В качестве испытуемого образца будет выступать случайно оказавшаяся под рукой, всеми любимая Arduino UNO R3. Забегая вперед скажу, что все измерения были проведены на расстоянии около 1-2 мм от поверхности элементов. В качестве двух основных точек измерения были выбраны непосредственно сам микроконтроллер MEGA328 (точка 1) и преобразователь USB-UART CH340G (точка 2). Да-да, это китайский клон, посмотрим как он ведет себя с точки зрения электромагнитных помех и излучаемого спектра.
Вначале
пара теоретических моментов, которые помогут нам лучше понять полученные результаты.
Во-первых, необходимо понимать, что такое гармоники частоты. Это по сути произведения основной частоты на целые числа. Так если контроллер нашей Ардуины работает на тактовой частоте 16 МГц (теоретически), то гармоники будут 32 МГц, 48 МГц и т.д. вплоть до, например, 15-ой гармоники равной 240 МГц. В теории с увеличением номера гармоники интенсивность ее излучения будет падать. Кроме того на нашей Ардуине еще используется тактовая частота 12 МГц (преобразователь USB-UART CH340G), для которой гармоники будут соответственно 24 МГц, 36 МГц, 48 МГц и т.д.
Во-вторых, в теории электромагнитной совместимости принято выражать результаты измерения в величинах вида дБмкВ или дБмкВт (часто просто сокращают дБм). Подобные величины следует понимать как отношение измеряемой величины к единице соответствующей размерности. Т.е. если в обычном децибеле находится отношение одного произвольного значения к другому, то в данном случае это отношение строго к 1.
Так как во всех дальнейших измерениях значения представлены в дБмкВ, то для облегчения понимания приведу краткий список соотношений
- 0 дБмкВ = 20log(1 мкВ / 1 мкВ) = 1 мкВ
- 6 дБмкВ = 20log(2 мкВ / 1 мкВ) = 2 мкВ
- 9,5 дБмкВ = 20log(3 мкВ / 1 мкВ) = 3 мкВ
- 14 дБмкВ = 20log(5 мкВ / 1 мкВ) = 5 мкВ
- 20 дБмкВ = 20log(10 мкВ / 1 мкВ) = 10 мкВ
- 40 дБмкВ = 20log(100 мкВ / 1 мкВ) = 100 мкВ
Теперь
к практике. Для начала измеряем уровень излучения над MEGA328. И сразу видим, что тактовая частота не 16 МГц, а 15,87 МГц. Отклонение составляет 130 кГц и находится в пределах около 1%, что, как мне кажется, для китайского клона просто шикарно. Величина излучения 36,53 дБмкВ или 67 мкВ.
Установим границы обзора спектра 10-50 МГц и посмотрим на гармоники рабочей частоты микроконтроллера. Маркером 1 обозначена основная частота, а маркерами 2 и 3 соответственно вторая гармоника (39,70 дБмкВ = 96,6 мкВ) и третья гармоника (21,41 дБмкВ = 11,76 мкВ). Любопытно, что вторая гармоника получается более мощной, чем основная частота. Также в спектре видно множество небольших пиков и на других частотах, их мы рассмотрим позже.
До этого момента Ардуина работала от внешнего блока питания и выполняла ранее залитый в нее скетч. Теперь подключим ее к ПК при помощи USB-кабеля. После этого мы отчетливо видим, что в излучаемом спектре появляются вторая, третья и четвертая гармоники частоты 12 МГц (маркеры 2, 3 и 4 соответственно). При этом сама основная частота 12 МГц (маркер 1) на микроконтроллере отсутствует.
Теперь на некоторое время обратим внимание на вторую область измерения, а именно на USB-UART преобразователь CH340G. Первый спектр соответствует отключенному USB-кабелю, а второй подключенному. Хорошо видно, что во втором случае в спектре излучения добавляется основная частота 12 МГц и ее вторая 24 МГц, третья 36 МГц и четвертая 48 МГц гармоники.
USB отключен
Вначале я подумал, что при отключенном USB-кабеле CH340G автоматически выключается и поэтому 12 МГц отсутствует в спектре. Однако уже при дальнейшем внимательном рассмотрении я заметил пик на частоте 12,66 МГц, который присутствует всегда и сделал вывод, что это и есть тактовая частота для CH340G с погрешностью в 5,5% (точное значение частоты этого пика будет хорошо видно дальше).
