Kịch bản quen thuộc: bo mạch đã chạy đúng chức năng, lịch sản xuất đã chốt, và phòng thử EMC trả về một báo cáo trượt ở 137 MHz. Báo cáo cho biết tần số và mức vượt, nhưng không cho biết linh kiện nào trên bo đang phát ra nó. Thuê lại buổi đo thì tốn kém và mất nhiều tuần, mà mỗi lần thử một giả thuyết lại là một lần thuê.
Đây là lúc đầu dò trường gần EMI phát huy giá trị. Nó không thay thế phép đo hợp chuẩn, và cũng không nói được bo mạch đạt hay trượt. Việc nó làm được là thu hẹp câu hỏi từ “cả bo mạch” xuống “linh kiện này, đường mạch này”, ngay trên bàn làm việc, trong vài giờ thay vì vài tuần.
Đầu dò trường gần EMI đo cái gì, và không đo được cái gì
Phép đo bức xạ hợp chuẩn được thực hiện ở trường xa, tại một cự ly quy định, trong buồng đo có đặc tính điện từ được kiểm soát, với ăng-ten đã hiệu chuẩn và hệ số ăng-ten đã biết. Mọi giới hạn trong tiêu chuẩn đều được định nghĩa cho điều kiện đó.
Đầu dò trường gần làm việc ở một chế độ hoàn toàn khác. Nó đặt cách bề mặt bo mạch vài milimét, tức là nằm sâu trong vùng trường gần, nơi thành phần điện trường và từ trường chưa hình thành sóng phẳng lan truyền. Số đọc trên máy phân tích ở đó phản ánh cường độ trường cục bộ tại chính điểm đặt đầu dò, phụ thuộc mạnh vào khoảng cách và hướng đặt.
Hệ quả cần ghi nhớ: không có phép quy đổi nào biến số đọc trường gần thành mức bức xạ trường xa để so với giới hạn. Giá trị của phép đo này nằm ở so sánh tương đối. Điểm A mạnh hơn điểm B bao nhiêu decibel, và sau khi thay tụ lọc thì điểm A giảm được bao nhiêu. Đó là thông tin đủ để gỡ lỗi, và đó cũng là toàn bộ thông tin mà nó cung cấp.
Hai loại đầu dò trả lời hai câu hỏi khác nhau
Đầu dò từ trường là một vòng dây nhỏ. Từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây cảm ứng ra điện áp, nên nó nhạy với dòng điện biến thiên. Trên bo mạch, thứ nó bắt được là các vòng dòng: đường cấp nguồn và đường hồi lưu của nó, vòng chuyển mạch của bộ biến đổi, cuộn cảm và biến áp. Một đặc tính hữu ích là tính định hướng: xoay vòng dây quanh trục sẽ thấy biên độ thay đổi rõ rệt, và hướng cho tín hiệu lớn nhất chỉ ra mặt phẳng của vòng dòng đang phát.
Đầu dò điện trường là một đầu que ngắn, nhạy với điện áp biến thiên. Nó bắt các nút có điện áp đổi nhanh: chân chuyển mạch của MOSFET, đường xung nhịp, tấm tản nhiệt không được nối đất chắc chắn. Đổi lại, nó rất nhạy với khoảng cách, nên muốn so sánh được các điểm với nhau thì phải giữ độ cao que đo thật đều.
Dùng cả hai loại là cách phân biệt bản chất nguồn phát. Một điểm nóng dưới đầu dò từ trường nhưng im dưới đầu dò điện trường thường là vấn đề vòng dòng, và hướng sửa là thu nhỏ diện tích vòng hoặc cải thiện đường hồi lưu. Ngược lại là vấn đề nút điện áp, và hướng sửa nghiêng về che chắn, làm chậm cạnh chuyển mạch hoặc nối đất lại phần kim loại thả nổi.
Đặt máy phân tích cho đúng để số liệu còn dùng được về sau
Một sai lầm phổ biến là để máy phân tích ở chế độ mặc định rồi rà đầu dò. Số đo ra vẫn có ích để so sánh trong cùng một buổi, nhưng không nối được với phép đo hợp chuẩn về sau.
Bộ tiêu chuẩn CISPR 16-1-1 chia dải tần thành các băng đo, mỗi băng có độ phân giải bắt buộc riêng. Băng A từ 9 kHz đến 150 kHz dùng độ phân giải 200 Hz. Băng B từ 150 kHz đến 30 MHz dùng 9 kHz. Băng C từ 30 MHz đến 300 MHz và băng D từ 300 MHz đến 1 GHz cùng dùng 120 kHz. Băng E từ 1 GHz đến 18 GHz dùng 1 MHz.
Lý do phải theo đúng các con số này khi dò trường gần rất thực tế. Biên độ đo được của một tín hiệu dải rộng phụ thuộc vào độ phân giải đang đặt; đổi độ phân giải là đổi số đọc, kể cả khi nguồn phát không đổi gì. Giữ đúng độ phân giải của băng đích ngay từ giai đoạn gỡ lỗi giúp mức cải thiện đo được trên bàn tương ứng hợp lý với mức cải thiện sẽ thấy trong buồng đo.
