كما ذكرنا في المقالة الأخيرة حيث ناقشنا التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) ، فإن جميع المنتجات الإلكترونية تقريبًا المصممة للاستخدام التجاري والمبيعات القانونية مطلوبة لامتلاك شهادة واحدة أو أكثر كدليل على أن المنتج يتوافق مع بعض اللوائح / الإرشادات وأنه قد اجتاز الاختبارات ذات الصلة. توجد أطنان من اللوائح وتختلف من مكان إلى آخر ، مع وجود اختلافات طفيفة في بعض الأحيان ، ولكن بالنسبة لكل موقع يتم فيه بيع جهاز إلكتروني ، يجب أن يفي بالمعايير المحددة من قبل الهيئة الإدارية في ذلك الموقع.
بالنسبة لمقال اليوم ، سننظر في أحد أكثر اختبارات الشهادات شيوعًا التي تتطلب الأجهزة الإلكترونية اجتيازها ؛ و EMC (الكهرومغناطيسية الامتثال) شهادة. ستغطي المقالة العديد من الأشياء حول EMC بما في ذلك ؛ ما هي EMC ، ولماذا هناك حاجة إلى EMC ، ونوع المنتجات التي تحتاجها والقوانين المختلفة حول EMC من بلد إلى آخر.
ما هو EMC؟
EMC تعني التوافق الكهرومغناطيسي وهي عملية موجودة لتوفير وسيلة يمكن من خلالها التحقق من قدرة الجهاز على العمل في بيئة كهرومغناطيسية.
تصدر جميع الأنظمة أو الأجهزة الكهربائية والإلكترونية مستوى معينًا من الموجات الكهرومغناطيسية التي يمكن أن تتداخل مع عمليات الأجهزة الأخرى عند توصيلها أو وضعها على مقربة من بعضها البعض. قد يتسبب هذا التداخل في تعطل الأجهزة بطريقة قد تكون ضارة للمستخدمين أو تجعل المنتج غير قابل للاستخدام. كان منع وتقليل احتمالات حدوث ذلك هو ما أدى إلى تطوير متطلبات التوافق الكهرومغناطيسي ، وذلك لتوفير قاعدة مشتركة يتم على أساسها تقييم المنتجات / الأنظمة الكهربائية / الإلكترونية من أجل الجودة والسلامة الوظيفية.
غالبًا ما يتم استخدام EMC بالتبادل مع EMI ولكن على الرغم من وجود الكثير من أوجه التشابه بينهما ، من المهم ملاحظة أن EMC يختلف تمامًا عن EMI. التداخل الكهرومغناطيسي EMI (التداخل الكهرومغناطيسي) هو مقياس للإشعاع المنبعث من جهاز إلى جانب نتائجه المحتملة بينما EMC ، من ناحية أخرى ، هو خاصية لنظام أو جهاز يضمن أنه يتصرف بالطريقة التي تم تصميمه بها عندما يكون في بيئة بها EMI التشوش.
أهمية EMC
بينما تختلف المواصفات الدقيقة بين البلدان والمناطق ، تظل شهادات EMC أحد المتطلبات القانونية للموافقة على بيع الأجهزة الإلكترونية في معظم البلدان. في الأسواق الأوروبية ، على سبيل المثال ، يجب تطبيق علامة CE على جميع المنتجات الإلكترونية قبل بيعها ولا يتم تطبيقها إلا عندما تفي الشركة المصنعة بجميع التوجيهات المطبقة على المنتج ، بما في ذلك شهادة EMC. والدليل على ذلك هو إعلان المطابقة (DOC) الذي يتم شحنه عادةً مع دليل / دليل مستخدم المنتج. بالنسبة للمنتجات الجديدة ، عادةً ما يتحقق الموردون / الموزعون على نطاق واسع من DOC من خلال الاختبارات لأنهم يخاطرون بتزويدهم بأجهزة لم يتم التحقق منها وهو عمل يُعامل على أنه احتيال ويمكن أن يؤدي إلى غرامات كبيرة وسحب المنتجات وشروط السجن.
