Iec 61000 4 31 2016

I E C 61 0 -4-31 ® Edition 201 6-07 I N TE RN ATI ON AL S TAN D ARD N ORM E I N TE RN ATI ON ALE colour in sid e BASIC EMC PUBLICATION PUBLICATION FONDAMENTALE EN CEM E l ectrom ag n eti c com pati bi l i ty (E M C ) – Part 4-3 : Tes ti n g an d m eas u rem en t tech n i q u es – AC m n s ports broad ban d d u cted d i s tu rban ce i m m u n i ty tes t C om pati bi l i té él ectrom ag n éti q u e (C E M ) – Parti e 4-31 : Tech n i q u es d ' es s et d e m es u re – E s s d 'i m m u n i té au x pertu rbati on s d u i tes l arg e ban d e s u r l es accès d ' al i m en tati on s ecteu r en IEC 61 000-4-31 :201 6-07(en-fr) cou ran t al tern ati f Copyright International Electrotechnical Commission TH I S P U B L I C ATI O N I S C O P YRI G H T P RO TE C T E D C o p yri g h t © I E C , G e n e va , S w i tze rl a n d All rights reserved Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from either IEC or IEC's member National Committee in the country of the requester If you have any questions about IEC copyright or have an enquiry about obtaining additional rights to this publication, please contact the address below or your local IEC member National Committee for further information Droits de reproduction réservés Sauf indication contraire, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit de l'IEC ou du Comité national de l'IEC du pays du demandeur Si vous avez des questions sur le copyright de l'IEC ou si vous désirez obtenir des droits supplémentaires sur cette publication, utilisez les coordonnées ci-après ou contactez le Comité national de l'IEC de votre pays de résidence IEC Central Office 3, rue de Varembé CH-1 21 Geneva 20 Switzerland Tel.: +41 22 91 02 1 Fax: +41 22 91 03 00 info@iec.ch www.iec.ch Abou t th e I E C The International Electrotechnical Commission (IEC) is the leading global organization that prepares and publishes International Standards for all electrical, electronic and related technologies Ab o u t I E C p u b l i c a ti o n s The technical content of IEC publications is kept under constant review by the IEC Please make sure that you have the latest edition, a corrigenda or an amendment might have been published I E C C atal og u e - webs tore i ec ch /catal og u e E l ectroped i a - www el ectroped i a org The stand-alone application for consulting the entire bibliographical information on IEC International Standards, Technical Specifications, Technical Reports and other documents Available for PC, Mac OS, Android Tablets and iPad The world's leading online dictionary of electronic and electrical terms containing 20 000 terms and definitions in English and French, with equivalent terms in additional languages Also known as the International Electrotechnical Vocabulary (IEV) online I E C pu bl i cati on s s earch - www i ec ch /s earch pu b I E C G l os s ary - s td i ec ch /g l os s ary The advanced search enables to find IEC publications by a variety of criteria (reference number, text, technical committee,…) It also gives information on projects, replaced and withdrawn publications 65 000 electrotechnical terminology entries in English and French extracted from the Terms and Definitions clause of IEC publications issued since 2002 Some entries have been collected from earlier publications of IEC TC 37, 77, 86 and CISPR I E C J u st P u bl i s h ed - webs tore i ec ch /j u s u bl i s h ed Stay up to date on all new IEC publications Just Published details all new publications released Available online and also once a month by email I E C C u s to m er S ervi ce C en tre - webs tore i ec ch /cs c If you wish to give us your feedback on this publication or need further assistance, please contact the Customer Service Centre: csc@iec.ch A propos d e l ' I E C La Commission Electrotechnique Internationale (IEC) est la première organisation mondiale qui élabore et publie des Normes internationales pour tout ce qui a trait l'électricité, l'électronique et aux technologies apparentées A propos d es p u bl i cati on s I E C Le contenu technique des publications IEC est constamment revu Veuillez vous assurer que vous possédez l’édition la plus récente, un corrigendum ou amendement peut avoir été publié C atal og u e I E C - webs tore i ec ch /catal og u e Application autonome pour consulter tous les renseignements bibliographiques sur les Normes internationales, Spécifications techniques, Rapports techniques et autres documents de l'IEC Disponible pour PC, Mac OS, tablettes Android et iPad Rech erch e d e pu bl i cati o n s I E C - www i ec ch /s earch p u b La recherche avancée permet de trouver des publications IEC en utilisant différents critères (numéro de référence, texte, comité d’études,…) Elle donne aussi des informations sur les projets et les publications remplacées ou retirées I E C J u st P u bl i s h ed - webs tore i ec ch /j u s u bl i s h ed Restez informé sur les nouvelles publications IEC Just Published détaille les nouvelles publications parues Disponible en ligne et aussi une fois par mois par email Copyright International Electrotechnical Commission E l ectroped i a - www el ectroped i a org Le premier dictionnaire en ligne de termes électroniques et électriques Il contient 20 000 termes et définitions en anglais et en franỗais, ainsi que les termes ộquivalents dans langues additionnelles