Phát xạ dẫn là rào cản đầu tiên mà hầu hết thiết bị cắm điện lưới phải vượt qua, và cũng là phép đo dễ cho ra kết quả không lặp lại nhất nếu thiếu một thành phần: mạng ổn định trở kháng đường dây (LISN). Không có LISN, đo phát xạ dẫn thực chất là đo đặc tính của lưới điện trong toà nhà chứ không phải đo thiết bị của bạn — và kết quả sẽ đổi mỗi lần bạn chuyển ổ cắm.
Bài viết đi vào chính thành phần đó: vì sao trở kháng phải được cố định, LISN làm việc đó thế nào, cấu hình máy thu cho dải 150 kHz – 30 MHz và cách đọc kết quả so với giới hạn CISPR 32.
Đo phát xạ dẫn là đo cái gì
Thiết bị điện tử phát nhiễu theo hai đường: bức xạ qua không gian và dẫn theo dây nguồn. Phép đo phát xạ dẫn nhắm vào đường thứ hai — đo điện áp nhiễu tần số vô tuyến mà thiết bị bơm ngược lại lưới điện, dải 150 kHz – 30 MHz với các chuẩn thương mại họ CISPR.
Nguồn của loại nhiễu này gần như luôn là bộ nguồn chuyển mạch: tần số chuyển mạch cùng các hài của nó, cộng với dòng chế độ chung chảy qua điện dung ký sinh giữa mạch và vỏ. Phổ đo được vì thế thường có dạng răng lược, đỉnh cách nhau đúng bằng tần số chuyển mạch.
Phép đo cho ra một giá trị điện áp tính bằng dBµV trên từng dây pha và dây trung tính, đo riêng rẽ. Về bức tranh tổng thể EMI/EMC bao gồm cả nhiễu bức xạ và các bộ tách sóng, xem bài đo EMI EMC theo CISPR.
LISN: cố định trở kháng để phép đo lặp lại được
Trở kháng lưới điện tại một ổ cắm bất kỳ là ẩn số: nó phụ thuộc chiều dài dây, tải khác cùng nhánh, thời điểm trong ngày. Đo điện áp nhiễu trên một trở kháng không biết là đo một đại lượng không xác định.
LISN — trong thuật ngữ CISPR còn gọi là mạng nguồn nhân tạo AMN, dạng phổ biến cho phép đo này là V-network — giải bài toán bằng ba việc cùng lúc:
Thứ nhất, nó áp một trở kháng đã biết lên thiết bị cần đo. CISPR 16-1-2 quy định trở kháng 50 Ω song song với nhánh 50 µH nối tiếp 5 Ω, và yêu cầu mạng giữ được biên độ trở kháng danh định trong dung sai ±20% từ 9 kHz đến 30 MHz. Mọi phòng thử trên thế giới dùng cùng trở kháng này, nên kết quả mới so sánh được với nhau.
Thứ hai, nó chặn nhiễu từ lưới đi vào phép đo. Cuộn 50 µH đóng vai trò trở kháng cao với tín hiệu RF từ phía lưới, giữ cho phổ bạn đo được chỉ chứa đóng góp của thiết bị.
Thứ ba, nó tách tín hiệu RF ra một cổng 50 Ω để nối vào máy thu, đồng thời vẫn dẫn dòng lưới tần số công nghiệp cho thiết bị chạy bình thường.
Hai điểm thực hành hay bị bỏ qua: LISN phải được liên kết chắc chắn với mặt phẳng đất tham chiếu — trở kháng danh định chỉ đúng khi đường về đất có trở kháng thấp; và cổng RF của nhánh không đang đo phải được kết cuối 50 Ω, không để hở.
Bộ hạn chế quá độ: linh kiện rẻ nhất cứu thiết bị đắt nhất
Giữa cổng RF của LISN và đầu vào máy thu bắt buộc phải có bộ hạn chế quá độ (transient limiter). Nó làm ba việc: phối hợp trở kháng, suy giảm các thành phần ngoài băng — dưới 150 kHz và trên 30 MHz — và quan trọng nhất là ghim các xung quá độ điện áp.
Xung quá độ ở đây không phải giả thuyết: chỉ cần bật hoặc tắt thiết bị cần đo khi cáp nối thẳng vào máy thu là đủ đưa một xung hàng chục vôn vào bộ trộn đầu vào. Chi phí thay bộ trộn lớn hơn nhiều lần giá một bộ hạn chế.
Bộ hạn chế có suy hao chèn riêng, thường khoảng 10 dB. Suy hao này phải được nhập vào bảng bù biên độ của máy thu, cùng suy hao cáp và hệ số hiệu chuẩn LISN, nếu không kết quả sẽ thấp hơn thực tế đúng bằng con số đó.
Cấu hình máy thu cho băng B
Dải 150 kHz đến 30 MHz thuộc băng B trong phân chia của CISPR 16-1-1. Ba tham số phải đặt đúng:
Băng thông phân giải: 9 kHz đo ở mức −6 dB. Đây là băng thông bắt buộc cho băng B — không phải băng thông −3 dB quen thuộc của máy phân tích phổ thông thường. Đặt sai băng thông sẽ làm sai biên độ của mọi thành phần nhiễu băng rộng.
Bộ tách sóng: CISPR 16-1-1 định nghĩa bốn bộ tách sóng — đỉnh, tựa đỉnh (quasi-peak), trung bình EMI và trung bình bình phương. Bộ tựa đỉnh dùng hằng số thời gian nạp 1 ms và xả 160 ms cho băng B, nghĩa là nó cho trọng số theo tần suất lặp của xung nhiễu: nhiễu thưa bị phạt nhẹ hơn nhiễu dày. Đây chính là lý do phép đo tựa đỉnh chậm.
