Esempio di calcolo di incertezza nelle prove di

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
[email protected]
www.lace.corep.it
LACELACE-100617
Bibliografia
Sito Cenelec www.cenelec.org
Sito IEC www.iec.ch
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 55016-1-x
EN 55016-4-2
EN-DTR 55016-4-1
Manuale UNICHIM 179_1 2001
Club CE www.clubce.corep.it
Lucidi seminario IEEE Milano http://ing.univaq.it/emc-chapit/download/MUinEMC_Borio.pdf
LACELACE-100617
Sommario
Introduzione – Dove eravamo rimasti
Misure in laboratorio
–
–
Precompliance
Compliance
Incertezza di misura
– Precompliance
– Compliance
Incertezza di misura esempi
– ESD
– EFT/Burst
– Emissioni irradiate
LACELACE-100617
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
Prima di eseguire una misura o prova
cercare di CAPIRE IL MOTIVO PER CUI
LA SI DEVE ESEGUIRE
LACELACE-100617
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
LACELACE-100617
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
LACELACE-100617
MISURE IN LABORATORIO
-
TESTnon
ESEGUITI
Semplici test EMC
eseguiti completamente
DURANTE LA FASE DI
come indicato dalle
Norme EMC
SVILUPPO DEL
Strumenti di misura
poco costosi (~ 1:2000)
PRODOTTO
anche autocostruiti
Semplicità di esecuzione dei test
Utilizzo di risorse interne all’azienda
LACELACE-100617
PRE COMPLIANCE vs COMPLIANCE
Caratteristiche
scarica sconosciute
Ripetibilità del test
non garantita
LACELACE-100617
Caratteristiche
scarica e set up
definiti dalla norma
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
LACELACE-100617
TEST
COMPLIANCE
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
LACELACE-100617
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
LACELACE-100617
TEST
COMPLIANCE
PROGETTAZIONE
ORIENTATA EMC
da PRE COMPLIANCE a
COMPLIANCE
Se ho la strumentazione corretta e adotto
il set-up della norma
Si possono fare misure compliance in
azienda?
LACELACE-100617
INCERTEZZA DI MISURA
Emissioni condotte
e irradiate CISPR
16-4-2
Al voto: Scariche
elettrostatiche,
ETF/Burst, RF
condotte, Immunità
irradiata, Surge
PERCHÉ
SPRECARE TEMPO
PER OTTENERE
INFORMAZIONI CHE
NON SONO
SIGNIFICATIVE?
LACELACE-100617
Sommario
Introduzione – Dove eravamo rimasti
Misure in laboratorio
–
–
Precompliance
Compliance
Incertezza di misura
– Precompliance
– Compliance
Incertezza di misura esempi
– ESD
– EFT/Burst
– Emissioni irradiate
LACELACE-100617
INCERTEZZA DI MISURA ESD
77B/574/FDIS FINAL DRAFT INTERNATIONAL
STANDARD IEC 61000-4-2/Ed.2
LACELACE-100617
INCERTEZZA DI MISURA ESD
Per calcolare l’incertezza composta a partire da
contributi di diversa origine e unità di misura
diverse, l’incertezza di misura è fornita in % e
può essere calcolata come:
10
( contributo _ dB )
20
LACELACE-100617
×100
INCERTEZZA DI MISURA ESD
Incertezza corrente di picco
Input quantity
Accuratezza asse verticale
oscilloscopio
Attenuation target-attenuatorcable
Low-frequncy transfer
impedance
Mismatch
Repeatability
Uncertainty of xi
Probability
%
distribution
Xi
ci*u(xi)
LFti
M
R
3,2
k=
2
1,60
∞?
6,5536
3,6
k=
2
1,80
?
∞
10,4976
6,0E-06
k=
2,00
3,0E-06
?
∞
0,0000
1,41
1,50
∞?
4,0000
5,0625
2,00
1,50
uc =
3,17
%
U=
6,34
%
[ci*u(xi)]^4
dB
Svc
Ac
Vi
Veff=
k=
U-shaped 1,41
k=
1,00
239,41
2
LACELACE-100617
?
12
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
Zsys
LACELACE-100617
INCERTEZZA DI MISURA ESD
Incertezza corrente di picco
Input quantity
Accuratezza asse verticale
oscilloscopio
Attenuation target-attenuatorcable
Low-frequncy transfer
impedance
Mismatch
Repeatability
Uncertainty of xi
Probability
%
distribution
Xi
Ac
LFti
M
R
k=
6,0E-06
k=
Vi
[ci*u(xi)]^4
dB
ΓO
2 ΓC x1,60
6,5536
∞?