Egalement appelé Vocabulaire Electrotechnique International (IEV) en ligne G l os s re I E C - s td i ec ch /g l os s ary 65 000 entrées terminologiques électrotechniques, en anglais et en franỗais, extraites des articles Termes et Dộfinitions des publications IEC parues depuis 2002 Plus certaines entrées antérieures extraites des publications des CE 37, 77, 86 et CISPR de l'IEC S ervi ce C l i en ts - webs tore i ec ch /cs c Si vous désirez nous donner des commentaires sur cette publication ou si vous avez des questions contactez-nous: csc@iec.ch I E C 61 0 -4-31 ® Edition 201 6-07 I N TE RN ATI ON AL S TAN D ARD N ORM E I N TE RN ATI ON ALE colour in sid e BASIC EMC PUBLICATION PUBLICATION FONDAMENTALE EN CEM E l ectrom ag n eti c com pati bi l i ty (E M C ) – P art 4-3 : Tes ti n g an d m eas u rem en t tech n i q u es – AC m n s ports broad ban d d u cted d i s tu rban ce i m m u n i ty tes t C om pati bi l i té él ectrom ag n éti q u e (C E M ) – P arti e 4-31 : Tech n i q u es d ' es s et d e m es u re – E s s d 'i m m u n i té au x pertu rbati on s d u i tes l arg e ban d e s u r l es accès d ' al i m en tati on s ecteu r en cou ran t al tern ati f INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION COMMISSION ELECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE ICS 33.1 00.20 ISBN 978-2-8322-3564-5 Warn i n g ! M ake s u re th at you ob tai n ed th i s pu bl i cati on from an au th ori zed d i s tri bu tor Atten ti on ! Veu i l l ez vou s as s u rer q u e vou s avez o bten u cette pu bl i cati on vi a u n d i s tri b u teu r ag réé ® Registered trademark of the International Electrotechnical Commission Copyright International Electrotechnical MarqueCommission déposée de la Commission Electrotechnique Internationale –2– I EC 61 000-4-31 :201 © IEC 201 CONTENTS FOREWORD I NTRODUCTI ON Scope and object Normative references Terms and definitions General Test levels 1 Test equipment and level setting procedures Test generator Coupling and decoupling devices 2.1 General 2.2 CDND for the port under test 2.3 Coupling/decoupling networks (CDNs) for cables that are not under test Verification of the test systems 3.1 General 3.2 Verification procedure of test generator flatness 3.3 Verification procedure of the insertion loss of the CDND using transformer jigs 3.4 I nsertion loss of the injection coupling system 20 Test level setting procedure 21 4.1 General 21 4.2 Setting of the output level at the EUT port of the CDND 21 Test set-up and injection methods 22 Test set-up 22 EUT comprised of a single unit 22 EUT comprised of several units 23 CDN and CDND termination application 25 Test procedure 26 Evaluation of the test results 27 Test report 27 Annex A (informative) Measurement uncertainty of the power spectral density test level 29 A General 29 A Uncertainty budgets for test methods 29 A 2.1 General symbols 29 A 2.2 Definition of the measurand 29 A 2.3 MU contributors of the measurand 29 A 2.4 I nput quantities and calculation examples for expanded uncertainty 30 A Expression of the calculated measurement uncertainty and its application 31 Annex B (informative) Rationale for the selection of the preferred broadband source – I nformation on test signal generation 33 B General 33 B Principles of band-limited broadband signal generation 33 B 2.1 General 33 B 2.2 (True) random noise generation 33 Copyright International Electrotechnical Commission I EC 61 000-4-31 :201 © I EC 201 –3– Pseudo-random noise sequence 34 B 2.3 B 2.4 I mpulse 38 B 2.5 OFDM scheme 40 B Selection of the preferred broadband source 42 Bibliography 43 Figure – Immunity test to broadband conducted disturbances 1 Figure – Example of voltage spectrum of a broadband test signal measured with a 20 kHz resolution bandwidth Figure – Principle of the test generator Figure – Example of simplified diagram for the circuit of CDND Figure – Example of coupling and decoupling network for power ports other than AC mains Figure – Test set-up regarding test generator flatness and typical test signal Figure – Typical circuit diagram of the transformer jig showing 50 Ω side and 00 Ω side of the transformer and pcs 0,1 µ F coupling capacitors Figure – Transformer jig specifications 20 Figure – Example of the set-up geometry to verify the insertion loss of the injection coupling system 20 Figure – Set-up for the evaluation of the total insertion loss of the injection coupling system 21 Figure 1 – Set-up for level setting 22 Figure – Example of test set-up for an EUT comprised of a single unit (top view) 23 Figure – Example of a test set-up for an EUT comprised of several units (top view) 24 Figure – I mmunity test to a 2-port EUT (when only CDNDs can be used) 26 Figure A.1 – Example of influences upon the power spectral density test level using a CDND 30 Figure B.1 – White noise source 34 Figure B.2 – Principle of band-limited broadband signal generation with an arbitrary waveform generator 35 Figure B.3 – Signal spectrum of a band-limited pseudo-random noise signal (measured with a 20 kHz resolution bandwidth) 36 Figure B.4 – Extract of the band-limited pseudo noise signal in time domain (measured with an oscilloscope) 37 Figure B.5 – Signal spectrum of the band-limited pseudo noise signal without an antialias filter 37 Figure B.6 – Extract of the signal spectrum of a band-limited