Thời gian dừng: phải đủ dài để bộ tựa đỉnh nạp và ổn định. Chiến lược thực dụng là quét đỉnh trước cho nhanh, khoanh tần số nghi ngờ, rồi chỉ đo tựa đỉnh và trung bình tại đó.
Giới hạn CISPR 32 và cách đọc kết quả
CISPR 32 chia thiết bị đa phương tiện thành hai lớp theo môi trường sử dụng. Giới hạn tại cổng nguồn xoay chiều:
- Lớp A (môi trường thương mại, công nghiệp): 0,15–0,5 MHz — tựa đỉnh 79 dBµV, trung bình 66 dBµV; 0,5–30 MHz — tựa đỉnh 73 dBµV, trung bình 60 dBµV.
- Lớp B (môi trường dân cư): 0,15–0,5 MHz — tựa đỉnh giảm tuyến tính theo logarit tần số từ 66 xuống 56 dBµV, trung bình từ 56 xuống 46 dBµV; 0,5–5 MHz — tựa đỉnh 56 dBµV, trung bình 46 dBµV; 5–30 MHz — tựa đỉnh 60 dBµV, trung bình 50 dBµV.
Ba điều rút ra khi đọc bảng này. Một, lớp B nghiêm ngặt hơn lớp A khoảng 13 dB — nếu sản phẩm hướng tới người dùng gia đình, hãy thiết kế theo lớp B ngay từ đầu. Hai, đoạn 0,15–0,5 MHz của lớp B là đường dốc, nên khi đọc kết quả phải so với giá trị giới hạn tại đúng tần số đó chứ không phải một hằng số. Ba, giới hạn ở dải 5–30 MHz của lớp B nới lỏng so với dải 0,5–5 MHz; nhiều bộ nguồn trượt tiêu chuẩn ở vùng vài trăm kHz đúng chỗ giới hạn chặt nhất.
Quy trình bảy bước
1. Dựng bàn đo với mặt phẳng đất tham chiếu, liên kết LISN vào mặt phẳng này. 2. Cắm thiết bị cần đo qua LISN, cho chạy ở chế độ tải nặng nhất và tiêu biểu nhất. 3. Nối cổng RF của nhánh đang đo qua bộ hạn chế quá độ vào máy thu; kết cuối 50 Ω cho nhánh còn lại. 4. Nhập bảng bù: suy hao cáp, suy hao bộ hạn chế, hệ số hiệu chuẩn LISN. 5. Quét đỉnh toàn dải 150 kHz – 30 MHz với RBW 9 kHz để định vị các đỉnh. 6. Đo lại các đỉnh nghi ngờ bằng bộ tựa đỉnh và trung bình, với thời gian dừng đủ dài. 7. Lặp lại toàn bộ cho dây còn lại (pha và trung tính đo riêng).
Chọn thiết bị Keysight cho phép đo phát xạ dẫn
Với phép đo tuân thủ đầy đủ, Keysight N9048B PXE là máy thu đo EMI đáp ứng hoàn toàn CISPR 16-1-1:2019, MIL-STD-461G, ANSI C63.2 và FCC. Dải tần trải từ 1 Hz tới 44 GHz tuỳ cấu hình nên cùng một máy phục vụ được cả phát xạ dẫn lẫn phát xạ bức xạ. Hai đặc điểm đáng chú ý cho công việc hằng ngày: bộ tiền chọn RF cùng khuếch đại tạp âm thấp cho DANL −167 dBm ở 1 GHz, và chế độ quét miền thời gian với băng thông tới 1 GHz — chế độ này rút ngắn đáng kể thời gian quét tựa đỉnh vốn là nút thắt của mọi phép đo tuân thủ.
Máy thu chuyên dụng cũng có sẵn cổng vào được bảo vệ quá độ — chi tiết dễ bỏ qua khi so với máy phân tích phổ thông thường. Với đo sơ bộ trong giai đoạn thiết kế, máy phân tích tín hiệu X-Series chạy ứng dụng đo EMI là phương án hợp lý hơn về chi phí: Keysight N9010B EXA cho phòng thiết kế cần một máy đa dụng, hoặc Keysight N9020B MXA khi cần thêm dải động và tốc độ. Cần nói rõ: đo sơ bộ giúp phát hiện vấn đề sớm và tiết kiệm lượt thử tại phòng thử được công nhận, nhưng không thay thế được phép đo tuân thủ trên máy thu đo EMI đạt chuẩn.
Kết luận
Chất lượng của phép đo phát xạ dẫn nằm ở cấu hình bàn đo nhiều hơn ở máy thu. LISN cố định trở kháng để kết quả lặp lại được; bộ hạn chế quá độ bảo vệ đầu vào máy và định hình băng đo; RBW 9 kHz cùng bộ tách sóng tựa đỉnh mới cho ra con số so được với giới hạn CISPR 32. Bỏ qua bảng bù suy hao là cách nhanh nhất để một thiết kế không đạt chuẩn lọt qua vòng đo sơ bộ.
Techmaster Electronics là đại lý uỷ quyền của Keysight tại Việt Nam và có phòng hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025. Để được tư vấn cấu hình bàn đo EMI hoặc lên lịch hiệu chuẩn máy thu và máy phân tích tín hiệu, liên hệ hotline 0908 173 345.