USB включен
Снова отключим USB-кабель, вернемся к основному чипу MEGA328 и попробуем оценить излучаемый им спектр в диапазоне частот 10 МГц – 50 МГц. Три следующих скрина дают представления об уровнях излучения на основных присутствующих частотах. Здесь можно видеть уже упомянутую нами ранее основную частоту 15,87 МГц и ее гармоники, а также массу других. Я надеюсь, что в комментариях мы совместно обсудим откуда могла взяться каждая из частот.
Ну и в конце еще два скрина, дающие представление о том, как казалась бы безобидная Arduino с рабочей частотой 16 МГц, при определенных обстоятельствах может «фонить» на частотах до 400 МГц. На первом скрине представлен частотный диапазон 0.1 МГц – 200 МГц и расположенные в нем первые 12 гармоник основной рабочей частоты. Как видим излучаемый спектр с небольшим ослаблением легко достигает 190,29 МГц.
На втором скрине представлен частотный диапазон 0.1 МГц – 500 МГц. Здесь пик на частоте 286,71 МГц соответствует 18 гармонике основной рабочей частоты (маркер 1), а пик на частоте 428,35 соответствует 27 гармонике основной рабочей частоты (маркер 4).
Интересно было бы увидеть подобные замеры для оригинальной Arduino. Возможно ее меньшие паразитные излучения могли бы стать дополнительным аргументом в холиваре «оригинал vs китайский клон».
.он просто опечатался…
Спасибо, исправлено
На сайте пройдите в раздел контакты, там все есть.
В правилах сайта нигде не было сказано, что необходимо зарегиться, потом «read-only» пол-года, потом 20 комментариев и только потом обзор.
Отчет развернутый — ну да, работа научила ко всему подходить обстоятельно.
В отношении нормативных документов тут действует
ГОСТ 30805.22-2013 Совместимость технических средств электромагнитная. Оборудование информационных технологий. Радиопомехи индустриальные. Нормы и методы измерений
т.е. Arduino как класс микропроцессорных устройств относится к оборудованию информационных технологий.
Выводы можно сделать сопоставив результаты с аналогичными измерениями оригинальной Arduino, если принять ее за «эталон». Но факт того, что при включении клона ПК не повисает, радиоприемники не фонят, смартфоны не перезагружаются, то все ОК! :)
Шаловливые это ручки или нет, сложно сказать. Научной ценности «исследование» конечно не представляет, но надо было испробовать установку и это было сделано, не на абстрактной печатной плате, а на реальном объекте окружающего мира.
Пиши иЩЩо!
Сам регулярно заказывал в Китае пигтейлы, разъёмы, антенны — всё приходило в лучшем виде и на порядок дешевле, чем продают в Москве.
P.S. Я понимаю, что у лаборатории сайт новый, ещё много будет исправляться и дополняться, но первым делом исправьте контактные данные в виде картинки.
Картинка сделана намеренно. Спамеры сканируют телефоны и потом засыпают СМСками.
2. поправки в закон о смс-рассылках. кол-во смс-спама уже значительно сократилось.
И там всегда присутствовали сотрудники РЧЦ. У них все кабеля, приборы и антенны были по гостам переодически проходили калибровку или юстировку. Если вы сами представляете лабораторию, то как к вам отнесутся заказчики которым вы выдаете заключение, в котором присутствуют данные полученные с использованием китайских кабелей, с непонятными характеристиками ;)))
зы. emcproblem а вы случайно с ООО «интерпроект» (провайдер freshtel) не пересекались ;))))
понятно тогда почему бензина на заправках по литру с ведра не доливают… все в пределах погрешности. :))) мне кажется те же метрологи работают — ООО «emcproblem». :))))
с китайскими калибровочными емкостями…
Далее, с чего Вы решили, что НАУЧНАЯ лаборатория, выдает какие-то заключения. Если уж Вы перешли по ссылке, то надо было ознакомиться с сотрудничеством, которое предлагает Лаборатория, а это научно-исследовательская и учебная деятельность, половина из которой за счет бюджета.
зы — с ООО «интерпроект» не пересекался
зы2 — кстати хорошая тема для нового обзора — Сравнение характеристик «брендового кабеля» и китайского :) Спасибо за наводку
не принимайте близко высказывания на ваш счет. правил сайта вы не нарушили. обзор получился интересным и информативным.
если есть еще что-либо из товаров данной тематики, то пишите еще
PS. может вам на хабр попробовать пробраться?
