Trong phòng thử EMC, phép đo phát xạ trả lời câu hỏi “thiết bị của tôi làm phiền ai”, còn phép đo miễn nhiễm dẫn trả lời câu hỏi ngược lại: thiết bị của tôi chịu được bao nhiêu nhiễu đến từ bên ngoài qua đường dây. IEC 61000-4-6 là tiêu chuẩn cơ bản cho vế thứ hai, và cũng là tiêu chuẩn hay bị trích dẫn sai nhất — từ ý nghĩa con số mức thử cho tới việc bản 2023 đã thay đổi những gì. Bài viết này đi qua nguyên lý, cách chọn thiết bị ghép và quy trình đặt mức, theo đúng chữ của tiêu chuẩn.
Phạm vi và nguyên lý của phép đo miễn nhiễm dẫn
IEC 61000-4-6 liên quan tới yêu cầu miễn nhiễm dẫn của thiết bị điện và điện tử đối với nhiễu điện từ đến từ các máy phát vô tuyến chủ ý, trong dải tần từ 150 kHz đến 80 MHz. Ý tưởng vật lý rất dễ hình dung: dưới 80 MHz, bước sóng còn dài so với kích thước thiết bị nên vỏ máy chưa phải ăng-ten hiệu quả — thứ đóng vai trò ăng-ten chính là các sợi cáp nối vào máy. Vì vậy tiêu chuẩn không chiếu trường vào thiết bị mà tiêm nhiễu vào cáp.
Hệ quả trực tiếp của nguyên lý đó là điều kiện áp dụng: thiết bị không có ít nhất một dây dẫn hoặc cáp — dây nguồn, đường tín hiệu hoặc dây nối đất — để ghép nó với trường nhiễu RF thì nằm ngoài phạm vi của tiêu chuẩn này. Về giới hạn trên, các ban kỹ thuật sản phẩm có thể quyết định dùng phương pháp mô tả trong tài liệu này cho tần số tới 230 MHz theo Phụ lục B, tuy nhiên phương pháp và thiết bị đo được thiết kế để dùng trong dải tới 80 MHz. Đây là một tuỳ chọn của ban sản phẩm, không phải phần mở rộng phạm vi của chính tiêu chuẩn.
Ba mức thử và cách đọc đúng con số
Các mức thử của tín hiệu nhiễu chưa điều chế được cho trong Bảng 1: mức 1 là 1 V tương đương 120 dB µV, mức 2 là 3 V tương đương 129,5 dB µV, mức 3 là 10 V tương đương 140 dB µV. Ngoài ra có mức X, là mức bất kỳ nằm trên, dưới hoặc ở giữa các mức trên, và phải được nêu trong đặc tả riêng của thiết bị.
Chi tiết quan trọng nhất nằm ở định nghĩa chứ không ở con số. Tiêu chuẩn ghi rõ đây là mức thử hở mạch tính theo sức điện động, biểu diễn ở giá trị hiệu dụng. Không ít tài liệu thứ cấp mô tả nhầm rằng đó là điện áp hiệu dụng đo được tại điểm tiêm vào thiết bị — khác biệt này tạo ra hệ số 6 lần, như phần đặt mức dưới đây cho thấy.
Khi thử, tín hiệu được điều chế biên độ 80 % bằng sóng sin 1 kHz để mô phỏng mối đe doạ thực tế, và mức thử được đặt tại cổng EUT của thiết bị ghép; các ban kỹ thuật sản phẩm có thể chọn sơ đồ điều chế khác. Cần lưu ý: điều chế 80 % làm đỉnh tín hiệu tăng đáng kể, nên bộ khuếch đại phải còn dư tuyến tính, nếu không dạng sóng bị nén và mức ứng suất thực tế sẽ khác mức khai báo.
150 Ω là trục của toàn bộ phép thử
Tiêu chuẩn giả định hệ thống cáp nối vào thiết bị ở chế độ cộng hưởng, và biểu diễn chúng bằng các thiết bị ghép và tách có trở kháng đồng pha 150 Ω so với mặt phẳng đất chuẩn. Theo phương pháp mô tả trong tiêu chuẩn, EUT được nối giữa hai kết nối trở kháng đồng pha 150 Ω: một bên cấp nguồn RF, bên kia tạo đường về cho dòng.
