
Las pruebas de conformidad suelen ser realizadas por un laboratorio de terceros o una entidad certificada. En algunos casos, los propios fabricantes también pueden llevarlas a cabo. Las pruebas de conformidad deben seguir procedimientos estrictos y precisos definidos por las normas de EMC. Requieren equipos especializados, instalaciones específicas (como cámaras anecoicas) y personal capacitado, lo que puede hacer que estas pruebas sean costosas.
Como se muestra en la figura anterior, las pruebas de preconformidad y depuración deben incorporarse en el propio proceso de diseño. Esto facilita la detección de problemas de interferencia.
Pruebas de EMF y coexistencia inalámbrica.
El uso creciente de productos inalámbricos y de múltiples tecnologías en entornos de radiofrecuencia (RF) congestionados genera desafíos adicionales, más allá del alcance convencional de la evaluación de dispositivos en cuanto a emisiones no deseadas y susceptibilidad a emisiones externas.
Las pruebas de coexistencia inalámbrica, en línea con la norma ANSI C63.27-2021, evalúan la capacidad del equipo bajo prueba (EUT) para funcionar correctamente en los entornos electromagnéticos en los que se utilizará. La exposición humana a campos electromagnéticos (EMF) de radiofrecuencia provenientes de redes móviles LTE o 5G (así como de otras fuentes) está regulada por normas nacionales e internacionales. Las pruebas de EMF implican medir la intensidad del campo de estas emisiones y detectar la fuente de la señal.
Métodos de prueba de EMC.
Las pruebas de interferencia electromagnética (EMI) o de emisiones garantizan que los dispositivos electrónicos no emitan radiación electromagnética excesiva que pueda interferir con otros dispositivos o sistemas. Por otro lado, las pruebas de susceptibilidad electromagnética (EMS) o de inmunidad evalúan la capacidad de un dispositivo para operar sin interrupciones en presencia de interferencias electromagnéticas externas.
En esta guía, nos centraremos en cuatro métodos de prueba de EMC:
- Emisiones conducidas.
- Inmunidad conducida.
- Emisiones radiadas.
- Inmunidad radiada.
Otros tipos de pruebas, como parpadeo (flicker), armónicos, descarga electrostática (ESD), sobretensiones (surge), inmunidad a campos magnéticos y pruebas de transitorios eléctricos rápidos (EFT/burst), no están incluidas en el alcance de esta guía.
Conceptos básicos de las pruebas conducidas.
En las pruebas conducidas, se miden las señales introducidas por el EUT en la red de alimentación de CA o "mains", generalmente a través del cable de alimentación del EUT. Estas señales suelen estar en el rango de frecuencia de 9 kHz a 30 MHz. El EUT se conecta a una red de estabilización de impedancia de línea (LISN), que a su vez se conecta al instrumento de medición.
Una configuración típica para las pruebas de emisiones conducidas incluye:
- Receptor de pruebas EMI.
- Software de automatización de pruebas.
- Transductores, como LISN o red artificial de alimentación (AMN).
Una configuración de prueba de inmunidad conducida para pruebas comerciales en el rango de frecuencia de 150 kHz a 80 MHz generalmente incluye:
- Sala blindada (recomendada).
- Red de acoplamiento/descoplamiento (CDN) o pinza electromagnética como transductor.
- Sonda de inyección de corriente en bloque (BCI) para pruebas automotrices o militares (MIL).
- Generador de señales.
- Amplificadores de potencia RF.
- Sensores de potencia.
- Transductores.
- Software de pruebas EMC, que automatiza, controla y suministra el nivel de potencia y la modulación adecuados al equipo bajo prueba (EUT) según las normas aplicables.
