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Nicolas Vachon
il y a 7 ans
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1 CEM des objets connectés ENOVA - 11 février 2016 François POITEVIN Expert CEM

2 Sommaire Introduction. Quelles exigences normatives? Les conséquences sur les produits radio. Coexistence radio-cem. 2

3 De plus en plus d applications sans fil intégrées Utilisation sûre et efficace des applications sans fil (RF) intégrées ou au voisinage des équipements doit assurer : La coexistence des réseaux et applications sans fil, L'intégrité des données et la performance, La sécurité des utilisateurs, La CEM des systèmes. Étant donné que ces questions touchent tous les stades du cycle de vie du produit, les réglementations imposent un certain nombre de prescriptions comme : La documentation et la mise en œuvre des exigences de conception des produits, Vérification de la conception et la validation des équipements, Les processus de gestion des risques et modalité d utilisation des équipements. 3

4 Rappel du principe de la CEM Compatibilité d un équipement avec son environnement électromagnétique S.R E.R E.C S.C 4

5 CEM et radio sur le même terrain CEM : immunité CEM : Emission 5

6 CEM et radio La CEM et la radio sont basées sur les mêmes principes physiques. La CEM et la radio sont régies par des normes différentes. Il y a obligatoirement des zones de recoupement (blocking du récepteur: radio ou CEM?) 6

7 Considérations à prendre en compte Choix de la technologie radio à utiliser, Qualité du service radio en termes de liaison et d informations transmises, Coexistence de différents émetteurs, Fonctionnement de l équipement intégrant une fonction radio de façon satisfaisante sur son emplacement d utilisation Prise en compte au niveau de la conception des aspects RF, Analyse de risques : prendre en compte les aspects liées à la coexistence de systèmes RF et CEM, Spécifications à préciser dans le manuel d utilisation, Sécurité de fonctionnement des dispositifs RF et impacts. 7

8 Exigences CEM normatives

9 Rappel : CEM pour un produit sans radio Directive 2004/108/CE puis 2014/30/UE, Respect des normes harmonisées parues au JOUE, Concerne l émission et l immunité, Essais et mesures faits sur l appareil en configuration représentative et fonctionnement normal. 9

10 Exemples de normes harmonisées CEM EN : émission pour l environnement industriel EN : émission pour les A.T.I. EN : immunité pour les A.T.I. EN : émission pour les appareils électrodomestiques EN : Immunité aux décharges électrostatiques EN : immunité aux transitoires rapides en salves EN : immunité au champ magnétique 50/60 Hz 10

11 Ajout d une fonction radio Que se passe-t-il lorsqu on ajoute une fonction radio à un appareil? Plus de lien avec la directive CEM. Mais respect obligatoire de la directive radio R&TTE / RED. 11

12 Exigences essentielles de la directive radio Utilisation efficace du spectre Compatibilité électromagnétique Protection de la santé et de la sécurité Application des exigences de protection du spectre Utilisation des bandes de fréquences Conformité aux exigences essentielles de la directive CEM 2014/30/UE Conformité aux exigences essentielles de la directive BT 2014/35/UE sans seuil bas de tension 12

13 Normes CEM des équipements radio La directive radio appelle la directive CEM qui elle-même fait référence aux normes harmonisées. Normes CEM pour les équipements radio EN : EN : principes et spécifications techniques générales, EN : Bluetooth et Wifi 2,4 GHz et 5 GHz, EN : 2G, EN : 3G et 4G, EN : SRD (télécommandes, RFID ). 13

14 EN Ces normes CEM spécifient : les niveaux d émission : référence à l EN classe B, Les essais et niveaux d immunité correspondent à l environnement résidentiel. 14

15 Quel impact sur les produits radio?

16 Les familles d essais : émission Emission rayonnée Emission conduite 16

17 Les familles d essais : immunité Immunité rayonnée Décharges électrostatiques Quelques exemples Transitoires rapides en salve 17

18 Rayonnements d un appareil connecté Raie d émission radio Harmonique de l émetteur Bruit rayonné par les circuits numériques 18

19 Conditions d essais en immunité Essais faits avec la radio activée, Les normes fixent les critères de performance : 19

20 Essais d immunité : perturbation en bande étroite Perturbation du récepteur dans sa bande de fonctionnement : bande d exclusion. Possibilité de perturber un récepteur radio à d autres fréquences que la porteuse (FI par exemple). Le dysfonctionnement n apparaît alors que sur une plage de fréquence très étroite (mis en évidence par un décalage faible de la fréquence de la perturbation). Dans ce cas, on ne prend pas en compte le dysfonctionnement. 20