Về mặt vật lý, 150 Ω được tạo ra bằng cách ghép nối tiếp trở kháng đầu ra 50 Ω của bộ khuếch đại với 100 Ω đến từ các điện trở tiêm — chính các điện trở 100 Ω này nằm bên trong CDN. Giá trị 150 Ω được chọn vì với đầu xa không xác định, nó đại diện cho trung bình của phần lớn điều kiện lắp đặt thực tế, vốn dao động từ vài ôm tới vài trăm ôm trong dải 150 kHz – 80 MHz; nó cũng làm tắt cộng hưởng của cáp, tăng tính lặp lại. Xin nói rõ một hiểu lầm hay gặp: con số này không liên quan tới trở kháng cơ thể người — đó là chuyện của họ tiêu chuẩn phóng tĩnh điện.
Giữa bộ khuếch đại và thiết bị ghép còn có một bộ suy hao công suất 6 dB. Vai trò của nó là ngăn hệ số sóng đứng biến động ở đầu ra bộ khuếch đại ảnh hưởng tới kết quả — nói cách khác, nó bảo đảm phần 50 Ω trong tổng 150 Ω là một giá trị ổn định thật, chứ không phải trở kháng đầu ra trôi nổi của bộ khuếch đại.
Chọn thiết bị ghép: CDN, kẹp EM hay kẹp dòng
Họ CDN được đặt tên theo loại cáp mà nó phục vụ, với chữ số chỉ số ruột dẫn. CDN-M1, M2 và M3 dùng cho đường nguồn không bọc giáp; CDN-S dùng cho cáp có bọc giáp; CDN-T2, T4 và T8 dùng cho đôi dây cân bằng không bọc giáp; CDN-AF2 và AF8 dùng cho đường không cân bằng, không bọc giáp. Khi không có CDN phù hợp, phương án là kẹp điện từ hoặc kẹp tiêm dòng.
Thứ tự ưu tiên: dùng CDN khi phù hợp, vì nó vừa ghép nhiễu vừa tách thiết bị phụ trợ khỏi đường tiêm, cho trở kháng đồng pha đúng 150 Ω và độ lặp lại tốt nhất. Kẹp điện từ hoàn toàn không xâm lấn — không phải cắt hay đấu lại cáp — nhưng cần thêm khoảng 6 dB công suất cho cùng mức ứng suất và không giữ được trở kháng nguồn 150 Ω chính xác trên toàn dải. Kẹp tiêm dòng là phương án cuối cùng vì nó không tách thiết bị phụ trợ: dòng cảm ứng chạy vào cả thiết bị cần thử lẫn thiết bị phụ trợ, nghĩa là bạn đang thử cả hai — cấu hình có độ bất định cao nhất.
Một cảnh báo quan trọng về phiên bản. Bản IEC 61000-4-6 Ed 5.0:2023 nêu rõ trong lời nói đầu rằng so với bản trước có các thay đổi kỹ thuật đáng kể, trong đó có việc sửa đổi cách chọn thiết bị tiêm, bỏ yêu cầu kiểm tra trở kháng thiết bị phụ trợ khi tiêm bằng kẹp, sửa quy trình kiểm tra bão hoà, thêm phụ lục mới về thử với nhiều tín hiệu, và việc đặt mức chỉ còn thực hiện với vòng phản hồi. Khi viết quy trình nội bộ hay trích dẫn trong báo cáo, luôn ghi rõ đang theo bản nào.
Đặt mức bằng phương pháp thay thế và hệ số chia sáu
Phép thử dùng phương pháp thay thế để đặt mức, gồm bốn bước: tháo thiết bị cần thử và thiết bị phụ trợ ra, thay bằng đồ gá hiệu chuẩn 150 Ω; chỉnh công suất để đạt mức ứng suất yêu cầu trong trở kháng đã biết đó và ghi lại công suất ở từng bước tần số; lắp lại thiết bị và phát lại đúng công suất đã ghi; cuối cùng quét toàn dải và theo dõi thiết bị.
Điểm dễ sai nhất là số đọc trên máy đo trong bước hiệu chuẩn. Vì mức thử được cho ở dạng giá trị hở mạch, còn đồ gá tạo thành một bộ chia điện trở, nên trong hệ 150 Ω, số đọc yêu cầu bằng mức ứng suất chia cho 6, tương đương giảm 15,6 dB. Cụ thể: để thử ở mức 3 tức 10 V, số đọc trên đồ gá hiệu chuẩn chỉ khoảng 1,67 V. Ai lấy thẳng 10 V làm số đọc sẽ vô tình thử ở mức cao gấp sáu lần, làm hỏng thiết bị mà vẫn tưởng mình đang làm đúng.
