การวัดการปล่อยคลื่นรบกวนแบบนำไฟฟ้ามีความขึ้นอยู่อย่างมากกับการทดสอบการปฏิบัติตามข้อกำหนดทางแม่เหล็กไฟฟ้า นอกจากนี้ ในห้องปฏิบัติการที่ทดสอบแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง เครื่องใช้ไฟฟ้า ระบบควบคุมอุตสาหกรรม ระบบทางการแพทย์ และโมดูลยานยนต์ คุณภาพของการวัดไม่ได้ขึ้นอยู่กับคุณภาพของตัวรับสัญญาณเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับฮาร์ดแวร์ในห่วงโซ่การทดสอบด้วย ระบบสนับสนุนเหล่านี้รวมถึง... อุปกรณ์วัด EMI และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง เครือข่ายเทียมที่จะนำมาใช้ในการควบคุมอิมพีแดนซ์ของสายส่ง เมื่อประสิทธิภาพเริ่มเบี่ยงเบนหรือประสิทธิภาพไม่ได้รับการรับประกัน ผลลัพธ์จะกลายเป็นความเข้าใจผิด และผลลัพธ์ที่ได้คือ ความล้มเหลวที่ผิดพลาด การผ่านที่ผิดพลาด รอบการรับรองที่ล่าช้า และการตัดสินใจที่ผิดพลาดในการปรับปรุงการออกแบบ
คำว่า "เครือข่ายเทียม" ใช้เพื่ออธิบายเครือข่ายประเภทหนึ่งที่มุ่งสร้างอิมพีแดนซ์ที่คงที่ระหว่างแหล่งจ่ายไฟและอุปกรณ์ที่กำลังทดสอบ พฤติกรรมการนำไฟฟ้าจะเปลี่ยนแปลงอย่างมากหากไม่มีอิมพีแดนซ์ที่เสถียร

ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงค่าอิมพีแดนซ์

จำเป็นต้องใช้วงจรจำลองเพื่อแสดงค่าความต้านทาน 50 โอห์มที่กำหนดไว้ในช่วงความถี่ที่ได้จากการวัดการปล่อยคลื่นรบกวนแบบนำไฟฟ้า ซึ่งโดยทั่วไปอยู่ในช่วง 150 kHz ถึง 30 MHz เมื่อเวลาผ่านไป ส่วนประกอบภายในจะเริ่มเปลี่ยนแปลงเนื่องจากตัวเก็บประจุเสื่อมสภาพ ตัวต้านทานก็เปลี่ยนค่าความคลาดเคลื่อน การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ และการออกซิเดชันของขั้วต่อภายใน การเปลี่ยนแปลงนี้ไม่สม่ำเสมอ และโดยทั่วไปแล้ว บริเวณความถี่ต่ำหรือกลางจะเริ่มเปลี่ยนแปลงก่อน ทำให้กราฟการวัดไม่สม่ำเสมอ
ในกรณีที่เกิดเหตุการณ์เช่นนี้ ระดับสัญญาณรบกวนที่บันทึกได้ระหว่างการทดสอบก่อนการรับรองจะสูงหรือต่ำกว่าระดับสัญญาณรบกวนที่บันทึกได้ในการทดสอบการรับรองอย่างเต็มรูปแบบ และการตัดสินใจด้านการออกแบบจะส่งผลให้ต้องแก้ไขทางเทคนิคโดยไม่จำเป็น เพื่อแก้ไขปัญหานี้ จำเป็นต้องมีการสอบเทียบเพื่อยืนยันขนาดและเฟสของอิมพีแดนซ์ที่ความถี่ต่างๆ ในช่วงความถี่ ระบบระดับมืออาชีพจะใช้เครื่องมือสอบเทียบซึ่งทำการตรวจสอบอิมพีแดนซ์แบบกวาดในขั้วต่อ LISN เมื่อค่าเบี่ยงเบนเกินค่าที่ยอมรับได้ จะทำการเปลี่ยนบล็อกส่วนประกอบแทนที่จะแก้ไขโดยใช้ซอฟต์แวร์
ผู้ผลิตเครื่องมือวัด EMI แนะนำระยะเวลาในการเปลี่ยนอุปกรณ์ที่ใช้งานอย่างต่อเนื่องในห้องปฏิบัติการทดสอบ เนื่องจากอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงเป็นเวลานานจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงค่า อัตราการเพิ่มขึ้นของค่า ESR ของตัวเก็บประจุจะกลายเป็นค่าเบี่ยงเบนที่สำคัญเมื่อชิ้นส่วนทำงานด้วยแรงดันไฟฟ้าสูงมาก