Реклама это или нет — ссылка приведена для того, чтобы те кому интересно (а здесь собираются люди любопытные и разносторонние) могли ближе ознакомиться с вопросами решаемыми в рамках обеспечения ЭМС. На сайте Вам предлагают что-то купить? Вроде как нет. Например, обучение в аспирантуре проводиться за счет бюджетных средств. Целевая подготовка за счет бюджетных средств. Ну повышение квалификации правда да, надо заплатить. Даже проведение научно-исследовательской работы может быть выполнено на взаимовыгодных условия.
Вот за рубежом проблему обеспечения внутриаппаратурной ЭМС решают уже более 40 лет, а у нас Вы найдете 5 книжек, при этом последняя 2007 года. Это нормально? Так что отвечая на Ваш вопрос — да, это реклама, реклама проблемы внутриаппаратурной ЭМС.
Самое интересное, что по сути обзора Вы ничего дельного не сказали, т.е. основное не увидали, зато отыскали дату регистрации домена.
— явная реклама сайта и Лаборатории, а не реклама проблемы ЭМС. т.е., п.11 правил.
По поводу клона: до этого вы только читали муську без регистрации? Обзор реально понравился и очень хорош для новичка, поэтому и было странно.
А по поводу умения писать, ну так это моя работа :)
Внимательное прочтение п.11 позволит понять, что в нем идет речь о сайтах схожей с mysku тематикой, т.е. сайтах обзревающих китайские магазины и их товары.
Имеющаяся ссылка ведет на сайт специализирующийся на решении задач ЭМС и ее целью
Обзору плюс :)
Конечно на тех частотах, что видны на анализаторе можно почти наплевать на качество кабеля, но я бы своих подчиненных просто убил бы :-)
Добрый совет — купите обжимные клещи (их как раз можно и нужно покупать в Китае), по бухте кабеля Radiolab 5D-FB и RG-316/U, по пакету всех ходовых разъемов (N-type, SO-239, SMA, RP-SMA, FME, SMB, CRC9 и т.д.), по нескольку метров термоусадки и делайте нужные кабели сами. Это реально просто. А самое главное легко контролируется качество на векторном анализаторе цепей по параметрам S11, S22 и S21 — в случае проблем можно тут же переделать. А вот что придет от китайских товарищей — не известно и, ИМХО, для целей метрологии должно применяться крайне осторожно.
В остальном за обзор однозначный плюс! Приятно читать и смотреть :)
Кстати, RIGOLы поверку проходят или с этим проблемы?
В том-то и дело, что потребность в ВЧ кабелях разовая и покупать бухту кабеля и пакет разъемов ну совсем ни к чему. В моем случае было экономически целесообразнее заказать в Китае. Меня больше удивляет то, что тоже самое в Москве заказать стоило в 5 раз дороже и то если уговоришь манагера. Так то…
С поверкой Rigol проблематично
Про целесообразность возможно Вы правы, но у меня это расходный материал — не живут долго при активном использовании разъемы и кабели. Регулярно меняем разъемы даже у самих ИККО, отправляя приборы в Челябинск. Из последнего — меняли сборку N-female на жестком коаксиальном волноводе у АКС-1601.
Ни в коем случае нельзя вращать корпус разъема, нужно затягивать только гайку — а корпус держать неподвижным.
Периодически нужно очищать контакты от грязи спиртом.
Хорошие разъемы у нас на стенде практически без изменения характеристик выдерживают несколько тысяч циклов.
А на ваших частотах они должны быть вечными.
И на каких частотах я в основном работаю? Какое оборудование подключаю? К чему?
Думаю, вряд ли вы на таких частотах работаете.
а вч-усилитель сам не «шумит»?
Шнурок есть, а его параметры на разных частотах?
Если интересно крупное фото могу выложить.
ВЧ усилитель очень высококачественный, специально для подобных слабых сигналов. Тут более важным является его линейность в заявленном диапазоне (3 МГц — 3 ГГц)
По параметрам шнурка — его влияние в общей картине будет столь незначительно, что в тестируемом диапазоне 30 МГц — 1 ГГц даже можно голову не забивать.
При наличии анализатора спектра минимум ~1500$ полезная вещь для разработчиков электроники, можно предварительно проверить
свои поделкисвой продукт перед сертификацией + приятные фишки: от поиска дорожек на многослойных платах до обнаружения помех влияющих на стабильность системы на стадии разработки.Однако вещь крайне специализированная тут могут покупку не понять, здесь народ дальше алдуины и DSO203 особо не забирается.