pseudo noise signal (measured with a 200 Hz resolution bandwidth) 38 Figure B.7 – Signal spectrum of a band-limited impulse signal (measured with a 20 kHz resolution bandwidth) 39 Figure B.8 – Extract of the band-limited impulse signal in time domain (measured with an oscilloscope) 39 Figure B.9 – Extract of the signal spectrum of a band-limited impulse signal (measured with a 200 Hz resolution bandwidth) 40 Figure B.1 – Signal spectrum of an OFDM signal (measured with a 20 kHz resolution bandwidth) 41 Figure B.1 – Extract of the signal spectrum of an OFDM signal (measured with a 200 Hz resolution bandwidth) 41 Copyright International Electrotechnical Commission –4– I EC 61 000-4-31 :201 © IEC 201 Figure B.1 – Signal spectrum of an OFDM signal with an amplitude step at 30 MHz (measured with a 20 kHz resolution bandwidth) 42 Table Table Table Table Table Table – Test levels 2 – Characteristics of the test generator – Specification of the main parameters of the CDND for current ≤ A – Usage of CDNs A.1 – CDND level setting process 31 B.1 – Comparison of white noise signal generation methods 42 Copyright International Electrotechnical Commission I EC 61 000-4-31 :201 © I EC 201 –5– I NTERNATIONAL ELECTROTECHNI CAL COMMI SSI ON E L E C T RO M AG N E T I C C O M P AT I B I L I T Y ( E M C ) – P a rt - : T e s t i n g a n d m e a s u re m e n t t e c h n i q u e s – AC m a i n s p o rt s b ro a d b a n d c o n d u c t e d d i s t u rb a n c e i m m u n i t y t e s t FOREWORD ) The I ntern ati onal El ectrotechnical Commi ssi on (I EC) is a worl d wid e org anizati on for standard izati on comprisi ng all nati onal electrotech nical committees (I EC N ational Comm ittees) Th e object of I EC i s to promote i nternati on al co-operati on on al l q u esti ons cernin g standard izati on i n the el ectrical and el ectronic fi el ds To this end an d in ad di ti on to other acti vi ti es, I EC pu blish es I nternati onal Stan d ards, Technical Speci fi cati ons, Technical Reports, Pu blicl y Availabl e Specificati on s (PAS) and Gu i d es (hereafter referred to as “I EC Pu blicati on(s)”) Their preparati on is entru sted to technical committees; any I EC N ati onal Committee i nterested i n the subject d eal t wi th may parti ci pate i n thi s preparatory work I nternati onal , governmental and n ongovernm ental organizations l iaisi ng wi th the I EC al so participate i n this preparati on I EC coll aborates cl osel y wi th th e I n ternational Organizati on for Stand ard izati on (I SO) i n accordan ce wi th cond i ti ons d etermined by agreement between the two org anizations 2) Th e form al d ecision s or ag reements of I EC on technical m atters express, as n earl y as possibl e, an i nternati onal consensus of opi ni on on the rel evan t su bjects si nce each technical committee has representati on from all i nterested I EC N ati on al Commi ttees 3) I EC Pu blicati ons h ave the form of recommend ati ons for intern ati onal u se and are accepted by I EC N ati onal Com mittees i n th at sense Whi le all reasonabl e efforts are mad e to ensu re that the techn ical content of I EC Pu blications is accu rate, I EC can not be hel d responsi bl e for the way in whi ch they are used or for any misinterpretati on by an y end u ser 4) I n ord er to promote international u ni formi ty, I EC N ati onal Com mi ttees und ertake to appl y I EC Publicati on s transparen tl y to the maxim um extent possi bl e i n th ei r nati on al an d regi on al pu blicati ons Any d i vergen ce between an y I EC Pu bl icati on and the correspond i ng nati onal or region al pu bli cation shal l be cl earl y i nd icated in the l atter 5) I EC i tsel f d oes n ot provi d e an y attestation of formity I nd epen d ent certi ficati on bodies provi d e conform ity assessment services and , in some areas, access to I EC marks of conformi ty I EC i s not responsi bl e for any services carried ou t by i nd epend ent certi fication bodi es 6) All users should ensu re that they have the l atest edi ti on of this pu blicati on 7) N o li abili ty shal l attach to I EC or i ts di rectors, empl oyees, servants or agents incl u di ng i nd ivi du al experts and members of i ts tech ni cal commi ttees and I EC N ati onal Com mittees for any personal i nju ry, property d amag e or other d am age of any natu re whatsoever, wheth er d i rect or i nd irect, or for costs (i nclud i n g legal fees) an d expenses arising ou t of th e pu bli cati on , use of, or rel iance u pon, thi s I EC Pu bl ication or any oth er I EC Pu blicati ons 8) Attention is d rawn to the N ormative references ci ted in this pu bl icati on U se of the referenced pu blicati ons is i ndi spensabl e for th e correct applicati on of this publicati on 9) Attention is d rawn to the possibili ty that som e of th e el em ents of thi s I EC Pu bl icati on m ay be the su bj ect of patent ri ghts I EC shal l not be held responsi bl e for i d en ti fyi ng any or all such patent ri ghts I nternational Standard IEC 61 000-4-31 has been prepared by subcommittee 77B: Highfrequency phenomena, of I EC technical committee 77: Electromagnetic compatibility This standard forms Part 4-31 of the IEC 61 000 series I t has the status of a basic EMC publication in accordance with I EC Guide 07 The text of this standard is based on the following documents: FDI