Para las pruebas radiadas, se miden las señales emitidas por el equipo bajo prueba (EUT). Generalmente, se realizan en el rango de frecuencia de 30 MHz a 1 GHz, aunque algunas normas exigen pruebas a frecuencias mucho más altas. Estas pruebas requieren el uso de antenas y, en muchos casos, una cámara anecoica con absorbentes o un sitio de prueba al aire libre adecuado. Muchas industrias, como la automotriz, militar y aeroespacial, también emplean el método de prueba por reverberación (es decir, pruebas en una cámara de reverberación).
Configuración de un sistema de prueba de emisiones radiadas.
El siguiente ejemplo muestra una configuración que utiliza una cámara semi-anecoica (SAC) para probar un EUT. Esta configuración incluye:
- Plataforma giratoria y mástil de antena con capacidad de escaneo en altura.
- Receptor de pruebas EMI, que garantiza el escaneo de frecuencias y la detección de niveles conforme a las normas EMC aplicables.
- Software de pruebas EMC, que recopila datos de diferentes posiciones y mapea la radiación EMI en un entorno automatizado.
- Selección de antenas con diferentes rangos de frecuencia, desde 30 MHz a 6 GHz (antena logarítmica periódica) o frecuencias extendidas (antenas tipo bocina).
La figura a continuación muestra una configuración de prueba de inmunidad radiada, donde la distancia entre la punta de la antena y el equipo bajo prueba (EUT) es de 3m. Esta configuración incluye:
- Cámara de absorción blindada.
- Sondas de campo precalibradas para verificar la uniformidad del campo.
- Generador de señales.
- Amplificadores de potencia RF.
- Sensores de potencia.
- Transductores.
- Software de pruebas EMC para automatizar, controlar y suministrar el nivel de potencia adecuado y la modulación al EUT según las normas aplicables.
Desafíos y soluciones en las pruebas de EMC.
Ahora que entendemos los fundamentos de las pruebas de EMC, podemos revisar algunos de los desafíos y cómo abordarlos con soluciones de pruebas EMC.
Los principales desafíos en las pruebas de EMC incluyen ciclos de estandarización más cortos y recursos de prueba limitados.
Esto impulsa la necesidad de tiempos de prueba más rápidos y mayor automatización. La transformada rápida de Fourier (FFT) o las pruebas en el dominio del tiempo se han convertido en el método de prueba por defecto para las pruebas de preconformidad de prototipos, así como para las pruebas finales de conformidad. Los receptores de prueba en el dominio del tiempo, como el R&S®ESW, pueden aumentar significativamente la velocidad y fiabilidad de las pruebas.
La mayor automatización se puede lograr utilizando una solución de software como R&S®ELEKTRA, que ofrece muchos beneficios durante:
- Planificación de pruebas: configuración, plantillas.
- Ejecución de pruebas: control de instrumentos, automatización.
- Análisis e informes: gráficos personalizados, agregar múltiples pruebas al informe.
Si estás planeando establecer tu propio centro de pruebas de EMC interno, es importante equilibrar tus ambiciones con el presupuesto disponible. Considera:
- Necesidades actuales y futuras de pruebas.
- Requisitos de ubicación (como filtros de línea eléctrica, electricidad, protección contra incendios, etc.).
- Peso y tamaños del EUT, que determinan las dimensiones de la cámara.
- Disponibilidad de personal capacitado.
- Costo de calibración, servicio y mantenimiento.
- Escalabilidad y posibilidad de futuras ampliaciones o actualizaciones.
Como líder en pruebas de EMC durante más de 50 años, Rohde & Schwarz tiene una larga historia de proporcionar experiencia en pruebas y medición a organizaciones de normas EMC, y utilizamos nuestro conocimiento interno para desarrollar equipos de prueba que apoyan las normas EMC en todas las industrias. Suministramos equipos de prueba, sistemas, software, actualizaciones, soluciones llave en mano (incluidas cámaras), capacitaciones, calibración y servicio. En AGtel encontrarás un socio confiable en soluciones y servicios de pruebas EMC, guiándote a través del proceso de creación de soluciones que se adapten a tus necesidades actuales y cumplan con las exigencias del mañana.