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Perturbations électromagnétiques dans un environement industriel Émissivité rayonnée d'une horloge
F. Daout IUT de Ville d'AvrayJuin 2014
Plan de l'étude
● Introduction de la notion de perturbation rayonnée
● Étude de cas (analyse qualitative) : Oscillateur à Quartz– Présentation
– Forme du signal
– Mesure de l'environnement
– Environnement + DUT
– Réduction des perturbations
● Conclusion - Synthèse
Émissivité …..
● Ce terme est employé pour évaluer le pouvoir perturbateur d’un appareil.
● But : limiter les perturbations générées par un appareil
– Perturbations conduites (par les câbles,supports, …)
– Perturbations rayonnées (sous forme d’onde électromagnétique)
Domaines de fréquence ….
● Les perturbations conduites sont prédominantes en « BF » (150 kHz à 30 MHz)
● Les perturbations rayonnées sont prédominantes en « HF » (> 30 MHz à 1 GHz)– Utilisation d'antennes, d'analyseurs de spectre et
de synthétiseurs HF
– Tests :● Immunité : antenne en émission ● Émissivité : antenne en réception
Présentation de l'étude de cas
Oscillateur 4MHz
Source EMC
Exemple : Récepteurradio
Circuit perturbé
Perturbations rayonnées
Perturbations conduites
Oscillateur à quartz 4 MHz
● Objectif : Illustrer le phénomène de propagation rayonnée
Oscillateur à Quartz 4MHz
RécepteurEx : Radio FM
Alimentation
Charge
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0
x 1 08
- 1 0 0
- 9 0
- 8 0
- 7 0
- 6 0
- 5 0
- 4 0
- 3 0
- 2 0
- 1 0
f r e q u e n c e ( H z )
Pui
ssan
ce (
dBm
)
D U T e t R E F E R E N C E
R e f e r e n c e
D U T
Banc de mesureSonde champ E
OscilloscopeAlimentation DC
Analyseur de spectre DUT
Matériel utilisé
● Analyseur de spectre FSP
● Sonde de champ électrique HZ530
● Alimentation continue
● PC avec le logiciel matlab + pgrm « study_radiated_EMI »
● Circuits logiques 74HC00, 74LS00, quartz 4MHz, plaquette LABDEC, résistances, condensateurs.
DUT : Oscillateur à quartz
● Avec une plaque d'essai LABDEC ….
Oscilloscope : Forme temporelle
L'Analyseur de Spectre
[] Agilent - Spectrum Analysis Basics - Application Note 150
● Affiche les composantes fréquentielles du signal
Mesure du spectre
Fréquence (Hz)
Pui
ssna
ce (
dBm
)
F=100 MHzP=-37 dBm
Représentation fréquentielle du signal
● Utilisée par :– Les normes de CEM
– Les signaux radioélectriques
– Les documents constructeurs
– Les récepteurs et analyseurs de spectre
● Conversion temps-fréquence
Application directe : Quelle est la bande passante d'un signal de 5ns (de 10 % à 90%) de temps de montée ?
Les décibels ...● Les décibels sont importants en CEM car :
– Les appareils de mesure sont gradués en dB
– Les normes (notices) utilisent les dB
– Les ordres de grandeur sont très variables
– Les multiplications deviennent des sommes
● Définition (en puissance)
● Le dBm
Sonde de champ E
Extrait de la documentation de la sonde HZ530
AntenneRéception
Amplificateur
Sonde HZ530
Démarche proposée
Spectre Environnement
Spectre Environnement et DUT
Amélioration
● Le DUT n'est pas alimenté● Mesure sur la bande 0.1MHz-1000MHz● Mesure sur la bande 80MHz-120MHz
● Le DUT est alimenté● Mesure sur la bande 0.1MHz-1000MHz● Mesure sur la bande 80MHz-120MHz● Soustraction incohérente
● Phase 2 :Diminution de la boucle de courant
● Phase 3 : Diminution du temps de montée (descente)
● Phase 4 : Blindage
Le canal de propagation n'est pas stationnaire ….