بصرف النظر عن المتطلبات القانونية ، يمكن أن يكون للفشل في إجراء اختبارات التوافق الكهرومغناطيسي على الأجهزة آثار خطيرة للغاية بعد البيع. تساعد شهادة EMC على زيادة موثوقية المنتج حيث ستساعد الاختبارات في تسليط الضوء على أي مشاكل محتملة مع المنتج قبل الإنتاج ، مما يمنح الشركة المصنعة الفرصة لإصلاح المشكلة دون تكبد التكاليف والإحراج المرتبط بسحب منتج من السوق أو ضمانات الخدمة.
على المدى الطويل ، لا يضمن إجراء عملية اعتماد EMC أنك قادر على بيع منتجاتك في الأسواق التي تتطلب ذلك فحسب ، بل يساعدك أيضًا على بناء منتج موثوق به يحقق ثقة العملاء ويزيد المبيعات بالتأكيد.
قوانين وشهادات EMC
كما ذكرنا سابقًا ، تختلف متطلبات الشهادة باختلاف البلدان والمناطق. على سبيل المثال ، في الولايات المتحدة ، تحدد لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) القواعد الخاصة باختبار التوافق الكهرومغناطيسي مع قواعد مثل قواعد الجزء 15 من لجنة الاتصالات الفيدرالية ، والتي تحدد الحد الأقصى لمقدار تداخل التردد اللاسلكي غير المرخص الذي يمكن أن ينتج عن أجهزة مختلفة. عند الاعتماد في الولايات المتحدة ، يتم منح الأجهزة علامة FCC.
خارج الولايات المتحدة ، يتم استخدام معايير ISO و IEC و CISPR المختلفة في تنظيم EMC. في الاتحاد الأوروبي ، تكون علامة CE التي تُمنح فقط بعد اعتماد المنتج مطلوبة لمبيعات المنتج. في إفريقيا ، تتطلب دول مثل جنوب إفريقيا "شهادة امتثال" صادرة عن مكتب جنوب إفريقيا للمعايير (SABS) ، وتستفيد دول مثل نيجيريا من معايير IEC / CISPR.
تختلف شدة العقوبة على عدم الامتثال من بلد إلى آخر ، حيث لا يزال الامتثال طوعيًا في بعض البلدان النامية ، ولكن مع نمو البلدان ، وتصبح آثار EMI أكثر بروزًا ، فلا شك أن تشريعًا أكثر صرامة سيبدأ في تنشأ حوله.
عملية اختبار EMC
هناك ثلاث فئات رئيسية من المشكلات في الأجهزة الإلكترونية التي يتم مراقبتها بواسطة EMC. الفئات تشمل ؛
- انبعاث
- قابلية
- حصانة
1. اختبار الانبعاثات:
يشير الانبعاث إلى الإنتاج المتعمد أو العرضي للطاقة الكهرومغناطيسية من أي مصدر. بالنسبة للأجهزة الإلكترونية ، تم تصميم اختبارات التوافق الكهرومغناطيسي للتحقق من الانبعاثات غير المرغوب فيها من الجهاز والإجراءات المضادة التي يمكن اتخاذها لتقليلها ومنعها من التأثير سلبًا على الأجهزة الأخرى من حولها.
يتضمن اختبار الانبعاث قياس شدة المجال المشعة والموجهة للانبعاثات في الجهاز ، مع إجراء الانبعاثات التي تم إجراؤها جنبًا إلى جنب مع الكابلات والأسلاك ، بينما يتم قياس الإشعاع (الحثي والسعي) في جميع الاتجاهات حول الجهاز.
تعد مراقبة الانبعاثات المشعة مهمة جدًا للأجهزة التي سيتم استخدامها بالقرب من الأجهزة الإلكترونية الأخرى. يتم تنفيذه باستخدام الهوائيات كمحولات طاقة ، بينما يتم استخدام أدوات مثل مشابك RF الحالية أو شبكات تثبيت مقاومة الخط (LISN) كمحولات للانبعاثات التي يتم إجراؤها. المحولات متصلة بجهاز استقبال أو محلل اختبار EMI متخصص يتضمن عرض نطاق ترددي وأجهزة كشف بناءً على متطلبات معايير EMC الدولية المختلفة.
