Att verifiera immunitet mot utstrålat elektriskt fält är en central del av EMC-arbetet och regleras i många fall av standarder som EN 61000-4-3. Det handlar om att säkerställa att produkten bibehåller specificerad funktion när den utsätts för elektromagnetiska fält inom definierade frekvens- och nivåområden, vanligtvis 80 MHz–6 GHz och fältstyrkor upp till 10 V/m eller högre beroende på tillämpning.
Arbetet börjar i konstruktionsfasen. En robust design bygger på aktiva val av kretsdesign och PCU-layout. En korrekt konstruktion med väl avvägda val av kretsdesign och komponenter är grunden för att kretsen ska bli robust och tåla elektriska fält. Kretsen måste klara att fungera som avsett även vid störande elektriska fält. Vid PCB-layouten behövs t.ex. bra jordplan, minimering av loopareor, separation av funktioner, avkopplingar och filtrering. Drag inte ledare med högfrekvens nära känsligare kretsar.
Ta med i beräkningen komponenternas frekvensegenskaper. Komponenter kan beskrivas med ekvivalent schema eller med en småsignalsmodell med alla aktiva kopplade strö-/parasit-komponenter som resistorer, kondensatorer samt induktanser. Parasitkomponenterna avgör en komponents frekvensegenskaper medan ett ekvivalent schema används för kretsfunktionen.
Avkoppling är kritiskt
För IC-kretsar är det vanligt att placera avkopplingskondensatorer nära matningsben med korta ledare för att minimera induktans och vara reservoar för snabba processer i IC-kretsen. Andra avkopplingar kan vara ferriter och/eller filterstrukturer. In och utgångar kan behöva filtreras.
Signaljordplan bör om möjligt inte fragmenteras utan bör vara utförda så att inte jordloopar bildas. Signaljordplan agerar ofta som signalreferens men störningar kan också komma via jordplanen. Beakta impedansförhållanden vid design. Enkelt uttryckt tar störningströmmen den lättaste vägen.
En annan aspekt är skärmning. Det är en effektiv metod för att reducera koppling av elektromagnetiska fält. Metallkapslingar eller skärmade zoner på PCB kan användas och de behöver ha en lågimpediv koppling mot chassi/jord, annars riskerar de att fungera som en resonant struktur och förvärra problemet.
Verifiering sker i många fall genom immunitetsprovning enligt EN 61000-4-3. Produkten placeras i en skärmad dämpad mätkammare ”anechoic chamber”. Där utsätts produkten för elektriska fält, vanligtvis i frekvensområdet 80 MHz – 6 GHz. Industriella nivåer är 10 V/m medan de flesta andra miljöer kräver 3 V/m. För vissa produkter som fordon och tåg används högre nivåer.
För att minska risken för sena fel bör simulering göras i layoutfasen, vilket kan utvecklas vidare med en tidig undersökning med exempelvis enklare TEM-celler. Dessa kan användas för att identifiera känsliga resonanser och kopplingsvägar på produkten. Utvecklingstester i mätkammare ska göras tidigt för att på så sätt skanna av produktens tålighet mot elektriskt fält.
Vid slutprovningen dokumenteras hela processen i ett standardenligt provningsprotokoll. I protokollet finns t.ex. testuppställning, använd metod med parametrar som amplitudnivå och frekvens, resultat samt kalibreringsdata. Detta utgör underlag för CE-märkning. Tillsammans med provning enligt övriga metoder som utstrålad emission mm. och med godkänt resultat visar det att produkten uppfyller EMC-direktivets krav.
Sammanfattningsvis kräver immunitet mot utstrålat elektriskt fält ett systematiskt arbete där design, layout, filtrering, skärmning och verifiering samverkar – och där detaljer i implementationen ofta avgör utfallet.