ΓC : Coeff. riflessione della catena
target-attenuatore-cavo
3,6
k=
2
1,80
?
10,4976
∞
ΓO : Coeff. riflessione oscilloscopio
Svc
3,2
ci*u(xi)
2,00
1,50
uc =
3,17
%
U=
6,34
%
Veff=
k=
2,00
U-shaped 1,41
k=
1,00
239,41
2
LACELACE-100617
?
3,0E-06
?
∞
0,0000
1,41
1,50
∞?
4,0000
5,0625
12
INCERTEZZA DI MISURA ESD
Incertezza rise time
Input quantity
Reading of peak value
Reading of time by 90% peak
current
Reading of time by 10% peak
current
Oscilloscope horizontal
measurement contribution
Attenuation target-attenuatorcable
Repeatability
uc =
U=
Xi
Uncertainty of xi
Probability
ps
50,0
k=
2,00
R
60,13
Vi
[ci*u(xi)]^4
25,0
∞
390625
25,0
rect
1,73
14,4
∞
43403
25,0
rect
1,73
14,4
∞
43403
36,0
k=
2,00
18,0
∞
104976
30,0
k=
2,00
15,0
∞
50625
45,0
k=
1,00
45,0
12
4100625
ps
120,26 ps
ci*u(xi)
( = 15% )
LACELACE-100617
INCERTEZZA DI MISURA ESD
Incertezza rise time
Input quantity
Reading of peak value
Reading of time by 90% peak
current
Reading of time by 10% peak
current
Oscilloscope horizontal
measurement contribution
Attenuation target-attenuatorcable
Repeatability
uc =
U=
6.35% (incertezza corrente di
picco)
del tr tipico
(800ps)Vi
ci*u(xi)
Uncertainty
of xi
Xi
ps
50,0
Probability
k=
2,00
25,0
∞
390625
25,0
rect
1,73
14,4
∞
43403
25,0
rect
1,73
14,4
∞
43403
36,0
k=
2,00
18,0
∞
104976
∞
50625
12
4100625
30,0
R
60,13
45,0
Campionamento
15,0
k=
2,00
dell’oscilloscopio
45,0
k=
1,00
(20G/s)
ps
120,26 ps
[ci*u(xi)]^4
( = 15% )
LACELACE-100617
INCERTEZZA DI MISURA ESD
Incertezza rise time
Input quantity
Reading of peak value
Reading of time by 90% peak
current
Reading of time by 10% peak
current
Oscilloscope horizontal
measurement contribution
Attenuation target-attenuatorcable
Repeatability
uc =
U=
Xi
Uncertainty of xi
Probability
ps
50,0
k=
2,00
60,13
[ci*u(xi)]^4
25,0
36,0
k=
2,00
18,0
∞
104976
30,0
k=
2,00
15,0
∞
50625
45,0
k=
1,00
45,0
12
4100625
ps
120,26 ps
Vi
25,0
∞
Tarare anche risposta agli
14,4
rect
1,73
∞
impulsi della catena
attenuatore-cavotarget
14,4
rect
1,73
∞
25,0
R
ci*u(xi)
( = 15% )
LACELACE-100617
390625
43403
43403
INCERTEZZA DI MISURA ESD
Incertezza I30ns e I60ns
Input quantity
Xi
Uncertainty of xi
Probability
%
6,30
k=
2,00
Uncertainty peak current
Reading of time by 30ns or
60ns
uc =
U=
0,17
3,15
6,30
%
rect
1,73
Veff=
k=
?
∞
%
LACELACE-100617
2
ci*u(xi)
Vi
[ci*u(xi)]^4
3,2
∞
98
0,1
∞
9,E-05
INCERTEZZA DI MISURA ESD
Incertezza I30ns e I60ns
Input quantity
Xi
Uncertainty of xi
Probability
%
6,30
k=
2,00
Uncertainty peak current
Reading of time by 30ns or
60ns
uc =
U=
0,17
3,15
6,30
%
rect
1,73
Veff=
k=
?
