Jak wykorzystać źródło referencyjne w celu weryfikacji poprawności działania stanowiska do pomiaru emisji przewodzonej?

W niniejszym artykule przedstawiona została metoda weryfikacji stanowiska do pomiaru emisji przewodzonej przy użyciu źródła referencyjnego CNE, produkowanego przez brytyjskie laboratorium Eurofins York. Jest to zasilane bateryjnie urządzenie, wyposażone w jedno, koncentryczne złącze wyjściowe, na którym generowany jest szum o widmie ciągłym w dziedzinie częstotliwości. Charakterystyka generowanego szumu jest stabilna w czasie, co oznacza, że wykonując pomiar sygnału na wyjściu źródła przy użyciu odbiornika pomiarowego, za każdym razem uzyskamy ten sam wynik (przy założeniu, że odbiornik jest sprawny, a pomiar wykonujemy cały czas, korzystając z takich samych ustawień, producent gwarantuje powtarzalność na poziomie <1 dB w przeciągu 12 miesięcy). To pozwala na weryfikację nie tylko stanowiska do pomiarów emisji przewodzonej, ale także poszczególnych urządzeń pomiarowych lub innych stanowisk związanych z pomiarami sygnałów RF. Dostępne jest wiele typów źródeł referencyjnych, różniących się od siebie zakresami częstotliwości oraz trybami pracy. Poza źródłami CNE, generującymi szum, dostępne są także źródła CGE generujące sygnał grzebieniowy złożony z prążków występujących na ściśle określonych częstotliwościach, a także źródła YRS, mogące działać w obydwu tych trybach.

Weryfikacja stanowiska do pomiarów emisji przewodzonej

Weryfikacja stanowiska do pomiaru emisji przewodzonej polega na wykonaniu pierwszego, referencyjnego pomiaru w momencie, gdy mamy pewność, że stanowisko pomiarowe jest w pełni sprawne (na przykład zaraz po wykonaniu akredytowanej kalibracji wszystkich wchodzących w jego skład urządzeń pomiarowych), a następnie regularnym powtarzaniu pomiaru po wcześniejszym odtworzeniu dokładnie takich samych warunków jak przy pierwszym, referencyjnym pomiarze.

Standardowy pomiar emisji przewodzonej przeprowadzany zgodnie z np. CISPR 32 (EN 55032) wymaga użycia odbiornika pomiarowego w celu wyznaczenia charakterystyki emisji zaburzeń generowanych przez badane urządzenie (EUT) na jego przewodach zasilających. Zaburzenia RF są wydzielane z napięcia zasilającego przy pomocy sieci LISN (Line Impedance Stabilisation Network), która pełni podwójną rolę – służy jako źródło zasilania o znanej impedancji oraz ukierunkowuje sygnał RF zaburzeń do portu wejściowego odbiornika pomiarowego (patrz Rys. 1). W przeciwieństwie do odbiorników pomiarowych lub analizatorów widma, które mają możliwość wykonania autokalibracji, sieci LISN wymagają dodatkowego, ręcznego sprawdzania poprawności ich działania. Podobnie jest w przypadku ograniczników przepięć (ang. Transient limiter), które są często wykorzystywane w torze pomiarowym w celu ochrony czułego wejścia urządzenia pomiarowego przed impulsami o wysokiej amplitudzie. Takie zabezpieczenia także wymagają sprawdzenia, czy ich obecność nie wprowadza do pomiarów istotnych odchyłek, na przykład w wyniku częściowego przebicia obecnych w nich elementów półprzewodnikowych.

Procedura weryfikacji

Rysunki 2 oraz 3 przedstawiają źródło szumowe CNE dołączone do sieci LISN w celu przeprowadzenia weryfikacji stanowiska testowego służącego do pomiarów emisji przewodzonej na liniach zasilających.

W całej procedurze bardzo istotne jest, aby chronić źródło referencyjne przed podaniem na jego wyjście wysokiego napięcia z zewnątrz. Z tego powodu rekomendowane jest, aby pomiary przeprowadzać wyłącznie po odłączeniu sieci LISN od sieci zasilającej, jeśli to konieczne dozwolone jest podłączenie zasilania obwodów sterujących sieci (jeśli występują). Dla dodatkowej ochrony adapter przeznaczony do połączenia źródła referencyjnego z siecią LISN jest wykonany w taki sposób, aby sygnał RF sprzęgany był wyłącznie do przewodu neutralnego.