ภาพ: อุปกรณ์วัด EMI

ข้อผิดพลาดทั่วไปในการต่อสายดินของสัญญาณ

การต่อสายดินที่ไม่เหมาะสมระหว่างแผนผังกราวด์ของห้องทดสอบและจุดอ้างอิงกราวด์ของเครือข่ายเทียม เป็นหนึ่งในสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของการแปรผันในการวัด ความไม่ต่อเนื่องเล็กน้อยในสนามกราวด์และการนำกระแสไฟฟ้าโดยความแตกต่างในตัวนำสลับกัน อาจทำให้เกิดสัญญาณรบกวนที่ไม่พึงประสงค์ ปัญหานี้มักพบในกรณีที่ LISN ตั้งอยู่บนโต๊ะที่เคลื่อนย้ายได้ หรือในกรณีที่ LISN เชื่อมต่อโดยใช้สายต่อพ่วงแทนการใช้แผ่นต่อสายดิน
วิธีแก้ไขปัญหานี้สามารถทำได้โดยการตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีความต้านทานการต่อลงดินระหว่างตัวถังเครือข่ายเทียม จุดอ้างอิงลงดินของตัวรับ EMI และระนาบลงดิน อย่างไรก็ตาม ที่ความถี่ EMI เส้นทางเรโซแนนซ์เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในค่าอิมพีแดนซ์จะทำให้จุดสูงสุดของการปล่อยคลื่นเปลี่ยนแปลงไป กลยุทธ์การแก้ไขเกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่อ LISN โดยใช้สายรัดที่มีค่าความเหนี่ยวนำต่ำ การติดหน้าสัมผัสเชิงกล และการกำจัดตำแหน่งแร็คแบบลอยตัว

ตัวรับสัญญาณโอเวอร์โหลด

ไม่ควรปล่อยให้ DUT ส่งสัญญาณรบกวนโดยตรงไปยังตัวรับสัญญาณ EMI ในระดับที่เกินระดับที่กำหนดไว้ ในกรณีที่ส่วนลดสัญญาณรบกวนของวงจรจำลองล้มเหลว สัญญาณรบกวนพลังงานสูงจะส่งตรงไปยังส่วนหน้าของตัวรับสัญญาณและนำไปสู่การโอเวอร์โหลดที่ไม่พึงประสงค์ เมื่อเกิดการโอเวอร์โหลด ค่าที่อ่านได้จะไม่เพิ่มขึ้น แต่สัญญาณรบกวนจะหายไป ซึ่งวิศวกรเข้าใจผิดว่าเป็นการปรับปรุงการปล่อยสัญญาณรบกวน
จำเป็นต้องแก้ไขปัญหานี้โดยใช้การทดสอบโอเวอร์โหลดแบบไดนามิก แทนที่จะวัดเฉพาะสภาวะโหลดเดียว ควรเปรียบเทียบผลลัพธ์ในสภาวะที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านและสภาวะที่ไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน เมื่อเส้นกราฟที่วัดได้ไม่ยุบตัวลง แสดงว่าขั้นตอนการลดทอนภายในวงจรจำลองอาจอ่อนแอลง
เครื่องมือวัด EMI ในปัจจุบันยังรวมฟังก์ชันการวินิจฉัยการโอเวอร์โหลดไว้ด้วย ซึ่งผู้ใช้สามารถใช้เพื่อหลีกเลี่ยงผลลัพธ์ที่ผิดพลาดได้ นอกจากนี้ เครือข่ายบางเครือข่ายยังมีส่วนป้องกันไฟกระชากที่สามารถเปลี่ยนได้ เพื่อให้แน่ใจว่าการสึกหรอจะไม่ส่งผลกระทบต่อส่วนอื่นๆ ของระบบ