∞
ci*u(xi)
Vi
[ci*u(xi)]^4
3,2
∞
98
0,1
∞
9,E-05
2
%
Campionamento
dell’oscilloscopio sui 30ns
(o 60ns)
LACELACE-100617
Sommario
Introduzione – Dove eravamo rimasti
Misure in laboratorio
–
–
Precompliance
Compliance
Incertezza di misura
– Precompliance
– Compliance
Incertezza di misura esempi
– ESD
– EFT/Burst
– Emissioni irradiate
LACELACE-100617
INCERTEZZA DI MISURA
EFT/BURST
77B/631/CD COMMITTEE DRAFT (CD) IEC
61000-4-4 Ed. 3.0
- Ciascuno dei parametri
della grandezza di stimolo
deve essere
accompagnato dalla
specifica incertezza
LACELACE-100617
INCERTEZZA DI MISURA
EFT/BURST porte AC
LACELACE-100617
INCERTEZZA DI MISURA
EFT/BURST porte AC
“is the CDN output voltage
uncertainty of calibration for the
EFT/B generator”
LACELACE-100617
Incertezza solo
sull’ampiezza
del disturbo?
INCERTEZZA DI MISURA
EFT/BURST porte AC
is the pulse output uncertainty
for the repeatability and/or the
reproducibility of the EUT setup
layout
LACELACE-100617
INCERTEZZA DI MISURA
EFT/BURST Capacitive Clamp
LACELACE-100617
INCERTEZZA DI MISURA
EFT/BURST Capacitive Clamp
NOVITÀ:
Calibrazione del
coupling clamp
LACELACE-100617
INCERTEZZA DI MISURA
EFT/BURST Capacitive Clamp
Incertezza solo
su tr e td?
is the pulse output voltage
uncertainty of calibration for the
EFT/B generator
LACELACE-100617
INCERTEZZA DI MISURA
EFT/BURST porte AC
INCERTEZZA AMPIEZZA DISTURBO
Input quantity
Xi
Uncertainty of xi
Probability
%
1,34
k=
1
2
k=
2
k=
2
2,90
Ripetibilità Ampiezza
BURSTamp
Calibration result
BURSTcc
BURSTsr
Burst setup repeatability
uc =
2,21
%
U=
4,42
%
Veff=
k=
89,09
2
LACELACE-100617
ci*u(xi)
%
1,34
1,00
1,45
Vi
12
?
∞
?
∞
[ci*u(xi)]^4
%
3,22
1,00
4,40
INCERTEZZA DI MISURA
EFT/BURST porte AC
INCERTEZZA AMPIEZZA DISTURBO
Input quantity
Xi
Uncertainty of xi
Probability
%
1,34
k=
1
2
k=
2
k=
2
2,90
Ripetibilità Ampiezza
BURSTamp
Calibration result
BURSTcc
BURSTsr
Burst setup repeatability
uc =
2,21
U=
4,42
Veff=
89,09
k=
2
Accuratezza
scala
%
ci*u(xi)
%
1,34
1,00
1,45
Vi
12
?
∞
?
∞
%
verticale oscilloscopio
- Incertezza attenuatore+cavo
- Mismatch generatore-oscilloscopio
-…
LACELACE-100617
[ci*u(xi)]^4
%
3,22
1,00
4,40
INCERTEZZA DI MISURA
EFT/BURST porte AC
INCERTEZZA TEMPI DISTURBO
Input quantity
Ripetibilità Tempi
Calibration result
Xi
Uncertainty of xi
Probability
%
2,1
k=
1
1,80
k=
2
BURSTtime
BURSTcc
Burst setup repeatability BURSTsr
uc =
3,04
%
U=
6,07 -
4,00
k=
Veff=
k=
52,45
2
2
ci*u(xi)
%
2,10
0,90
Vi
12
?
∞
[ci*u(xi)]^4
%
19,45
0,66
2,00
?
∞
16,00
Accuratezza
scala orizzontale oscilloscopio
%
- Incertezza attenuatore+cavo
- Mismatch generatore-oscilloscopio
-…
LACELACE-100617
Sommario
Introduzione – Dove eravamo rimasti
Misure in laboratorio
–
–
Precompliance
Compliance
Incertezza di misura
– Precompliance
– Compliance
Incertezza di misura esempi
– ESD
– EFT/Burst
– Emissioni irradiate
LACELACE-100617
Emissioni irradiate
Budget definito dalla norma CISPR 16-4-2
LACELACE-100617
Emissioni irradiate
Budget definito dalla norma CISPR 16-4-2
LACELACE-100617
Emissioni irradiate
Budget definito dalla norma CISPR 16-4-2
LACELACE-100617
Conclusioni
Il
budget
di
incertezza
nelle
COMPLIANCE è un grosso impegno
essenziale per fornire dei risultati di
attendibili.
misure
ma è
prova
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 di strumentazione aggiuntiva costosa
LACELACE-100617
RINGRAZIAMENTI
a tutti Voi …
ai miei collaboratori …
per la pazienza dimostrata!
LACELACE-100617