Phase 0 : Mesure de l'environnement
Phase 0 : Mesure de l'environnement
RBW=100 kHz, VBW=1 KHz, ATT=10 dB Ref=-20 dBm
RBW= 10 kHz, VBW= 1 KHz, ATT=10 dB Ref=-20 dBm
Bande 0,1MHz-1000MHz - BL Bande 80MHz-120MHz - BE
DUT
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0
x 1 08
- 1 0 0
- 9 0
- 8 0
- 7 0
- 6 0
- 5 0
- 4 0
- 3 0
- 2 0
- 1 0
0
f r e q u e n c e ( H z )
Pui
ssan
ce (
dBm
)
R E F E R E N C E
0 . 8 0 . 8 5 0 . 9 0 . 9 5 1 1 . 0 5 1 . 1 1 . 1 5 1 . 2
x 1 08
- 9 5
- 9 0
- 8 5
- 8 0
- 7 5
- 7 0
- 6 5
- 6 0
- 5 5
- 5 0
- 4 5
f r e q u e n c e ( H z )
Pui
ssan
ce (
dBm
)
R E F E R E N C E
Phase 1 : Mesure de l'environnement et du DUT
Phase 1 : Mesure de l'environnement et DUT
Bande 0,1MHz-1000MHz
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0
x 1 08
- 1 0 0
- 9 0
- 8 0
- 7 0
- 6 0
- 5 0
- 4 0
- 3 0
- 2 0
- 1 0
0
f r e q u e n c e ( H z )
Pui
ssan
ce (
dBm
)
D U T e t R E F E R E N C E
R e f e r e n c e
D U T
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0
x 1 08
- 3 0
- 2 0
- 1 0
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
f r e q u e n c e ( H z )E
cart
(dB
)
D U T - R E F E R E N C E - > > v a l e u r m o y e n n e 1 0 . 3 9 d B
Ecart moyen de 10,4 dB
Phase 1 : Mesure de l'environnement et DUT
Bande 80MHz-120MHz
0 . 8 0 . 8 5 0 . 9 0 . 9 5 1 1 . 0 5 1 . 1 1 . 1 5 1 . 2
x 1 08
- 1 0 0
- 9 0
- 8 0
- 7 0
- 6 0
- 5 0
- 4 0
- 3 0
- 2 0
f r e q u e n c e ( H z )
Pui
ssan
ce (
dBm
)
D U T e t R E F E R E N C E
R e f e r e n c e
D U T
0 . 8 0 . 8 5 0 . 9 0 . 9 5 1 1 . 0 5 1 . 1 1 . 1 5 1 . 2
x 1 08
- 3 0
- 2 0
- 1 0
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
f r e q u e n c e ( H z )E
cart
(dB
)
D U T - R E F E R E N C E - > > v a l e u r m o y e n n e 1 . 8 6 d B
Ecart moyen de 1,9dB
Phase 2 : Diminution de la boucle de
courant
Phase 2 :Diminution de la boucle de courant
Bande 0,1MHz-1000MHz
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0
x 1 08
- 1 0 0
- 9 0
- 8 0
- 7 0
- 6 0
- 5 0
- 4 0
- 3 0
- 2 0
- 1 0
0
f r e q u e n c e ( H z )
Pui
ssan
ce (
dBm
)
D U T e t R E F E R E N C E
R e f e r e n c e
D U T
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0
x 1 08
- 1 0
- 5
0
5
1 0
1 5
2 0
2 5
3 0
3 5
4 0
f r e q u e n c e ( H z )
Eca
rt (
dB)
D U T - R E F E R E N C E - > > v a l e u r m o y e n n e 7 . 0 4 d B
Ecart moyen de 7 dB
Bande 80MHz-120MHz
Phase 2 :Diminution de la boucle de courant
0 . 8 0 . 8 5 0 . 9 0 . 9 5 1 1 . 0 5 1 . 1 1 . 1 5 1 . 2
x 1 08
- 1 0 0
- 9 0
- 8 0
- 7 0
- 6 0
- 5 0
- 4 0
- 3 0
f r e q u e n c e ( H z )
Pui
ssan
ce (
dBm
)
D U T e t R E F E R E N C E
R e f e r e n c e
D U T
0 . 8 0 . 8 5 0 . 9 0 . 9 5 1 1 . 0 5 1 . 1 1 . 1 5 1 . 2
x 1 08
- 3 0
- 2 0
- 1 0
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
f r e q u e n c e ( H z )E
cart
(dB
)
D U T - R E F E R E N C E - > > v a l e u r m o y e n n e 0 . 7 3 d B
Ecart moyen de 0,73dB
Phase 3 : Diminution du temps de montée
(descente)
Phase 3 : Diminution du temps de montée
Bande 0,1MHz-1000MHz
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0
x 1 08
- 1 0 0
- 9 0
- 8 0
- 7 0
- 6 0
- 5 0
- 4 0
- 3 0
- 2 0
- 1 0
0
f r e q u e n c e ( H z )
Pui
ssan
ce (
dBm
)