2. اختبار الحساسية:
تشير القابلية للتأثر إلى ميل أحد المعدات الكهربائية (يشار إليها عادةً باسم الضحية) للانهيار أو العطل عندما يكون بالقرب من الانبعاثات الصادرة عن جهاز آخر (EMI).
مثل اختبار الانبعاثات ، يتم إجراء اختبار الحساسية أيضًا لكل من التداخل المشع والمُجرى. بالنسبة للإشعاع ، يتضمن الاختبار عادةً استخدام مصدر عالي الطاقة للإشعاع الكهرومغناطيسي وهوائي مشع لتوجيه الطاقة إلى DUT (الجهاز قيد الاختبار). من ناحية أخرى ، بالنسبة للحساسية التي تم إجراؤها ، يتم إجراء الاختبار عادةً باستخدام مولدات إشارة عالية الطاقة جنبًا إلى جنب مع المشبك الحالي أو نوع آخر من المحولات لحقن التداخل على الكابل.
مثل جميع اختبارات الامتثال ، بالنسبة لكلا الاختبارين ، تحدد المستندات القياسية ما يجب أن تكون عليه بيئة الاختبار ، وبعض المعدات التي سيتم استخدامها ومعايرتها. في معظم المعايير ، تعد مواقع الاختبار المفتوحة (OATS) هي مواقع الاختبار الموصى بها ، ولكن في الآونة الأخيرة ، يتم إجراء الاختبارات في الداخل باستخدام غرف اختبار EMC المتخصصة مثل غرفة الصدى والصدى. يمكن ملاحظة بعض الاختلافات في الأوصاف المذكورة أعلاه بسبب الاختلاف في الأجهزة.
3. اختبار المناعة:
تشير حصانة الجهاز الإلكتروني إلى قدرة المعدات الإلكترونية على العمل بشكل صحيح في وجود التداخل الكهرومغناطيسي.
بينما يمكن القول بأن المناعة بحكم التعريف هي عكس القابلية للتأثر ، إلا أنها غالبًا ما تستخدم بالتبادل. ومن خلال تحديد مستوياتها ، يمكن التحقق من قدرة الجهاز الإلكتروني على العمل بشكل صحيح في مواجهة التداخل الكهرومغناطيسي.
الاستعداد لاختبار التوافق مع EMC
بينما تبدو اختبارات EMC بسيطة ، إلا أن اجتيازها يتطلب قدرًا كبيرًا من العمل والمال والوقت. هذا ليس غير مرتبط بالطبيعة غير الملموسة لـ EMC مما يجعل من المستحيل على الشركات المصنعة تحديد ما إذا كانت المنتجات تتوافق مع المعايير ما لم يتم إجراء اختبار ، والتكلفة العالية للمعدات المطلوبة للاختبار ، مما يجعل امتلاكها فكرة سيئة ، والاستعانة بمصادر خارجية (باهظة الثمن أيضًا ، عدة آلاف من دولارات الولايات المتحدة / يوم الاختبار) المعتمد هو الخيار الأفضل عادةً.
ومع ذلك ، في حين أن معظم الشركات قد تكون قادرة على التغلب على حاجز التكلفة ، فإن المشكلة الأكبر هي عندما تكون نتائج الاختبار سلبية. عادة ما تكون هذه لحظة صعبة للغاية بالنسبة للشركة ومديري المشروع حيث لا يمكن إجراء تغييرات أثناء الاختبار ، مما يعني أنه يجب إرسال المنتج مرة أخرى إلى فريق التصميم لإعادة التصميم وسيتعين دفع المزيد من آلاف الدولارات للحصول على إعادة الاختبار.