S Report on voti ng 77B/758/FDI S 77B/760/RVD Full information on the voting for the approval of this standard can be found in the report on voting indicated in the above table This publication has been drafted in accordance with the ISO/I EC Directives, Part Copyright International Electrotechnical Commission –6– I EC 61 000-4-31 :201 © IEC 201 A list of all parts in the I EC 61 000 series, published under the general title Electromagnetic compatibility (EMC) , can be found on the IEC website The committee has decided that the contents of this publication will remain unchanged until the stability date indicated on the I EC website under "http: //webstore iec.ch" in the data related to the specific publication At this date, the publication will be • • • • reconfirmed, withdrawn, replaced by a revised edition, or amended I M P O R T AN T – T h e ' c o l o u r i n s i d e ' th a t it c o n ta i n s u n d e rs t a n d i n g c o l o u r p ri n t e r Copyright International Electrotechnical Commission of c o l o u rs i ts wh i ch c o n te n ts l og o a re U s e rs on t h e c o ve r p a g e o f t h i s c o n s i d e re d shou l d to t h e re fo re be p u b l i ca ti o n u s e fu l p ri n t th i s fo r i n d i c a te s th e d o cu m e n t c o rre c t using a I EC 61 000-4-31 :201 © I EC 201 –7– I NTRODUCTION I EC 61 000 is published in separate parts according to the following structure: P a rt : G e n e l General considerations (introduction, fundamental principles) Definitions, terminology P a rt : E n vi ro n m e n t Description of the environment Classification of the environment Compatibility levels P a rt : L i m i ts Emission limits I mmunity limits (in so far as they not fall under the responsibility of the product committees) P a rt : T e s t i n g a n d m e a s u re m e n t t e c h n i q u e s Measurement techniques Testing techniques P a rt : I n s ta l l a ti o n an d m i ti g a ti o n g u i d e l i n e s I nstallation guidelines Mitigation methods and devices P a rt : G e n e ri c s t a n d a rd s P a rt : M i s ce l l an e ou s Each part is further subdivided into several parts, published either as I nternational Standards or as Technical Specifications or Technical Reports, some of which have already been published as sections Others will be published with the part number followed by a dash and a second number identifying the subdivision (example: I EC 61 000-6-1 ) This part is an I nternational Standard which gives immunity requirements and test procedure related to conducted broadband disturbances Copyright International Electrotechnical Commission –8– I EC 61 000-4-31 :201 © IEC 201 E L E C T RO M AG N E T I C C O M P AT I B I L I T Y ( E M C ) – P a rt - : T e s t i n g a n d m e a s u re m e n t t e c h n i q u e s – AC m a i n s p o rt s b ro a d b a n d c o n d u c t e d d i s t u rb a n c e i m m u n i t y t e s t S cope an d obj ect This part of I EC 61 000 relates to the conducted immunity of electrical and electronic equipment to electromagnetic disturbances coming from intended and/or unintended broadband signal sources in the frequency range 50 kHz up to 80 MHz The object of this standard is to establish a common reference to evaluate the immunity of electrical and electronic equipment when subjected to conducted disturbances caused by intended and/or unintended broadband signal sources on AC mains ports The test method documented in this standard describes a consistent method to assess the immunity of an equipment or system against a defined phenomenon Equipment not having at least one AC mains port is excluded The power ports not intended to be connected to AC mains distribution networks are not considered as “AC mains ports” and therefore are excluded This standard is applicable only to single phase equipment having rated input current ≤ A; the application of the broadband disturbance to multiple phase equipment and/or equipment with rated input current > A is under consideration N OTE As d escribed i n I EC Gu i d e 07, th is stan d ard is a basic EM C pu bli cati on for u se by prod u ct commi ttees of the I EC As also stated i n Gu i d e 07, the I EC prod u ct committees are responsi bl e for d etermi ni n g whether this i mmunity test stand ard is to be appli ed or not, an d i f appli ed , they are responsi bl e for d etermini ng the appropriate test levels and performance criteri a TC 77 and i ts su b-com mi ttees are prepared to co-operate wi th prod uct commi ttees i n the evalu ati on of th e val u e of particul ar i mmu nity tests for th eir prod ucts N o rm a t i v e re fe re n c e s The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are indispensable for its application For dated references, only the edition cited applies For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies I EC 60050-1 61 , International Electrotechnical Vocabulary (IEV) – Part 161: Electromagnetic compatibility (available at www.electropedia org ) I EC 61 000-4-6: 201 , Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 4-6: Testing and measurement techniques – Immunity to conducted disturbances, induced by radio-frequency fields T e rm s a n d d e fi n i t i o n s For the purposes of this document, the terms and definitions given in I EC 60050-1 61 as well as the following apply a rt i fi c i a l h a n d electrical network simulating