D U T e t R E F E R E N C E
R e f e r e n c e
D U T
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0
x 1 08
- 4 0
- 3 0
- 2 0
- 1 0
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
f r e q u e n c e ( H z )E
cart
(dB
)
D U T - R E F E R E N C E - > > v a l e u r m o y e n n e 2 . 0 1 d B
Ecart moyen de 2,01dB
Bande 80MHz-120MHz
Phase 3 : Diminution du temps de montée
0 . 8 0 . 8 5 0 . 9 0 . 9 5 1 1 . 0 5 1 . 1 1 . 1 5 1 . 2
x 1 08
- 1 0 0
- 9 0
- 8 0
- 7 0
- 6 0
- 5 0
- 4 0
- 3 0
f r e q u e n c e ( H z )
Pui
ssan
ce (
dBm
)
D U T e t R E F E R E N C E
R e f e r e n c e
D U T
0 . 8 0 . 8 5 0 . 9 0 . 9 5 1 1 . 0 5 1 . 1 1 . 1 5 1 . 2
x 1 08
- 2 0
- 1 0
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
f r e q u e n c e ( H z )E
cart
(dB
)
D U T - R E F E R E N C E - > > v a l e u r m o y e n n e 0 . 6 9 d B
Ecart moyen de 0,69dB
Phase 4 : Blindage
Phase 3 : Blindage Bande 0,1MHz-1000MHz
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0
x 1 08
- 1 0 0
- 9 0
- 8 0
- 7 0
- 6 0
- 5 0
- 4 0
- 3 0
- 2 0
- 1 0
0
f r e q u e n c e ( H z )
Pui
ssan
ce (
dBm
)
D U T e t R E F E R E N C E
R e f e r e n c e
D U T
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0
x 1 08
- 3 0
- 2 0
- 1 0
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
f r e q u e n c e ( H z )
Eca
rt (
dB)
D U T - R E F E R E N C E - > > v a l e u r m o y e n n e 2 . 1 6 d B
Ecart moyen de 2,16 dB
Bande 80MHz-120MHz Phase 4 : Blindage
0 . 8 0 . 8 5 0 . 9 0 . 9 5 1 1 . 0 5 1 . 1 1 . 1 5 1 . 2
x 1 08
- 1 0 0
- 9 0
- 8 0
- 7 0
- 6 0
- 5 0
- 4 0
- 3 0
f r e q u e n c e ( H z )
Pui
ssan
ce (
dBm
)
D U T e t R E F E R E N C E
R e f e r e n c e
D U T
0 . 8 0 . 8 5 0 . 9 0 . 9 5 1 1 . 0 5 1 . 1 1 . 1 5 1 . 2
x 1 08
- 3 0
- 2 0
- 1 0
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
f r e q u e n c e ( H z )
Eca
rt (
dB)
D U T - R E F E R E N C E - > > v a l e u r m o y e n n e 1 . 0 1 d B
Ecart moyen de 1,01dB
Synthèse
Phase 0.1-1000 MHz 80 – 120 MHz
1 : DUT 10,4 dB 1,9 dB
2 : Boucle de courant
7 dB 0,73 dB
3 : technologie 2 dB 0,69 dB
4 : Blindage 2,16 dB 1,01 dB
Stationarité du canal ?
Rayonnement de l'alimentation ?
Synthèse● TP de démonstration (et non de mesure) : Etude
qualitative des différentes composantes fréquentielles et de leurs amplitudes relativesInspiré de l'article « The darker side- let's play with EMI » de Robert Lacoste publié dans le magasine Circuit Cellar N° 205
● Pistes pour diminuer le rayonnement– Routage (boucle de courant)
– Technologie des composants (rapidité)
– Boîtier
Présentation inspirée d'un TP CEM « introduction à la CEM » réalisé à l'IUT de Ville d'Avray pour la Formation Licence Professionnelle « Mesures Hyperfréquences et Radiocommunication » (Lp MHR). Texte du TP disponible sur demande ainsi que le code Matlab.
Contacts● Patricia Grassin : Responsable département GEII
([email protected])● Sylvie Jacquet : Responsable licence MHR
([email protected])● Cyril Gautier : Expert CEM (cyrille.gautier@u-
paris10.fr) ● Franck Daout : Responsable plate-forme
hyperfréquence ([email protected])● IUT de Ville d'Avray (http://www.cva.u-paris10.fr/)● Lab. SATIE – ENS Cachan (http://www.satie.ens-
cachan.fr/)
