Một mô-đun điều khiển thân xe có thể qua trót lọt phép thử EMC dân dụng rồi vẫn làm rè đài FM ngay trên chính chiếc xe đó. Lý do nằm ở khoảng cách: ăng ten thu của xe chỉ cách bó dây vài chục centimet, nên mức nhiễu chấp nhận được với một thiết bị văn phòng lại quá lớn với một máy thu gắn trên xe. Đo EMI theo CISPR 25 ra đời để giải đúng bài toán này: đặt giới hạn cho phát xạ của từng linh kiện, mô-đun, sao cho các máy thu trên cùng một xe vẫn hoạt động.
Bài viết đi qua ba phương pháp cốt lõi mà tiêu chuẩn dùng để đánh giá phát xạ linh kiện ô tô — phát xạ dẫn bằng mạng giả AN, phát xạ dẫn bằng kìm dòng, phát xạ bức xạ trong buồng ALSE — cùng những gì thực sự thay đổi ở ấn bản 2021, và cách chọn máy thu đo cho phòng thí nghiệm ô tô tại Việt Nam.
Đo EMI theo CISPR 25 bảo vệ ai, và khác gì CISPR 32
Phạm vi của CISPR 25 được viết rất rõ: giới hạn nhằm bảo vệ các máy thu lắp trên xe khỏi nhiễu do linh kiện, mô-đun trong chính chiếc xe đó gây ra. Danh sách máy thu được nêu đích danh gồm phát thanh, định vị vệ tinh (GPS…), Wi-Fi, V2X và Bluetooth. Đây là điểm khác căn bản so với các tiêu chuẩn phát xạ cho thiết bị đa phương tiện như CISPR 32, vốn nhắm tới việc bảo vệ phổ tần ở khoảng cách xa hơn nhiều.
Ấn bản hiện hành là CISPR 25 Ed.5.0 (2021-12), thay thế ấn bản 4 năm 2016. Thay đổi lớn nhất nằm ở dải tần: ấn bản 4 dừng ở 2 500 MHz, còn ấn bản 5 kéo lên 150 kHz tới 5 925 MHz để theo kịp các dịch vụ mới trên xe. Lời tựa liệt kê bốn nhóm thay đổi: thêm băng tần mới, xoá phụ lục buồng TEM, bổ sung các phụ lục về độ không đảm bảo đo và cải tiến tổng thể.
Ba lưu ý pháp lý mà kỹ sư hay bỏ qua. Một, giới hạn trong CISPR 25 mang tính khuyến nghị — nhà sản xuất xe và nhà cung cấp có thể thoả thuận sửa đổi, nên con số cuối cùng luôn nằm trong đặc tả của hãng xe. Hai, ấn bản 5 chỉ xét các dịch vụ di động tới 4G; 5G chưa được tính tới. Ba, phép thử linh kiện không thay thế phép thử cấp xe. Khi dự án yêu cầu “đạt CISPR 25 class 5”, hãy hỏi lại ấn bản và bảng giới hạn cụ thể trong đặc tả OEM.
Năm lớp giới hạn
Tiêu chuẩn chia giới hạn thành năm lớp, trong đó lớp 5 khắt khe nhất; mỗi bậc cách nhau khoảng 6–10 dB. Một điểm mới so với cách hiểu cũ: CISPR 12 và CISPR 25 không còn chia giới hạn thành “băng rộng” và “băng hẹp” mà quy định theo loại bộ tách sóng — đỉnh, tựa đỉnh và trung bình. Vì vậy cùng một điểm tần số có thể phải qua đồng thời hai hoặc ba đường giới hạn.
Phát xạ dẫn: mạng giả AN và phương pháp kìm dòng
CISPR 25:2021 giữ hai phương pháp đo phát xạ dẫn cho linh kiện: phương pháp điện áp (mục 6.3) và phương pháp kìm dòng (mục 6.4).
Phương pháp điện áp với mạng giả AN
Trái tim của phương pháp là mạng giả AN 5 µH, được quy định trong Phụ lục E (bắt buộc) kèm sơ đồ ví dụ và đặc tuyến trở kháng ZPB. Vai trò của AN giống LISN trong đo phát xạ dẫn dân dụng: cố định trở kháng nguồn nhìn từ thiết bị, cách ly nhiễu từ nguồn cấp, và đưa tín hiệu nhiễu ra cổng 50 Ω của máy thu. Nếu bạn đã quen với LISN ở dải 150 kHz–30 MHz, bài đo phát xạ dẫn với LISN giải thích kỹ nguyên lý chung.
