Esempio di calcolo di incertezza nelle prove di laboratorio

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1 Giornata di Studio - L incertezza di misura nelle prove di preconformità per compatibilità elettromagnetica Torino, 17 Giugno 2010 Esempio di calcolo di incertezza nelle prove di laboratorio Relatore: G. Borio LACE Corep gborio@corep.it

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3 Bibliografia Sito Cenelec Sito IEC Norme tecniche: CEI, Cenelec,, IEC, CISPR Pubblicazione UKAS - Lab34 (discutibile per Sinal) Pubblicazione UKAS - M3003 Pubblicazione Schaffner - EMC Measurement Uncertainty DTI-NMSPU project R2.2b1 - Tim Williams, Stan Baker Taratura di un generatore di scariche elettrostatiche: valutazione delle incertezze di misura e riferibilità - Gilberto Basso,Michele Borsero, Giuseppe Vizio EN x EN EN-DTR Manuale UNICHIM 179_ Club CE Lucidi seminario IEEE Milano ing.univaq.it/emc-chap- it/download/muinemc_borio.pdf

4 Sommario Introduzione Dove eravamo rimasti Misure in laboratorio Precompliance Compliance Incertezza di misura Precompliance Compliance Incertezza di misura esempi ESD EFT/Burst Emissioni irradiate

5 DOVE ERAVAMO RIMASTI Nella catena di misura ci sono sempre elementi più critici (in termini numerici) di altri..concentrarsi SU QUESTI Metodo per rilevare anomalie nella catena di misura: RIPETIBILITÀ E molto importante CONOSCERE LE CARATTERISTICHE DELL EUT EUT Prima di eseguire una misura o prova cercare di CAPIRE IL MOTIVO PER CUI LA SI DEVE ESEGUIRE

6 MISURE IN LABORATORIO Set up di misura e strumentazione in accordo con le Norme EMC - Strumenti di misura costosi (es. camera anecoica di grandi dimensioni) - Mantenimento della strumentazione (tarature e verifiche) - Formazione specifica del personale

7 MISURE IN LABORATORIO Semplici test EMC non eseguiti completamente come indicato dalle Norme EMC - Strumenti di misura poco costosi (~ 1:2000) anche autocostruiti - Semplicità di esecuzione dei test - Utilizzo di risorse interne all azienda azienda

8 MISURE IN LABORATORIO TEST ESEGUITI Semplici test EMC non eseguiti completamente DURANTE LA FASE DI come indicato dalle Norme EMC SVILUPPO DEL - Strumenti di misura PRODOTTO poco costosi (~ 1:2000) anche autocostruiti - Semplicità di esecuzione dei test - Utilizzo di risorse interne all azienda azienda

9 PRE COMPLIANCE vs COMPLIANCE Caratteristiche scarica sconosciute Ripetibilità del test non garantita Caratteristiche scarica e set up definiti dalla norma

10 MISURE PRE COMPLIANCE Maggiore probabilità di superare i test compliance a prodotto finito ottenendo informazioni utili sulle criticità del prodotto Evitare un completo rifacimento del prodotto Progettazione non orientata EMC TEST COMPLIANCE

11 MISURE PRE-COMPLIANCE Le misure pre-compliance permettono l individuazione dei componenti critici del dispositivo dopo il fallimento dei test compliance (messa a punto) BIC probe Sonda induttiva

12 MISURE PRE COMPLIANCE Sono semplici, rapide e possono essere effettuate facilmente in azienda ACCURATEZZA ha un peso minore se i test pre compliance sono eseguiti in fase progettuale MESSA A PUNTO TEST PRE COMPLIANCE TEST COMPLIANCE PROGETTAZIONE ORIENTATA EMC

13 da PRE COMPLIANCE a COMPLIANCE Se ho la strumentazione corretta e adotto il set-up della norma Si possono fare misure compliance in azienda?