ตาราง: อาการผิดปกติทั่วไปและการระบุสาเหตุหลักของปัญหาในเครือข่ายเทียม

การจัดวางสายเคเบิลไม่ถูกต้อง

ในการทดสอบการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า การจัดวางสายเคเบิลเป็นปัจจัยหนึ่งที่ส่งผลต่อการรับสัญญาณรบกวนแบบแผ่รังสี เมื่อวางสายเคเบิลไปยังอุปกรณ์ที่กำลังทดสอบ (DUT) ใกล้กับผนังห้อง อุปกรณ์โลหะ หรือตัวควบคุมการสวิตช์ที่กำลังทำงานอยู่ รูปแบบของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก บริเวณที่เป็นเงาบนสายเคเบิลจะทำให้ค่าที่วัดได้ต่ำ และบริเวณที่เปิดโล่งบนสายเคเบิลจะทำให้ค่าที่วัดได้สูงขึ้น
การจัดวางสายเคเบิลมักจะคล้ายคลึงกันเสมอเมื่อใช้เครื่องมือวัด EMI ที่มีถาดรองรับมาตรฐาน ความล้มเหลวส่วนใหญ่เกิดขึ้นเนื่องจากผู้ปฏิบัติงานเคลื่อนย้ายสายเคเบิลระหว่างรอบการวัดโดยไม่ได้บันทึกการเปลี่ยนแปลง วิธีแก้ไขคือการใส่แผนผังการจัดวางสายเคเบิลไว้ในเอกสารการทดสอบและปฏิบัติตามการจัดวางแบบเดียวกันในทุกรอบการวัด
เครือข่ายเทียมที่อยู่ห่างออกไปมากเกินไปบนสายป้อนเข้าจะส่งผลให้สายเคเบิลเคลื่อนที่อย่างควบคุมไม่ได้ ทำให้เกิดแถบความแปรผันขนาดใหญ่

ความไม่เสถียรทางความร้อนระหว่างการทดสอบระยะยาว

ในการทดสอบที่มีระยะเวลานาน และเมื่อมีการสลับแหล่งจ่ายไฟ อุณหภูมิภายในของอุปกรณ์ที่กำลังทดสอบจะเพิ่มสูงขึ้น ทำให้โปรไฟล์การปล่อยคลื่นสูงขึ้น วิศวกรจึงเข้าใจผิดคิดว่า LISN หรือตัวรับสัญญาณมีปัญหา อย่างไรก็ตาม พฤติกรรมที่เกิดจากความร้อนนั้นเป็นเรื่องปกติ ปัญหาในการทดสอบที่นำไปสู่ปรากฏการณ์นี้คือ การที่วงจรจำลองร้อนเกินไปและทำให้ค่าความต้านทานภายในเปลี่ยนแปลง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีโหลดสูง
เพื่อแก้ไขปัญหานี้ ควรติดตั้งระบบระบายอากาศไม่เพียงแต่รอบๆ อุปกรณ์ที่กำลังทดสอบ (DUT) เท่านั้น แต่ยังรวมถึงรอบๆ เครือข่ายเทียมด้วย ความร้อนไม่สามารถกำจัดได้เมื่อใช้ LISN หลายตัวพร้อมกันกับโหลดสามเฟส สภาพแวดล้อมการทดสอบระดับมืออาชีพจะมีช่องระบายอากาศที่แยกจากกันเพื่อให้มั่นใจว่าอุณหภูมิคงที่รอบๆ องค์ประกอบ EMI

การวางแนวอ้างอิงไม่ถูกต้องระหว่างการเปรียบเทียบอุปกรณ์หลายชนิด

ห้องปฏิบัติการอื่นๆ เปรียบเทียบผลลัพธ์ของระบบต่างๆ ที่ใช้ตัวรับสัญญาณต่างกัน เครือข่ายต่างกัน และการจัดวางสายเคเบิลต่างกัน การเปรียบเทียบที่ไม่ตรงจุดนี้เป็นการตัดสินที่ผิดพลาด การวัดเปรียบเทียบทุกรอบจะต้องทำบนจุดอ้างอิงเดียวกัน ซึ่งก็คือเครือข่ายจำลอง
ปัญหานี้ต้องแก้ไขโดยการออกหมายเลข LISN ที่ปรับเทียบแล้วหนึ่งหมายเลขเพื่อใช้เป็นเครือข่ายอ้างอิง ข้อมูลเกี่ยวกับการวัดควรประกอบด้วยเวลาที่ทำการวัด แนวโน้มการปรับเทียบ และตัวระบุอ้างอิง ผู้ผลิตเครื่องมือวัด EMI จะเพิ่มการติดตามหมายเลขซีเรียลลงในบันทึกซอฟต์แวร์เพื่อให้แน่ใจว่าผู้ใช้จะไม่สับสนแหล่งทดสอบ LISUN นำเสนออุปกรณ์วัด EMI ที่ดีที่สุด