Ở cấu hình phổ biến, mỗi đường cấp nguồn có một AN đặt trực tiếp trên mặt phẳng đất tham chiếu; AN nào không nối vào máy thu phải được kết cuối bằng tải 50 Ω. Thiết bị cần thử và bó dây đặt trên đế cách điện có hằng số điện môi thấp (εr ≤ 1,4), cao 50 mm so với mặt phẳng đất. Tài liệu hướng dẫn của Texas Instruments dựa trên ấn bản 4 ghi dải tần thử là 0,15–108 MHz cho phương pháp điện áp.
Ấn bản 5 mở rộng Phụ lục E cho xe điện: ngoài AN 5 µH còn có HV-AN cho hệ cao áp, AN cho sạc DC, AMN và AAN; Phụ lục H (bắt buộc) dành riêng cho hệ nguồn cao áp của xe điện và hybrid. Với nhà máy làm bộ biến tần kéo hoặc bộ sạc trên xe, đây là phần phải đọc kỹ nhất.
Phương pháp kìm dòng
Thay vì đo điện áp tại AN, kìm dòng ôm trọn bó dây và đo dòng nhiễu chế độ chung. Hướng dẫn của TI mô tả hai vị trí đặt kìm là 50 mm và 750 mm tính từ thiết bị, với dải tần 0,15–245 MHz ở ấn bản 4; bó dây cho phương pháp này thường dài 1,7 m nếu kế hoạch thử không quy định khác. Phương pháp kìm dòng thấy được dòng chế độ chung — thành phần thực sự biến bó dây thành ăng ten — nên thường dự báo tốt kết quả đo bức xạ ở dải thấp.
Phát xạ bức xạ ALSE: ăng ten, bó dây và buồng hấp thụ
Phương pháp ALSE (mục 6.5) đo trong buồng chắn có lót vật liệu hấp thụ. Danh mục hình vẽ của ấn bản 5 xác nhận bốn cấu hình ăng ten mẫu: ăng ten que, ăng ten hai nón, ăng ten log-chu kỳ và ăng ten loa cho dải trên 1 GHz. Bảng tóm tắt của TI dựa trên ấn bản 4 phân chia như sau:
- 150 kHz – 30 MHz: ăng ten đơn cực thẳng đứng 1 m có đối trọng, chỉ phân cực đứng.
- 30 – 300 MHz: ăng ten hai nón; 200 MHz – 1 GHz: ăng ten log-chu kỳ (có thể dùng ăng ten bilog cho cả 30 MHz – 1 GHz).
- Trên 1 GHz: ăng ten loa hoặc log-chu kỳ. Từ 30 MHz trở lên đo cả hai phân cực ngang và đứng.
Hình học của bàn thử là nơi phát xạ bức xạ ALSE hay lệch giữa các phòng thí nghiệm. Ở cấu hình phổ biến: khoảng cách ăng ten 1 m; đoạn bó dây song song mép bàn dài 1,5 m, tổng chiều dài không quá 2 m, chạy cách mép mặt phẳng đất phía ăng ten 100 mm; mặt phẳng đất tối thiểu 1 m × 2 m. Ăng ten loa hướng vào thiết bị, còn các ăng ten khác hướng vào điểm giữa bó dây. Chỉ cần kéo lệch bó dây vài chục milimét là trở kháng chế độ chung thay đổi và kết quả dịch theo.
Buồng đo cũng phải được thẩm định: ấn bản 5 có mục kích thước ALSE, vật thể trong buồng và thẩm định hiệu năng; Phụ lục I hướng dẫn thẩm định 150 kHz – 1 GHz, còn dải trên 1 GHz vẫn “đang xem xét”. Phương pháp buồng TEM đã bị xoá, phương pháp stripline chuyển sang Phụ lục F tham khảo. Về hệ số ăng ten và chuỗi quy đổi từ số đọc sang cường độ trường, xem thêm bài đo phát xạ bức xạ và hệ số ăng ten.
Một yêu cầu chung cho cả phát xạ dẫn lẫn bức xạ: nhiễu nền phải thấp hơn giới hạn ít nhất 6 dB, đo khi thiết bị tắt. Không đạt điều này thì mọi kết luận “đạt” đều vô nghĩa.
Máy thu đo: bộ tách sóng, băng thông và thời gian quét
CISPR 25 không tự định nghĩa lại máy thu mà viện dẫn chuẩn thiết bị CISPR 16-1-1:2019. Mục 4.4 của ấn bản 5 tách riêng tham số cho máy phân tích phổ (4.4.2) và máy thu quét (4.4.3). Các băng thông phân giải chung của CISPR 16 là 9 kHz cho băng B (150 kHz – 30 MHz), 120 kHz cho băng C/D (30 MHz – 1 GHz) và 1 MHz cho băng E (1–18 GHz); dưới 150 kHz dùng 200 Hz. Nguyên lý bộ tách sóng tựa đỉnh và lý do nó quyết định kết quả đã được phân tích trong bài đo EMI EMC theo CISPR.