Rysunek 1 - Sieć LISN zgodna z CISPR 16

To pozwala zmniejszyć ryzyko potencjalnego uszkodzenia źródła referencyjnego lub porażenia operatora w razie, gdyby przypadkowo sieć LISN pozostała podłączona do sieci zasilającej. Dzieje się tak ze względu na brak napięcia zasilającego na przewodzie neutralnym. W przypadku, gdy badania prowadzone są w kraju, w którym układ sieci zasilającej nie gwarantuje braku napięcia sieciowego na przewodzie neutralnym, należy zachować szczególną ostrożność i koniecznie odłączyć sieć LISN od sieci zasilającej przed rozpoczęciem jej weryfikacji przy użyciu źródła referencyjnego.

Pomimo ograniczenia wynikającego ze sprzęgania sygnału RF tylko do przewodu neutralnego, nadal możliwa jest weryfikacja linii czynnej L. Ze względu na fakt, iż przewód neutralny i fazowy umieszczone są wewnątrz kabla zasilającego, w niewielkiej odległości od siebie sygnały o wysokich częstotliwościach generowane przez źródło referencyjne, a następnie wprowadzane w przewód neutralny sprzęgną się także do przewodu fazowego. W takim przypadku podczas weryfikacji należy za każdym razem korzystać z tego samego przewodu łączącego adapter LISN z siecią LISN, co podczas pomiaru referencyjnego.

Rysunek 4 przedstawia widmo sygnału zmierzonego przy pomocy odbiornika pomiarowego, z wykorzystaniem detektora wartości szczytowej (Peak). Ocena poprawności działania systemu po wykonaniu takiego pomiaru może zostać przeprowadzona poprzez wizualne porównanie wyników z wykresem pochodzącym z pomiaru referencyjnego lub odbywać się z poziomu oprogramowania, w którym naniesione zostaną limity, pomiędzy którymi musi mieścić się zmierzona charakterystyka widma.

Rysunek 4 przedstawia widmo sygnału zmierzonego przy pomocy odbiornika pomiarowego, z wykorzystaniem detektora wartości szczytowej (Peak). Ocena poprawności działania systemu po wykonaniu takiego pomiaru może zostać przeprowadzona poprzez wizualne porównanie wyników z wykresem pochodzącym z pomiaru referencyjnego lub odbywać się z poziomu oprogramowania, w którym naniesione zostaną limity, pomiędzy którymi musi mieścić się zmierzona charakterystyka widma.

Rysunek 2 - Schemat setupu do weryfikacji sieci LISN przy użyciu CNE i adaptera LISN

Rysunek 3 - Zdjęcie setupu do weryfikacji sieci LISN przy użyciu CNE i adaptera LISN

Uwaga 1: W trakcie standardowego pomiaru emisji zaburzeń przewodzonych, sieć LISN powinna być podłączona do sieci zasilającej, aby dostarczać napięcie zasilające do badanego urządzenia. Ze względu na to, iż adapter LISN musi zapewniać dobre sprzężenie dla sygnału RF pomiędzy źródłem, a siecią LISN, nie jest możliwe wykonanie go w taki sposób, aby zapewniał wystarczającą ochronę źródła referencyjnego przed wysokim napięciem pochodzącym z sieci LISN.

Podanie napięcia sieciowego na wyjście źródła będzie skutkowało jego uszkodzeniem. Pomimo że sygnał RF sprzęgany jest tylko do linii N, ze względu na spadki napięcia mogące wystąpić na przewodach o niezerowej rezystancji, napięcie na przewodzie neutralnym może wynieść nawet do 6 V względem przewodu PE. Już tak niewielkie napięcie dołączone do źródła referencyjnego może spowodować jego częściowe lub całkowite uszkodzenie. Z tego względu nie należy podłączać źródła referencyjnego poprzez adapter do zasilanej sieci LISN.

Rysunek 4 - Widmo sygnału zmierzonego na wyjściu RF sieci LISN, przy użyciu setupu z Rysunku 3 (do pomiaru linii fazowej wykorzystano zjawisko sprzężenia sygnału pomiędzy przewodami L i N)