21 Quels niveaux au final pour un appareil connecté? Les normes CEM et radio peuvent avoir des niveaux imposés différents. Emission : on se base sur l environnement final du produit. Résidentiel ou industriel. Immunité : les essais sont les mêmes. Seuls les niveaux changent. On prend dans chaque cas le plus sévère. 21

22 Un exemple Ordinateur (EN et EN 55024) comportant un module Wifi (EN et -17) 1 ER norme radio : en TX et RX (Spurious), 2 ER normes CEM : Module Wifi éteint limite de l EN classe B, 3 Immunité : mêmes essais. On choisit pour chacun le niveau le plus sévère. 22

23 Coexistence radio électronique CEM fonctionnelle

24 Développement en «Coexistence & CEM» (1) Récentes publications au niveau de la FDA prenant en compte les exigences de coexistence radio : IEEE Wireless Coexistence Working Group (WG) : develops standards for coexistence between wireless standards of unlicensed devices IEEE Recommended Practice for Information technology-- Local and metropolitan area networks-- Specific requirements-- Part 15.2: Coexistence of Wireless Personal Area Networks with Other Wireless Devices Operating in Unlicensed Frequency Bands IEEE Recommended Practice for the Analysis of In-Band and Adjacent Band Interference and Coexistence Between Radio Systems 24

25 Développement en «Coexistence & CEM» (2) Exemption des récepteurs lors des essais CEM selon la norme CEI Ed. 3 dans la bande de fonctionnement considérée comme une «bande d exclusion». La nouvelle norme Edition 4 exige que les tous les aspects de sécurité soient prises en compte dans toute la bande. Travaux en cours au niveau de l ETSI. Les nouvelles normes Radio selon la Directive R&TTE prennent de plus en plus en compte les exigences sur le récepteur (sensibilité, blocking, Canal adjacent, ) 25

26 Principaux essais sur le récepteur Sensibilité en conduction Niveau minimum de réception reçu sans erreur Sélectivité par rapport au canal adjacent Mesure de la capacité d un récepteur à fonctionner de manière satisfaisante en présence d un signal non recherché, qui diffère de la fréquence du signal recherché dans le canal adjacent. Blocage et désensibilisation Mesure de la capacité d un récepteur à fonctionner de manière satisfaisante en présence d un signal non recherché, qui diffère de la fréquence du signal recherché à + 2 MHz, +10 MHz, -2 MHz et -10 MHz Immunité aux réponses parasites Mesure de la capacité à recevoir un signal modulé sans excéder un niveau de dégradation donné, liée à la présence d un signal non modulé à toute autre fréquence, à laquelle est obtenue une réponse. 26

27 Perturbation du module radio Rayonnement des circuits numériques Antenne Conséquence : désensibilisation et perte de portée. Particularité : grande sensibilité mais plage de fréquence réduite. 27

28 Moyens de protection de la radio Déterminer les sources : horloges, bus, composants numériques, découpage, étincelles, fronts, autres services radio. Eloigner les sources : zoning, Utiliser un plan de masse pour limiter le rayonnement, Choisir les fréquences d horloge (harmoniques hors de la bande radio), Filtrer l entrée du récepteur (filtre réjecteur). 28

29 Perturbation par le module radio Rayonnement de l antenne Circuit audio : microphone Risque de détection d enveloppe, Même problème que l immunité aux champs rayonnés

30 Protection de l électronique Solutions habituelles en CEM, Déterminer la piste ou le composant sensible, Eloigner : zoning, Filtrer, Blinder. 30

31 Synthèse des NC rencontrées en essai (1) Essentiellement dépassements de limites lors de l essai de spurious et puissance au dessus de la limite autorisée. Puissance dépassant la limite: Réduction de la puissance par soft Gain antenne ou problème de désadaptation Spurious sur les harmoniques: Réduction de la puissance d'émissions du produit pour vérifier que le produit ne sature pas. Ajouter d'un filtre passe bande en sortie de PA pour ne laisser passer que le fondamental. Ajouter un matching pour adapter la sortie du PA vers l'antenne. Ajout d'un blindage électromagnétique sur le circuit RF Design de l antenne et son positionnement dans le produit 31

32 Synthèse des NC rencontrées en essai (2) Test en température: Ajout d'un table de correction Amplitude Fréquence en fonction de la température. Choisir des composants plus stable en température (Choix des Quartz...) Test en tension extrême basse: Ajout d'une consigne soft pour couper la transmission en tension basse Bande de modulation: Choisir une modulation ayant une bande passante plus faible. Ex choisir une modulation GFSK plutôt que FSK 32

33 Merci pour votre attention 33

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