Vấn đề thực tế nhất là thời gian. Một lần quét tựa đỉnh cộng trung bình EMI trên băng C/D với RBW 120 kHz và thời gian đo 1 s mỗi điểm tốn nhiều phút nếu làm tuần tự. Ấn bản 5 còn thêm Phụ lục K.3 về ảnh hưởng của bước tần số máy thu lên độ không đảm bảo đo — tức là bước quá thưa để tiết kiệm thời gian sẽ bị tính vào sai số. Đây là lý do quét miền thời gian dựa trên FFT trở thành tiêu chí chọn máy.
Cây quyết định khi chọn cấu hình
- Chứng nhận, báo cáo cho OEM: cần máy thu đạt CISPR 16-1-1:2019, có bộ tiền chọn lọc, đủ tần số tới 5 925 MHz cho ấn bản 5.
- Tiền kiểm ngay tại phòng R&D: máy phân tích tín hiệu với ứng dụng đo EMI là đủ để thấy xu hướng; một bài thuyết trình ô tô của Keysight nói thẳng rằng cách này “không thể thay phép thử tuân thủ cuối cùng” nhưng cho biết xu hướng EMI.
- Xe điện, cao áp: bổ sung HV-AN theo Phụ lục E và đọc Phụ lục H trước khi dựng bàn thử.
Chọn thiết bị Keysight cho phép đo EMI theo CISPR 25
Nói chính xác: Keysight công bố các máy thu EMI của mình đạt CISPR 16-1-1:2019 — chuẩn thiết bị đo mà CISPR 25 viện dẫn — chứ không ghi “đạt CISPR 25”. Cách diễn đạt này quan trọng khi lập hồ sơ thẩm định phương pháp.
Máy thu đo EMI MXE Keysight N9038B là cấu hình tuân thủ đầy đủ: tần số tối đa theo tuỳ chọn 3,6 / 8,4 / 26,5 / 44 GHz, bộ tách sóng tựa đỉnh, đỉnh, trung bình EMI và trung bình RMS đạt CISPR 16-1-1:2019, băng thông 200 Hz / 9 kHz / 120 kHz / 1 MHz, có bộ tiền chọn lọc RF. Tuỳ chọn quét miền thời gian xử lý song song các đoạn FFT 8 MHz (tới 3,6 GHz) và 12,5 MHz (3,6–26,5 GHz). Với dải tới 5 925 MHz của ấn bản 5, cần chọn tuỳ chọn 8,4 GHz trở lên.
Máy thu đo EMI PXE Keysight N9048B có cùng các tuỳ chọn tần số, đạt CISPR 16-1-1:2019 ở chế độ máy thu EMI, và nổi bật ở quét thời gian thực: tới 170 MHz, 350 MHz hoặc 1 GHz tuỳ tuỳ chọn. Ví dụ trong tài liệu kỹ thuật: quét băng C/D với RBW 120 kHz, tựa đỉnh cộng trung bình EMI, thời gian đo 1 s mất 46,4 s ở chế độ thường và 5,8 s khi bật tăng tốc (giá trị danh định). Với phòng thử phải chạy hàng chục mẫu mỗi ngày, khác biệt này quy thẳng ra năng suất.
Cho giai đoạn gỡ lỗi, máy phân tích tín hiệu PXA Keysight N9030B (2 Hz tới 50 GHz tuỳ tuỳ chọn) kết hợp ứng dụng N6141EM0E cho phép đo tiền kiểm phát xạ dẫn và bức xạ với bộ tách sóng, băng thông theo CISPR 16-1-1, đường giới hạn và bảng hiệu chỉnh biên độ. Keysight xếp cấu hình này vào nhóm tiền kiểm — đúng vai trò của nó.
Kết luận: kết quả CISPR 25 chỉ đáng tin khi chuỗi đo được hiệu chuẩn
Đo EMI theo CISPR 25 là phép đo của chuỗi thiết bị chứ không của riêng máy thu: AN có đặc tuyến trở kháng theo Phụ lục E, kìm dòng có trở kháng truyền đạt, ăng ten có hệ số ăng ten, cáp có suy hao — và máy thu phải đáp ứng CISPR 16-1-1, vốn có hẳn một phụ lục bắt buộc về yêu cầu hiệu chuẩn máy thu. Ấn bản 5 còn yêu cầu thẩm định bộ phối hợp ăng ten (Phụ lục B). Tài liệu kỹ thuật của cả MXE lẫn PXE đều ghi chu kỳ hiệu chuẩn khuyến nghị là một năm.
Techmaster Electronics cung cấp dịch vụ hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025 cho máy thu EMI, máy phân tích phổ và phụ kiện đo, kèm tư vấn cấu hình bàn thử EMC ô tô. Liên hệ hotline 0908 173 345.