14 INCERTEZZA DI MISURA PERCHÉ SPRECARE TEMPO PER OTTENERE INFORMAZIONI CHE NON SONO SIGNIFICATIVE? Emissioni condotte e irradiate CISPR Al voto: Scariche elettrostatiche, ETF/Burst Burst,, RF condotte, Immunità irradiata, Surge

16 INCERTEZZA DI MISURA ESD 77B/574/FDIS FINAL DRAFT INTERNATIONAL STANDARD IEC /Ed.2

17 INCERTEZZA DI MISURA ESD Per calcolare l incertezza l composta a partire da contributi di diversa origine e unità di misura diverse, l incertezza l di misura è fornita in % e può essere calcolata come: ( contributo _ db)

18 INCERTEZZA DI MISURA ESD Incertezza corrente di picco Input quantity Xi Uncertainty of xi ci*u(xi) Vi [ci*u(xi)]^4 Probability % db distribution Accuratezza asse verticale oscilloscopio Svc 3,2 k= 2 1,60? 6,5536 Attenuation target-attenuatorcable Ac 3,6 k= 2 1,80? 10,4976 Low-frequncy transfer impedance LFti 6,0E-06 k= 2,00 3,0E-06? 0,0000 Mismatch M 2,00 U-shaped 1,41 1,41? 4,0000 Repeatability R 1,50 k= 1,00 1, ,0625 uc = 3,17 % Veff= 239,41? k= 2 U = 6,34 %

19 INCERTEZZA DI MISURA ESD Low frequency transfer impedance Rapporto fra la corrente iniettata in ingresso al target+attenuatore+cavo e la tensione misurata su un carico 50 Ω all'uscita del cavo Z sys

20 INCERTEZZA DI MISURA ESD Incertezza corrente di picco Input quantity Xi Uncertainty of xi ci*u(xi) Vi [ci*u(xi)]^4 Probability % db distribution Accuratezza asse verticale oscilloscopio Svc 3,2 k= 2 Γ C x 1,60 Γ O? 6,5536 Γ C : Coeff. riflessione della catena Attenuation target-attenuatorcable Ac target-attenuatore-cavo 3,6 k= 2 1,80? 10,4976 Γ O : Coeff. riflessione oscilloscopio Low-frequncy transfer 6,0E-06 k= 2,00 3,0E-06? 0,0000 impedance LFti Mismatch M 2,00 U-shaped 1,41 1,41? 4,0000 Repeatability R 1,50 k= 1,00 1, ,0625 uc = 3,17 % Veff= 239,41? k= 2 U = 6,34 %

21 INCERTEZZA DI MISURA ESD Incertezza rise time Input quantity Xi Uncertainty of xi ci*u(xi) Vi [ci*u(xi)]^4 ps Probability Reading of peak value 50,0 k= 2,00 25, Reading of time by 90% peak current 25,0 rect 1,73 14, Reading of time by 10% peak current 25,0 rect 1,73 14, Oscilloscope horizontal measurement contribution 36,0 k= 2,00 18, Attenuation target-attenuatorcable 30,0 k= 2,00 15, Repeatability R 45,0 k= 1,00 45, uc = 60,13 ps U = 120,26 ps ( = 15% )

22 INCERTEZZA DI MISURA ESD Incertezza rise time Input quantity Xi Uncertainty of xi ci*u(xi) Vi [ci*u(xi)]^4 ps Probability Reading of peak value 50,0 k= 2,00 25, Reading of time by 90% peak current 25,0 rect 1,73 14, Reading of time by 10% peak current 25,0 rect 1,73 14, Oscilloscope horizontal 36,0 k= 2,00 18, measurement contribution Attenuation target-attenuatorcable dell oscilloscopio Campionamento 30,0 k= 2,00 15, Repeatability R 45,0 k= 1,00 45, uc = 60,13 ps U = 120,26 ps ( = 15% ) 6.35% (incertezza corrente di picco) del tr tipico (800ps) (20G/s)

23 INCERTEZZA DI MISURA ESD Incertezza rise time Input quantity Xi Uncertainty of xi ci*u(xi) Vi [ci*u(xi)]^4 ps Probability Reading of peak value 50,0 k= 2,00 25, Reading of time by 90% peak Tarare anche risposta agli 25,0 rect 1,73 14, current impulsi della catena Reading of time by 10% peak current 25,0 rect attenuatore-cavo- 1,73 14,4 target Oscilloscope horizontal measurement contribution 36,0 k= 2,00 18, Attenuation target-attenuatorcable 30,0 k= 2,00 15, Repeatability R 45,0 k= 1,00 45, uc = 60,13 ps U = 120,26 ps ( = 15% )