يعد عدم كفاءة العملية الموضحة أعلاه أحد المساهمين الرئيسيين في ارتفاع تكلفة البحث والتطوير والتأخير في الجدول الزمني لتطوير المنتج. للتخفيف من هذه المخاطر وزيادة فرص اجتياز الأجهزة للاختبارات في المحاولة الأولى ، تستخدم الشركات بعض الأساليب التي يمكن تصنيفها على نطاق واسع تحت عنوانين فرعيين ، بما في ذلك ؛
- التصميم
- اختبار الامتثال المسبق
1. تصميم نهج لتحسين الامتثال EMC
إن أذكى لعبة تصميم (للمنتجات التي يكون مقبولاً عليها) هي استخدام الوحدات المعتمدة مسبقًا في تطوير المنتج ، حيث إنها تضمن تقليلًا إجماليًا لمقدار الجهد المبذول في اعتماد منتجك. ومع ذلك ، فإن تضمين امتثال EMC في تصميم منتج جديد يتضمن تقييم (بناءً على السيناريوهات التي سيتم استخدام المنتج فيها) ، الممكن ؛
- مصادر EMI (داخلية أو خارجية) ونوع الإشارة.
- طبيعة "الضحية" وأهمية العطل المحتمل.
- مسار اقتران بـ "الضحية" - جهازك (في حالة وجوده خارجي) أو أجهزة أخرى من حوله.
يتضمن تقليل التداخل أثناء التصميم تقليل مصادر EMI الداخلية من خلال الانتباه إلى الأشياء "الصغيرة" مثل نوع المحول الذي تستخدمه ، والأشياء الأكثر أهمية مثل واجهات الاتصال / الاتصال التي تستخدمها ، والتردد الذي تعمل عليه و تدخل محتمل من مصادر خارجية. من خلال فحص البيئة التي سيتم فيها تثبيت / استخدام الجهاز ، يمكن الوصول إلى طبيعة الضحايا أو بواعث الانبعاث المحتملة وأهمية العطل المحتمل الذي يمكن أن تسببه ، والنظر فيه بشكل فعال في التصميم.
بالنسبة للاقتران ، فإن النظام الذي يقرن الطاقة بسهولة مع "الخارج" سيجمع الطاقة "في" بسهولة ، حيث تنطبق العديد من جوانب ممارسات تصميم التوافق الكهرومغناطيسي الجيدة على كل من الباعث والضحايا ، مما يعني أن تحسين التصميم الفردي لتقليل الانبعاثات سيقلل أيضًا قابلية. تمت مناقشة بعض تقنيات التصميم لتقليل الانبعاثات مثل التأريض والوقاية خلال مقالة EMI السابقة المتاحة هنا.
2. اختبار الامتثال المسبق
هناك طريقة أخرى لتقليل التكلفة وإمكانية الفشل في الاختبار وهي إجراء اختبار التوافق الكهرومغناطيسي طوال عملية التصميم باستخدام إعداد اختبار التوافق المسبق لـ EMC المصمم خصيصًا للظروف التي سيتم استخدامها أثناء اختبار الامتثال. في حين أنه قد يكلفك أقل قليلاً مما قد تدفعه ليوم واحد مع مختبر معتمد ، إلا أنه سيزيد من فرص اجتياز الجهاز للاختبار في المحاولة الأولى ، وخفض تكلفة الاختبار الإجمالية ، وتقليل وقتك في التسويق.
استنتاج
أثناء التحضير لشهادات مثل EMC سهل للمؤسسات الكبيرة والشركات الناشئة والشركات الصغيرة ، فهي لعبة كرة مختلفة ، بسبب نقص الأموال والحاجة إلى اختبار عدة افتراضات خلال أيامها الأولى. ومع ذلك ، يمكن للشركات الناشئة التخفيف من المخاطر التي تنطوي عليها من خلال التأكد من أن فريق التصميم ، في أقرب وقت ممكن أثناء عملية التصميم ، عامل اعتبارات EMI / EMC في عملية التصميم الخاصة بهم. في الفرق التي تكون فيها معرفة الشهادات نادرة ، يمكنهم اختيار العمل مع استشاريين من ذوي الخبرة على طول هذه الخطوط لتقديم الدعم للفريق. لن يساعد القيام بذلك في إعداد المنتج للحصول على الشهادة المستقبلية فحسب ، بل سيساعدهم أيضًا على تقديم منتج موثوق لعملائهم.