the impedance of the human body under average operational conditions between a hand-held electrical appliance and earth Copyright International Electrotechnical Commission – 74 – I EC 61 000-4-31 :201 © IEC 201 est la correction pour la planéité de la chne d'instrumentation d'essai entre l'accès de sortie du générateur d'essai et l'accès EU T du RCDD (voir 3.4); est la correction pour la répétabilité FL C R Tableau A.1 – Processus de réglage de niveau avec un RCDD xi PM r IL ΔB PM cal FL G FL C R Description Limit of error Power meter reading 0,1 Insertion loss of the transformer jig 0,5 Test frequency band Power meter calibration 0,2 Flatness of the test generator Flatness of the test chain Repeatability 0,5 Unit dB dB dB dB dB dB dB Distribution rectangular normal k =2 normal k =2 normal k =2 rectangular rectangular normal k =1 Divisor ,73 2 ,73 ,73 u(x i ) Unit 0,06 dB 0,25 dB 0,00 dB 0,1 dB 0,58 dB ,1 dB 0,50 dB Σ u i (y) ci 1 1 1 u i (y) 0,06 0,25 0,00 0,1 0,58 ,1 0,50 Unit dB dB dB dB dB dB dB Combined uncertainty u(y) = √ Σ u i (y) Expanded Uncertainty U =u( y ) × k , k = An glai s u i (y) 0,00 0,06 0,00 0,01 0,33 ,34 0,25 2,00 ,41 2,83 dB Franỗais Descri ption Descri ption Li mi t of error Li mi te d 'erreu r U ni t U n i té Di stribu tion Di stribu ti on Di visor Di viseu r Power meter read i ng Rel evé du mesu reu r d e pu issan ce I nserti on l oss of the transformer ji g Perte d 'i nserti on d u montage de transformateu r Test freq u ency band Ban d e d e fréq uences d 'essai Power meter cali brati on Etal onnage d u mesu reu r d e pu issan ce Fl atness of the test g enerator Pl anéité du g énérateu r d 'essai Fl atness of the test chain Pl anéité de l a chn e d 'essai Repeatabili ty Répétabil ité Rectangul ar Rectangu l re N ormal N ormal Com bined uncertai nty I ncertitu d e combi née Expand ed u ncertai nty I n certitu d e étend u e Explication des symboles: PMr IL ∆B PMcal I l s'agit du relevé du mesureur de puissance thermocouple L'incertitude du relevé est due la résolution de l'affichage et l'instabilité de l'indication elle-même I l s'agit de la perte d'insertion du montage de transformateur, mesurée conformément la procédure décrite en 3.3 L'incertitude de mesure de IL provient de l'imprécision de l'analyseur de réseau et du courant en mode commun qui circule dans le montage de mesure La planéité de IL est prise en compte par le terme FL C (voir ci-dessous) I l s'agit de la bande de fréquences occupée par le signal d'essai L'incertitude de ce terme provient de l'imprécision de fréquence du générateur d'essai I l s'agit du facteur d'étalonnage du mesureur de puissance Son incertitude est indiquée dans le certificat d'étalonnage du mesureur de puissance I l est recommandé de prendre en considération l'incertitude d'étalonnage, la non-linéarité et la dérive lors du calcul de l'incertitude combinée de ce terme I l est pris pour hypothèse que le facteur d'étalonnage demeure essentiellement constant dans la l Copyright International Electrotechnical Commission I EC 61 000-4-31 :201 © I EC 201 FL G FL C R A.3 – 75 – bande de fréquences d'essai Si la variation du facteur d'étalonnage dans la bande de fréquences d'essai ne peut pas être négligée, la contribution l'incertitude correspondante est calculée et intégrée I l s'agit de la correction pour la planéité du générateur d'essai (voir 2) Sa valeur attendue est dB, et ses limites minimales et maximales peuvent être obtenues partir d'une mesure ou d'une spécification, le cas échéant I l s'agit de la correction pour la planéité de la chne d'instrumentation d'essai entre l'accès de sortie du générateur d'essai et l'accès EUT du RCDD Sa valeur attendue est dB, et ses limites minimales et maximales peuvent être obtenues partir de la mesure de la perte d'insertion décrite en 3.4 I l s'agit de la correction pour la non-répétabilité du montage de mesure et de l'instrumentation d'essai Sa valeur attendue est dB, et son écart type est évalué après plusieurs répétitions indépendantes du processus de réglage de niveau Il convient de concevoir les répétitions de telle sorte que les principales causes de non-répétabilité soient détectées, par exemple les variations environnementales (températures et humidité), les connecteurs de câbles, la dérive de l'instrumentation électronique, les différents opérateurs et les différents agencements Expression de l'incertitude de mesure calculée et de son application L'IM est calculée en unités logarithmiques pour garantir son homogénéité avec les contributions d'incertitude l'incertitude du niveau d'essai de la densité spectrale de puissance (p ex : spécification de l'amplitude du mesureur de puissance et étalonnage de la perte d'insertion de l'adaptateur), généralement exprimée en dB La meilleure estimation doit donc aussi être exprimée en unités logarithmiques (p ex : dBm/Hz) La densité spectrale de puissance doit être indiquée la fois en termes de meilleure estimation et d'incertitude élargie Un exemple de présentation de l'incertitude de mesure est donné ci-dessous: En unités logarithmiques: SD = –49, dBm/Hz ± 2,8 dB Cela correspond sur l'échelle linéaire à: SD = 1 ,7 nW/Hz + (32 %) – (48 %) La valeur de l'IM calculée peut être utilisée pour différents objectifs, par exemple comme indiqué par des normes de produits ou pour l'accréditation de laboratoire