Về quét tần số, bước tối đa cho phép là 1 % của tần số liền trước, và thời gian dừng ở mỗi bước phải đủ để thiết bị được vận hành và kịp phản ứng. Con số 0,5 s hay được trích dẫn thực chất là quy định trong IEC 61000-4-3 cho phép thử miễn nhiễm bức xạ; khi viết cho 61000-4-6, hoặc nêu rõ nguồn gốc con số đó, hoặc chỉ viết yêu cầu định tính. Tần số nhạy cảm như tần số xung nhịp cần được phân tích riêng theo yêu cầu của tiêu chuẩn sản phẩm.
Thiết bị Keysight nằm ở đâu trong chuỗi này
Máy phân tích tín hiệu Keysight N9010B giám sát mức tín hiệu trong phép thử.
Cần phân định rõ vai trò để không mua nhầm. Nguồn ứng suất của phép thử miễn nhiễm gồm máy phát tín hiệu làm nguồn nhiễu, qua bộ khuếch đại công suất RF rồi đặt lên thiết bị — với phép thử dẫn thì đưa vào qua CDN, với phép thử bức xạ thì qua ăng-ten. Máy thu đo và máy phân tích tín hiệu không phải nguồn ứng suất: chúng giám sát và chẩn đoán, và là thiết bị chính cho vế phát xạ của EMC.
Máy thu đo EMI PXE Keysight N9048B là máy thu hợp chuẩn đầy đủ cho phép đo độ nhạy cao và chẩn đoán, phủ từ 1 Hz tới 44 GHz với các tuỳ chọn dải tần 3,6, 8,4, 26,5 và 44 GHz, tuân thủ đầy đủ CISPR 16-1-1:2019 cùng MIL-STD-461G, ANSI C63.2 và FCC. Một điều kiện đi kèm không được bỏ qua: các thông số này được kiểm ở chế độ EMI Receiver, và cần bật tính năng mở rộng nền nhiễu để đáp ứng yêu cầu CISPR ở các băng B, C và D. Trong bối cảnh một phòng thử làm cả hai vế, N9048B là trụ cột của vế phát xạ và là công cụ chẩn đoán khi cần truy nguyên nguồn nhiễu trong lúc chạy phép thử miễn nhiễm.
Ở vai trò giám sát phổ rộng hơn với chi phí thấp hơn, máy phân tích tín hiệu EXA Keysight N9010B phủ từ 10 Hz tới các tuỳ chọn 3,6, 7,0, 13,6, 26,5, 32 hoặc 44 GHz. Thiết bị này phù hợp cho khâu tiền kiểm tra, theo dõi mức tín hiệu trong quá trình thiết lập và khoanh vùng vấn đề trước khi đưa mẫu vào phép thử hợp chuẩn chính thức. Cần nói thẳng để bạn đọc không hiểu nhầm: cả N9010B lẫn máy thu đo đều không thay thế được bộ CDN, bộ khuếch đại công suất và đồ gá hiệu chuẩn 150 Ω — đó là các hạng mục riêng của một hệ thống thử miễn nhiễm dẫn.
Kết luận
Một phép đo miễn nhiễm dẫn đáng tin cậy phụ thuộc vào ba điều: hiểu đúng rằng mức thử là sức điện động hở mạch nên số đọc khi hiệu chuẩn chỉ bằng một phần sáu, chọn thiết bị ghép theo đúng thứ tự ưu tiên thay vì theo cái có sẵn trên bàn, và ghi rõ đang theo phiên bản nào vì bản 2023 đã đổi cả cách chọn thiết bị tiêm lẫn cách đặt mức. Trên tất cả, cả chuỗi chỉ có ý nghĩa khi máy phát, bộ khuếch đại, CDN và đồ gá còn trong hạn hiệu chuẩn — bởi mức ứng suất khai báo chính là mức đã hiệu chuẩn, không phải mức đo lại lúc thử.
Techmaster Electronics là đại lý uỷ quyền của Keysight tại Việt Nam và vận hành phòng hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025. Để được tư vấn cấu hình đo EMC hoặc đặt lịch hiệu chuẩn máy thu đo EMI và máy phân tích tín hiệu, vui lòng liên hệ hotline 0908 173 345.
Đọc thêm về vế còn lại của EMC dẫn: Đo phát xạ dẫn với LISN: 150 kHz đến 30 MHz.