24 INCERTEZZA DI MISURA ESD Incertezza I 30ns e I 60ns Input quantity Xi Uncertainty of xi ci*u(xi) Vi [ci*u(xi)]^4 % Probability Uncertainty peak current 6,30 k= 2,00 3,2 98 Reading of time by 30ns or 60ns 0,17 rect 1,73 0,1 9,E-05 uc = 3,15 % Veff=? k= 2 U = 6,30 %

25 INCERTEZZA DI MISURA ESD Incertezza I 30ns e I 60ns Input quantity Xi Uncertainty of xi ci*u(xi) Vi [ci*u(xi)]^4 % Probability Uncertainty peak current 6,30 k= 2,00 3,2 98 Reading of time by 30ns or 60ns 0,17 rect 1,73 0,1 9,E-05 uc = 3,15 % Veff=? k= 2 U = 6,30 % Campionamento dell oscilloscopio sui 30ns (o 60ns)

27 INCERTEZZA DI MISURA EFT/BURST 77B/631/CD COMMITTEE DRAFT (CD( CD) ) IEC Ed Ciascuno dei parametri della grandezza di stimolo deve essere accompagnato dalla specifica incertezza

28 INCERTEZZA DI MISURA EFT/BURST porte AC

29 INCERTEZZA DI MISURA EFT/BURST porte AC is the CDN output voltage uncertainty of calibration for the EFT/B generator Incertezza solo sull ampiezza del disturbo?

30 INCERTEZZA DI MISURA EFT/BURST porte AC is the pulse output uncertainty for the repeatability and/or the reproducibility of the EUT setup layout

31 INCERTEZZA DI MISURA EFT/BURST Capacitive Clamp

32 INCERTEZZA DI MISURA EFT/BURST Capacitive Clamp NOVITÀ: Calibrazione del coupling clamp

33 INCERTEZZA DI MISURA EFT/BURST Capacitive Clamp is the pulse output voltage uncertainty of calibration for the EFT/B generator Incertezza solo su tr e td?

34 INCERTEZZA DI MISURA EFT/BURST porte AC INCERTEZZA AMPIEZZA DISTURBO Input quantity Xi Uncertainty of xi ci*u(xi) Vi [ci*u(xi)]^4 % Probability % % Ripetibilità Ampiezza BURSTamp 1,34 k = 1 1, ,22 Calibration result BURSTcc 2 k = 2 1,00? 1,00 Burst setup repeatability BURSTsr 2,90 k = 2 1,45? 4,40 uc = 2,21 % Veff= 89,09 k= 2 U = 4,42 %

35 INCERTEZZA DI MISURA EFT/BURST porte AC INCERTEZZA AMPIEZZA DISTURBO Input quantity Xi Uncertainty of xi ci*u(xi) Vi [ci*u(xi)]^4 % Probability % % Ripetibilità Ampiezza BURSTamp 1,34 k = 1 1, ,22 Calibration result BURSTcc 2 k = 2 1,00? 1,00 Burst setup repeatability BURSTsr 2,90 k = 2 1,45? 4,40 uc = 2,21 % Veff= 89,09 k= 2 U = 4,42 % - Accuratezza scala verticale oscilloscopio - Incertezza attenuatore+cavo - Mismatch generatore-oscilloscopio -

36 INCERTEZZA DI MISURA EFT/BURST porte AC INCERTEZZA TEMPI DISTURBO Input quantity Xi Uncertainty of xi ci*u(xi) Vi [ci*u(xi)]^4 % Probability % % Ripetibilità Tempi BURSTtime 2,1 k = 1 2, ,45 Calibration result BURSTcc 1,80 k = 2 0,90? 0,66 Burst setup repeatability BURSTsr 4,00 k = 2 2,00? 16,00 uc = 3,04 % Veff= 52,45 k= 2 U = 6,07 % - Accuratezza scala orizzontale oscilloscopio - Incertezza attenuatore+cavo - Mismatch generatore-oscilloscopio -

38 Emissioni irradiate Budget definito dalla norma CISPR

41 Conclusioni Il budget di incertezza nelle misure COMPLIANCE è un grosso impegno ma è essenziale per fornire dei risultati di prova attendibili. Il budget di incertezza nelle misure PRE COMPIANCE vista la natura delle stesse può essere tralasciato ma la ripetibilità è un elemento importante anche se in molti casi implica l uso l di strumentazione aggiuntiva costosa

42 RINGRAZIAMENTI a tutti Voi ai miei collaboratori per la pazienza dimostrata!