I l n'est pas prévu que le résultat de ce calcul soit utilisé pour ajuster le niveau d'essai qui est appliqué aux EUT lors du processus d'essai Copyright International Electrotechnical Commission – 76 – I EC 61 000-4-31 :201 © IEC 201 An n e x e B (informative) J u s ti fi c a t i o n d u c h o i x d e l a s o u rc e l a rg e b a n d e p ré fé re n ti e l l e – I n fo rm a t i o n s re l a t i v e s l a g é n é ti o n d ' u n s i g n a l d ' e s s a i B.1 G é n é l i t é s La présente norme définit un signal large bande et largeur de bande limitée comme signal d'essai Les signaux large bande et largeur de bande limitée peuvent être générés de différentes manières Dans les cas où l'immunité aux signaux produits par des alimentations découpage et des dispositifs analogues est évaluée, un signal impulsionnel peut être approprié Pour les systèmes de communication (p ex : par courants porteurs en ligne) utilisés comme source de perturbations, un schéma multiplexage par répartition en fréquence orthogonale (OFDM) semble plus approprié Dans le domaine fréquentiel (sans prise en considération de l'angle de phase), les signaux semblent relativement similaires, mais diffèrent nettement dans le domaine temporel L'Annexe B donne quelques lignes directrices concernant la production de signaux large bande et largeur de bande limitée et explique pourquoi un signal de bruit aléatoire (physique) est choisi comme signal préférentiel En outre, le matériau peut être utile dans les cas où des problèmes spécifiques la CEM nécessitent d'être évalués sur la base de signaux plus représentatifs de la source réelle de perturbations B.2 P ri n c i p e s d e g é n é t i o n d e s i g n a u x l a rg e b a n d e e t l a rg e u r d e b a n d e l i m i té e B.2.1 G é n é l i t é s Les exemples donnés ici ne sont pas exhaustifs, mais expliquent les principes de génération d'un signal large bande Trois principes de base pour la génération de signaux large bande et largeur de bande limitée peuvent être distingués: • • • utilisation d'un générateur de signal large bande et limitation de la bande de fréquences par un filtre passe-bande joint (bruit physique, pseudo bruit); utilisation d'un générateur d'impulsions avec une forme d'impulsion appropriée; génération d'un signal qui contient exclusivement, de manière délibérée, des fréquences d'une certaine bande de fréquences (schéma OFDM) B.2.2 G é n é t i o n d e b ru i t ( ré e l l e m e n t ) a l é a t o i re La génération de bruit réellement aléatoire utilise une source de bruit blanc (p ex.: bruit de grenaille dans une diode semiconducteurs) Pour la limitation de bande, un filtre passe-bande restreint la répartition spectrale de la sortie du générateur de bruit la bande de fréquences exigée (voir Figures B a et B b) Les caractéristiques du filtre déterminent le spectre du signal créé Des filtres d'ordre supérieur nécessitent d'être réalisés afin de satisfaire aux exigences concernant les pentes aux fréquences limites Sou rce d e brui t Fi ltre passe-band e IEC F i g u re B a ) Copyright International Electrotechnical Commission – P ri n c i p e d e g é n é ti o n d e b ru i t r é e l l e m e n t a l é a t o i re N i veau , d B ( µ V) I EC 61 000-4-31 :201 © I EC 201 – 77 – 20 110 00 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 50 00 50 200 Fréq u ence (MH z) IEC Les caractéristiq u es d e l arg eur d e ban d e/fil tre d épend ent d es exi gen ces d e pentes énoncées d ans l e corps d e la présente norme Fi gu re B.1 b) – Exempl e de signal de bru it al éatoire largeur de bande limitée Figure B.1 – Source de bruit blanc B.2.3 Séquence de bruit pseudo-aléatoire La source de bruit réellement aléatoire peut être remplacée par une séquence de nombres aléatoires chargée dans la mémoire d'un générateur de formes d'onde arbitraires (AWG) Pour faciliter la mise en œuvre du filtre de bande, l'échantillon de séquence peut être préconditionné Ainsi, seul un filtre anti-alias est physiquement nécessaire la sortie de l'AWG (voir Figure B 2) La conception de ce filtre n'est pas aussi exigeante que pour la génération de bruit réellement aléatoire lorsqu'une fréquence d'échantillonnage de l'AWG suffisamment large est choisie La fréquence limite du filtre anti-alias correspond habituellement la moitié de la fréquence d'échantillonnage Générateu r de formes d 'on de arbi trai res (AWG) M émoi re D/A Fi ltre anti -ali as Logi qu e d e comman d e IEC Figure B.2 – Principe de génération d'un signal large bande et largeur de bande limitée l'aide d'un générateur de formes d'onde arbitraires Copyright International Electrotechnical Commission – 78 – I EC 61 000-4-31 :201 © IEC 201 Soit s ( t) la séquence de nombres aléatoires Ce signal est indépendant de la fréquence (au moins dans un intervalle de fréquences égal la moitié de la fréquence d'échantillonnage) et peut être exprimé dans le domaine fréquentiel sous la forme de S( ω ) Le filtrage peut être effectué dans le domaine fréquentiel en multipliant S( ω ) par une caractéristique de filtre HF ( ω ) U ne fonction rectangulaire Hn ( ω ) dans le domaine fréquentiel: H n (ω ) correspond la fonction h n ( t)  = 0 si ω < ω n sinon (B.1 ) dans le domaine temporel: ωn ⋅ sinc(ω n ⋅ t) π hn ( t ) = (B.2) avec: sinc( x ) = sin( x ) x Le filtre du spectre de signal souhaité ayant une fréquence limite