การตีความผิดพลาดของฮาร์โมนิกสัญญาณรบกวนการสวิตช์

สัญญาณรบกวนความถี่สลับมาพร้อมกับสัญญาณรบกวนความถี่สายที่เกิดจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง เมื่อตัวกรองภายในของเครือข่ายเทียมเกิดการสั่นพ้องที่ความถี่ของสัญญาณรบกวนสลับ แอมพลิจูดของสัญญาณรบกวนจะเปลี่ยนไปด้วย นี่ไม่ใช่ความผิดปกติของอุปกรณ์ที่กำลังทดสอบ แต่เป็นการสั่นพ้องของสัญญาณรบกวนความถี่สาย วิศวกรควรสามารถแยกแยะความผิดปกติที่เกิดจากอุปกรณ์ที่กำลังทดสอบและการสั่นพ้องของเครือข่ายได้
วิธีแก้ปัญหาอยู่ที่การเปรียบเทียบการวัดของ LISN สองตัวและความสามารถในการทำซ้ำ จะสังเกตเห็นความคลาดเคลื่อนของเรโซแนนซ์เมื่อโปรไฟล์ที่สร้างโดย LISN ตัวที่สองแตกต่างกันเล็กน้อย วิธีแก้ไขคือการเลือกเครือข่ายที่มีความถี่เรโซแนนซ์ภายในไม่ตรงกับความถี่การสวิตช์ของ DUT

การเสื่อมสภาพและการออกซิเดชันของผิวเคลือบขั้วต่ออินพุต

ความต้านทาน ณ จุดสัมผัสจะเพิ่มขึ้นเมื่อเกิดการออกซิเดชันทางกลไก ผลกระทบจากการรวมตัวของกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะทำให้ค่าอิมพีแดนซ์เลื่อนไปที่ความถี่สูงขึ้นเล็กน้อย นอกจากนี้ ขั้วต่อที่เกิดการออกซิเดชันยังทำให้เกิดประกายไฟขนาดเล็กที่จุดสัมผัส ซึ่งปรากฏเป็นพัลส์แบบบรอดแบนด์ในการวัด EMI อีกด้วย
วิธีแก้ปัญหาดังกล่าว ได้แก่ การปรับปรุงขั้วต่อและการเปลี่ยนสายรัดถัก บางวิธีใช้สารปรับสภาพพื้นผิว แต่ผู้ผลิตก็ต้องระมัดระวังไม่ให้เกิดการปนเปื้อนตกค้างเช่นกัน

สรุป

ข้อบกพร่องในอุปกรณ์ที่กำลังทดสอบ (DUT) มักไม่ใช่สาเหตุของข้อผิดพลาดในการวัดระหว่างการตรวจสอบการปล่อยมลพิษ ในกรณีที่ห้องปฏิบัติการต้องพึ่งพาข้อมูลที่ถูกต้อง อุปกรณ์วัด EMIโดยเครือข่ายเทียมจะเป็นองค์ประกอบอ้างอิง สาเหตุทั่วไปที่ทำให้การอ่านค่าไม่น่าเชื่อถือ ได้แก่ การเปลี่ยนแปลงของอิมพีแดนซ์ การต่อสายดินไม่ถูกต้อง ความร้อนสูงเกินไป ขั้วต่อเป็นสนิม ข้อผิดพลาดในการเดินสาย และการเสื่อมสภาพของขั้นลดทอนสัญญาณ การแก้ไขปัญหาเกี่ยวข้องกับการระบุแหล่งที่มาของความผิดปกติว่าเป็นตัวรับสัญญาณ LISN ความต่อเนื่องของสายดิน การสั่นพ้องของสวิตช์ หรือผลกระทบจากความร้อน
เครือข่ายเทียมสามารถกลับมาใช้งานได้อีกครั้งในระบบอ้างอิงอิมพีแดนซ์ที่ควบคุมได้ หากมีการดำเนินการแก้ไขอย่างเหมาะสม พฤติกรรมที่แท้จริงของผลิตภัณฑ์จะสะท้อนออกมาในการตัดสินใจทดสอบ แทนที่จะเป็นอคติของอุปกรณ์ การทดสอบการปล่อยมลพิษที่ดำเนินการอย่างน่าเชื่อถือช่วยให้การปรับเปลี่ยนหรือแก้ไขการออกแบบเป็นไปอย่างทันท่วงที การรับรองที่ถูกต้อง และพฤติกรรมที่คาดการณ์ได้ในสถานการณ์จริงของระบบจำหน่ายไฟฟ้า