Ngoài độ phân giải, hãy dùng chế độ giữ đỉnh khi rà, vì đầu dò di chuyển liên tục còn máy thì quét theo thời gian; không giữ đỉnh sẽ bỏ sót đúng khoảnh khắc đầu dò đi qua điểm nóng nhất. Tương tự, việc tiền hợp chuẩn EMC trên máy phân tích tín hiệu sẽ thuận lợi hơn nhiều khi máy có sẵn gói ứng dụng đo EMI, vì gói này cài sẵn các độ phân giải theo CISPR, các bộ tách sóng và các đường giới hạn, tránh phải đặt tay từng lần.
Trình tự thu hẹp vùng nghi vấn
Bắt đầu bằng một lần quét toàn dải với chế độ giữ đỉnh, đầu dò đặt cách bo vài centimét, để lập danh sách các tần số nhô lên khỏi nền nhiễu. Đây là bước chọn mục tiêu, chưa phải bước định vị.
Chọn một tần số trong danh sách, thu hẹp span quanh nó và đặt độ phân giải theo băng CISPR tương ứng. Từ lúc này máy chỉ nhìn một tần số, nên mọi thay đổi biên độ đều quy được về vị trí đầu dò.
Rà đầu dò từ trường theo một lưới ô vuông tưởng tượng trên bo, giữ nguyên độ cao và hướng cho mọi ô, ghi lại biên độ từng ô. Kỷ luật về độ cao và hướng quan trọng hơn người ta tưởng: chỉ cần nghiêng đầu dò vài độ giữa các ô là bản đồ thu được trở nên vô nghĩa. Sau khi khoanh được vùng nóng, đổi sang đầu dò điện trường để xác định bản chất nguồn phát.
Bước kiểm chứng là bắt buộc, và nguyên tắc là mỗi lần chỉ thay đổi một biến: tắt một nhánh nguồn, đổi một tụ lọc, kẹp một hạt ferrite lên cáp, rồi đo lại đúng lưới cũ. Thay hai thứ cùng lúc mà thấy cải thiện thì không biết thứ nào có tác dụng. Nguyên tắc kỷ luật này giống hệt cách làm khi đo miễn nhiễm dẫn theo IEC 61000-4-6, nơi mức kích thích và điểm ghép phải được kiểm soát chặt thì kết quả mới lặp lại được.
Chọn thiết bị Keysight cho công việc dò trường gần
Đầu dò trường gần đưa ra tín hiệu rất nhỏ, nên yếu tố quyết định ở máy phân tích là sàn nhiễu. Sàn nhiễu càng thấp thì càng thấy được các nguồn phát yếu trước khi chúng cộng dồn thành vấn đề.
Máy phân tích tín hiệu Keysight N9030B phục vụ tốt nhóm công việc này với dải tần từ 2 Hz đến 50 GHz, sàn nhiễu hiển thị trung bình đạt −174 dBm tại 1 GHz và băng thông phân tích tới 510 MHz. Máy chạy được gói ứng dụng đo EMI với các băng và bộ tách sóng theo CISPR cài sẵn, nên cùng một thiết bị vừa dùng để dò trên bàn vừa dùng cho các phép đo tiền hợp chuẩn.
Khi cần băng thông phân tích rộng hơn, chẳng hạn dự án có cả phần vô tuyến băng rộng bên cạnh phần EMC, Keysight N9032B mở rộng dải tần tới 55 GHz và cung cấp băng thông phân tích tới 2 GHz trên toàn bộ các dải tần, hữu ích khi cần quan sát nhiều tín hiệu cùng lúc trong một lần thu.
Với công việc phải mang ra khỏi phòng thí nghiệm, đo tại tủ điện, tại hiện trường lắp đặt hay trong nhà máy khách hàng, Keysight N9952A là máy phân tích vi sóng cầm tay chạy pin, đo tới 50 GHz, với chức năng phân tích phổ là một tuỳ chọn bên cạnh khả năng phân tích cáp và ăng-ten. Khối lượng 3,2 kg cho phép cầm một tay và rà đầu dò bằng tay còn lại, điều mà một máy để bàn không làm được.
Kết luận
Hãy coi đầu dò trường gần EMI như một công cụ định vị, không phải một công cụ phán quyết. Nó chỉ ra nguồn phát nằm ở đâu và cho biết một thay đổi thiết kế có tác dụng hay không, nhưng kết luận đạt hay trượt vẫn thuộc về phép đo hợp chuẩn bằng máy thu EMI trong buồng đo. Giữ đúng độ phân giải theo băng CISPR, giữ đều độ cao và hướng đầu dò, và mỗi lần chỉ đổi một biến, thì bản đồ phát xạ thu được sẽ đáng tin và lặp lại được.
Techmaster Electronics là đại lý uỷ quyền của Keysight tại Việt Nam và vận hành phòng hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025, hỗ trợ hiệu chuẩn máy phân tích tín hiệu, máy phân tích phổ và thiết bị đo cầm tay. Để được tư vấn cấu hình đo tiền hợp chuẩn EMC hoặc đặt lịch hiệu chuẩn, vui lòng liên hệ hotline 0908 173 345.