minimale et une fréquence limite maximale f2 ( → ω → H2 (ω ) ) est: H F (ω ) = H (ω ) − H1 (ω ) (B.3) f1 ( → ω → H1 (ω ) ) (B.4) avec la réponse impulsionnelle correspondante dans le domaine temporel: h F (t ) = ω2 ω sinc(ω ⋅ t ) − sinc(ω ⋅ t ) π π (B.5) L'application du filtre la séquence de nombres aléatoires dans le domaine fréquentiel correspond une multiplication Dans le domaine temporel, elle devient une opération de convolution: g (t ) = hF ( t ) s ( t ) (B.6) Si cette séquence g( t) est chargée dans la mémoire d'un AWG, le spectre correspondant est le spectre défini dans la partie principale de la norme La Figure B représente le spectre mesuré avec un récepteur de mesure (détecteur AV, largeur de bande de résolution 20 kHz, palier de fréquence 50 kHz) pour un signal généré avec un AWG paramétré comme suit: • • • • • • fréquence d'échantillonnage 250 MS/s; longueur d'échantillonnage 500 µ s (1 25 000 points); résolution verticale de bits; largeur de bande analogique de 00 MHz; limite de bande minimale 50 kHz; limite de bande maximale 80 MHz Copyright International Electrotechnical Commission N i veau , d B ( µ V) I EC 61 000-4-31 :201 © I EC 201 – 79 – 20 110 00 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 00 Fréq u ence (MH z) IEC Figure B.3 – Spectre du signal de bruit pseudo-aléatoire largeur de bande limitée (mesuré avec une largeur de bande de résolution de 20 kHz) La Figure B.4 représente un extrait de la sortie dans le domaine temporel Tensi on (V) –1 –2 –3 –0, –0, –0, –0, –0, Temps ( µ s) 0, 0, 0, 0, 0, IEC Figure B.4 – Extrait du signal de pseudo bruit largeur de bande limitée dans le domaine temporel (mesuré avec un oscilloscope) Copyright International Electrotechnical Commission – 80 – I EC 61 000-4-31 :201 © IEC 201 N i veau , d B ( µ V) Le fait que certains des AWG disponibles sur le marché ne comportent pas de filtre anti-alias intégré doit être pris en compte Dans ce cas, des fréquences miroirs apparaissent l'extrémité supérieure du spectre (voir Figure B.5) Pour éviter ces composantes spectrales, un filtre anti-alias externe doit être appliqué 20 110 00 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 50 00 50 200 Fréq u en ce (MH z) IEC F i g u re B – S p e ctre d u s i g n a l d e p s e u d o b ru i t l a rg e u r d e b a n d e l i m i té e s a n s fi l tre a n ti -a l i a s I l existe une autre différence par rapport au signal de bruit produit physiquement décrit en B 2.2 Dans la mesure où la longueur de la séquence d'échantillonnage est finie, il convient que les périodes aléatoires contiennent plus de (2 -1 ) échantillons et que la même séquence soit répétée successivement par le générateur afin de produire un signal continu Mathématiquement, cela peut être décrit par convolution du signal d'échantillonnage avec une longueur finie et un signal de peigne Dans le domaine fréquentiel, cela correspond une multiplication du spectre du signal obtenu pour la séquence unique par un peigne de fréquence, laquelle donne un spectre de peigne Le peigne de fréquence correspond la longueur de la séquence Avec une longueur de séquence de 500 µ s, un peigne avec un intervalle de fréquence de kHz se produit (voir Figure B.6) Copyright International Electrotechnical Commission N i veau , d B ( µ V) I EC 61 000-4-31 :201 © I EC 201 – 81 – 20 110 00 90 80 70 60 50 40 30 20 10 10 0, 05 0, Fréq u ence (MH z) IEC F i g u re B – E x t i t d u s p e c t re d ' u n s i g n a l d e p s e u d o b ru i t l a rg e u r d e b a n d e l i m i t é e ( m e s u ré a ve c u n e l a rg e u r d e b a n d e d e ré s o l u t i o n B.2.4 d e 0 H z) I m pu l si on Un autre moyen de produire un signal large bande consiste utiliser directement l'impulsion sinc (voir Equation B.5) Le spectre obtenu avec les paramètres ci-après: • • • • • • fréquence d'échantillonnage 250 MS/s, longueur d'échantillonnage 200 µ s (50 000 points), résolution verticale de bits, largeur de bande analogique de 00 MHz, limite de bande minimale 50 kHz, et limite de bande maximale 80 MHz peut être consulté la Figure B (mesuré avec une largeur de bande de résolution de 20 kHz) Copyright International Electrotechnical Commission N i veau , d B ( µ V) – 82 – I EC 61 000-4-31 :201 © IEC 201 20 110 00 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 00 Fréq u ence (MH z) IEC Figure B.7 – Spectre du signal impulsionnel largeur de bande limitée (mesuré avec une largeur de bande de résolution de 20 kHz) La Figure B représente un extrait dans le domaine temporel Ce signal présente un faible facteur de crête, c'est-à-dire la relation entre l'amplitude de crête et le niveau moyen L'amplificateur doit être dimensionné de manière transmettre la valeur de crête sans distorsion Tensi on (V) –1 –2 –3 –4 –0, –0, –0, 05 Temps ( µ s) 0, 05 0, 0, IEC Figure B.8 – Extrait du signal impulsionnel largeur de bande limitée dans le domaine temporel (mesuré avec un oscilloscope) Copyright International Electrotechnical Commission I EC 61 000-4-31 :201 © I EC 201 – 83 – N i veau , d B ( µ V) Dans la mesure ó l'impulsion est répétée dans le domaine temporel par le générateur, un spectre de peigne est obtenu I l peut être observé en meilleure résolution (largeur de bande de 200 Hz) la Figure B 20 110 00 90 80 70 60 50 40 30 20 10 10 0, Fréq u ence (MH z) 0, 05 IEC Figure B.9 – Extrait du spectre d'un