Так же Вы правы и по специфичности, особенно в России, где все привыкли делать по-старинке и на удачу.
И соответственно привык что 3 дБ это различие в два раза, 20 дБ — в 100 и т.д. Может у Вас в метрологии принято по другому? Или же различие берете по мощности, а под логарифмом амплитуды?
Пример — Вася сделал усилитель с входным сопротивлением 4 Ома и первый раз подал на него 4 В получил на выходе 4 Вт, второй раз подал 8 В и получил 16 Вт. Выразить в дБ отношение второго и первого случая.
Ответ — 20log(8В / 4В)= 6 дБ или 10log(16 Вт / 4 Вт)=6 дБ
Ими вполне можно повредить ответный разъем на приборе и вся экономия выйдет боком.
Как минимум нужно проверять под микроскопом качество изготовления и калибрами на допуски по размерам.
Лучше использовать нормальный кабель с нужными переходами, только ни в коем случае не с китайскими!
От интереса до понимания один шаг
Буду считать, что хоть одному человеку точно помог :)
Удалось достать по дешевке два N-N длиной 0.75 по 150 евро каждый. Плюс до кучи горстка эмфиноловских переходов по 8-20 евро за штуку.
И 58 (с однослойным экраном) и 316 кабели с их коэф.экранирования меньше 40дБ годятся только для перевязывания ими самими бухт приличного кабеля.
И… вот удивительно, насколько по-разному понимается людьми слово «измерение» ;-)).
Вот Вы, например, для чего кабели такие брали? В каких диапазонах работаете? Какие величины измеряете? У Вас они «самое слабое» звено в измерении?
Ну вот очень грубо… Есть ваша антенна пробника, соединенная с измерителем кабелем с коэф.экр. 40dB.
Что означает, что измерить по полю ДД больше этой цифры просто невозможно. А реально вы даже
не знаете, какой именно 316 вам продали, китайские кабели — они такие разные. Т.е. даже оценить
погрешность такого измерения нереально — ну и какое это измерение?
Про разъемы выше совершенно верно написали. Изгадить входы (пусть даже и Райгола) — ну неужели не жалко прибора?
Измеряю больше 30 лет в диапазоне DC-40GHz и уже давно понял, что экономить нельзя на двух вещах:
на зарплате себе-любимому и на приборах/оснастке.
Обзор мне понравился, просто для измерительной лаборатории такой подход мне кажется несерьезным. Хотя, опять же, это всего лишь мое скромное мнение.
Тут даже никто спорить не станет, НО, требования к погрешности-то у всех разные. Например, весы в магазине и аналитические весы в хим.лаборатории.
Далее надо понимать, что данная установка используется как инженерная, а не сертификационная. Т.е. тут не столь важно знать абсолютное точное значение, сколько относительное, так сказать «индикаторное». Проще говоря если по всей плате интенсивность излучения 1 «попугай», а в одном месте 10 «попугаев», то рыть надо здесь :) Погрешность в 10% в таком измерении более чем достаточна.
Китайские кабели попробуем проверить на векторном анализаторе цепей :)
Очень аккуратно и неспеша накручивал и смотрел как идет. Ни визуально, ни на ощупь ничего не мешало.
Но к сведению принял…
Тут главное сам принцип работы. Сейчас аспиранты работают с установкой всячески ее модифицируют и дорабатывают. Рано пока кабели по 150 евро ставить :)
В любом случае, спасибо за отзыв.
Для инженерных применений разумнее самому обжимать то, что нужно. Хотя бы будете знать, из чего это сделано. По цене получится то же самое, а по качеству… ну, прямые руки и опыт — и все будет ОК. Удачи!
Можно ничего и не почувствовать, особенно с мелкими разъемами.
Допуски по размерам нужно контролировать калибром с микрометрическим измерителем — один калибр на каждый тип разъема.
Вот нашел у себя вот такое фото, сам снимал:
Это чистый китаец под «брендом» Hyperline CON-BNC-M-RG58-SLD. Качество обработки смотрите сами, хотя, надо отдать должное, центральная пипка ровно 1.35, тут все хорошо. Но сунуть такое куда-либо, кроме сетки или ТВ — ну, это на любителя ;-)
Возможно ли использовать на частотах вплоть до 12,75ГГц?