signal impulsionnel largeur de bande limitée (mesuré avec une largeur de bande de résolution de 200 Hz) B.2.5 Schéma OFDM La manière la plus sophistiquée de produire un signal large bande consiste utiliser un schéma OFDM, car il s'agit de la base de nombreux systèmes de communication modernes Un vecteur de nombres aléatoires complexes ( I, valeurs de charge utile Q, symbole) est généré sous forme Les éléments du vecteur sont modulés pour correspondre un certain nombre de porteuses séparées par / Tsym bol , (où Tsymbol : longueur du symbole) Plusieurs symboles charge utile aléatoire peuvent être regroupés Enfin, la séquence temporelle est chargée dans la mémoire de l'AWG Le spectre de sortie d'un signal avec les paramètres ci-après: • • • • • • taux d'échantillonnage 250 MS/s, longueur de symbole 00 µ ms → écartement des porteuses kHz, plage de fréquences 50 kHz 80 MHz → 985 porteuses, symboles charge utile aléatoire → longueur de séquence 500 µ s, résolution verticale de bits, et largeur de bande analogique de 00 MHz est représenté la Figure B.1 Dans la mesure où le générateur répète la séquence, un spectre de peigne est nouveau produit Il peut être observé en meilleure résolution la Figure B.1 Copyright International Electrotechnical Commission N i veau , d B ( µ V) – 84 – I EC 61 000-4-31 :201 © IEC 201 20 110 00 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 00 Fréq u ence (MH z) IEC N iveau , d B ( µ V) Figure B.1 – Spectre du signal OFDM (mesuré avec une largeur de bande de résolution de 20 kHz) 20 110 00 90 80 70 60 50 40 30 20 10 10 0, 05 0, Fréq u ence (MH z) IEC Figure B.1 – Extrait du spectre d'un signal OFDM (mesuré avec une largeur de bande de résolution de 200 Hz) Le mécanisme de création d'une séquence temporelle avec le schéma OFDM permet de réaliser des spectres arbitraires Cela permet par exemple de compenser la relation de fréquence entre l'amplificateur de puissance, les câbles et le RCD U n exemple de spectre est représenté la Figure B.1 2, où un pas d'amplitude de dB a été inséré 30 MHz Copyright International Electrotechnical Commission N i veau , d B ( µ V) I EC 61 000-4-31 :201 © I EC 201 – 85 – 20 110 00 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 00 Fréq u ence (MH z) IEC Figure B.1 – Spectre du signal OFDM avec un pas d'amplitude 30 MHz (mesuré avec une largeur de bande de résolution de 20 kHz) B.3 Choix de la source large bande préférentielle I l existe plusieurs manières de produire un signal d'essai large bande (voir Tableau B.1 ) Pour l'investigation de problèmes spécifiques la CEM, l'utilisation d'un type de signal représentatif d'une source de perturbations est appropriée Néanmoins, pour une norme de base dont l'objectif est de simuler différents types de sources de perturbations, un signal de perturbation constituant un bon compromis doit être défini Tableau B.1 – Comparaison des méthodes de génération de signaux de bruit blanc Type de si gnal d'essai large bande Exemples de sou rces de pertu rbati ons Converti sseurs de Au tres systèm es de fréqu ence CPL commu nication Ali mentati on (point2point) décou page + Bru it (en cas d 'i mpu lsion mod ul ée) + I m pul si on ++ – – OFDM ++ ++ Complexité du matériel d'essai – (amplificateu r) (d éfi niti on d es paramètres exigés) I l semble que la source de bruit largeur de bande limitée soit la plus appropriée pour une norme de base L'utilisation d'un schéma OFDM exigerait la définition de la structure OFDM (nombre de porteuses, constellation des porteuses, écartement entre les porteuses, etc.) pour permettre la reproductibilité des résultats d'essai Le signal impulsionnel ne représente pas les menaces de manière appropriée, par exemple la méthode CPL ou d'autres systèmes de communication Copyright International Electrotechnical Commission – 86 – I EC 61 000-4-31 :201 © IEC 201 Bibliographie [1 ] I EC TR 61 000-1 -6, Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 1-6: General – Guide to the assessment of measurement uncertainty (disponible en anglais seulement) [2] U KAS, M3003, Edition 2, 2007, The Expression of Uncertainty and Confidence in Measurement, téléchargement libre sous www ukas.com (disponible en anglais seulement) [3] I SO/I EC Guide 98-3, Incertitude de mesure – Partie 3: Guide pour l'expression de [4] CI SPR 6-1 -2, Spécifications des méthodes et des appareils de mesure des perturbations radioélectriques et de l'immunité aux perturbations radioélectriques – Partie 1-2: Appareils de mesure des perturbations radioélectriques et de l'immunité aux perturbations radioélectriques – Dispositifs de couplage pour la mesure des perturbations conduites [5] U IT-T O 9:1 999, Measuring arrangements to assess the degree of unbalance about earth (disponible en anglais seulement) [6] I TU -R BT.1 306-7: 201 5, Error-correction, data framing, modulation and emission methods for digital terrestrial television broadcasting (disponible en anglais seulement) [7] I EC GU IDE 07, Electromagnetic compatibility – Guide to the drafting of electromagnetic compatibility publications l'incertitude de mesure (GUM:1995) _ Copyright International Electrotechnical Commission Copyright International Electrotechnical Commission INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSI ON 3, rue de Varembé PO Box 31 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