Tìm hiểu tiêu chuẩn ElectroMagnetic Compatibility (EMC) trong các thiết bị

Mục: Tin Tức

Tìm hiểu tiêu chuẩn ElectroMagnetic Compatibility (EMC) trong các thiết bị công nghệ

EMC và sự hội tụ công nghệ

Hiện nay, trên thế giới với sự xuất hiện ngày càng nhiều công nghệ mới và việc bùng nổ các thiết bị điện, điện tử thì vấn đề về tương thích điện từ trường (EMC) đang là vấn đề rất được quan tâm ở nhiều nước như Mỹ, Nhật Bản, các nước Châu Âu… và ngay cả ở Việt Nam. Các vấn đề liên quan đến EMC không những tồn tại trong môi trường công nghiệp, văn phòng mà còn ảnh hưởng đến cuộc sống hàng ngày của chúng ta khi các thiết bị điện, điện tử gia dụng không đáp ứng được các tiêu chuẩn, quy chuẩn.

EMC và sự tương thích

Sự đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn về EMC của các thiết bị là một yêu cầu thiết yếu nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, đảm bảo tính tương thích với thiết bị và môi trường xung quanh. Tuy nhiên, với sự hội tụ công nghệ về thiết bị phát thanh, truyền hình, công nghệ thông tin, việc phân định một thiết bị cụ thể phải được thiết kế, tuân thủ theo các tiêu chuẩn EMC của máy thu hình hay của máy tính ngày càng khó khăn, không rõ ràng. Nhóm nghiên cứu của CISPR (International Special Committee on Radio Interference) là SC I đã làm việc để xây dựng tiêu chuẩn EMC mới cho các thiết bị đa phương tiện.

Phòng đo EMC của Cục Tần số vô tuyến điện tại Hà Nội.

I. Các tiêu chuẩn EMC cho các thiết bị phát thanh, truyền hình và các thiết bị công nghệ thông tin (ITE)

Tương thích trường điện từ trường là khả năng thiết bị, hệ thống thiết bị điện, điện tử hoạt động bình thường trong môi trường điện từ và không gây nhiễu đến thiết bị, hệ thống thiết bị khác. EMC bao gồm can nhiễu điện từ EMI (ElectroMagnetic Interference) và khả năng miễn nhiễm điện từ EMS (Electro Magnetic Susceptibility). EMI là các phát xạ điện từ gây ra bởi thiết bị gây ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị khác trong môi trường xung quanh. Còn EMS là khả năng hoạt động của thiết bị theo đúng chức năng khi bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ.

Đời sống ngày càng được nâng cao khiến cho việc sử dụng và tiếp xúc với các thiết bị điện, điện tử của con người ngày một nhiều hơn nhất là các thiết bị thu phát sóng âm thanh, vô tuyến và các thiết bị công nghệ thông tin (ITE) là các thiết bị hiện hữu hằng ngày trong cuộc sống. Để đảm bảo rằng các thiết bị này có thể hoạt động tốt nhất trong môi trường điện từ mà không phát ra bức xạ điên từ gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người, các thiết bị khác, Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế IEC (International Electrotechnical Commision) đã đưa ra các tiêu chuẩn nghiêm ngặt qui định về việc gây nhiễu điện từ và khả năng miễn nhiễm điện từ cho các thiết bị này. Đó là các tiêu chuẩn CISPR 13, CISPR 20 cho các thiết bị phát thanh truyền hình và tiêu chuẩn CISPR 22, CISPR 24 cho các thiết bị công nghệ thông tin (ITE).

Trước khi đề cập đến các tiêu chuẩn này, chúng tôi giới thiệu sơ qua về các tiêu chuẩn EMC. Các tiêu chuẩn EMC được chia làm ba loại chính: các tiêu chuẩn EMC cơ sở (Basic EMC Publication), các tiêu chuẩn chung về EMC (Generic EMC Standards) và các tiêu chuẩn EMC theo họ sản phẩm (Product EMC Standards). Đúng như tên gọi của nó, các tiêu chuẩn EMC cơ sở đưa ra các điều kiện chung và các qui định cần thiết để đạt được sự tương thích điện từ. Các tiêu chuẩn này là các nội dung thiết yếu để các hội đồng kỹ thuật của IEC phát triển các tiêu chuẩn sản phẩm. Các tiêu chuẩn cơ sở EMC là các họ tiêu chuẩn IEC 61000 và CISPR 16. Các tiêu chuẩn chung về EMC áp dụng cho các sản phẩm hoạt động ở môi trường EMC riêng biệt nhưng chưa có tiêu chuẩn EMC riêng (tiêu chuẩn sản phẩm). Các tiêu chuẩn chung về EMC cũng rất quan trọng trong việc phát triển các tiêu chuẩn sản phẩm mới. Không chỉ cung cấp nền tảng kỹ thuật, chúng cũng “lấp khoảng trống” trong khi cần thời gian xây dựng tiêu chuẩn sản phẩm. Tiêu chuẩn sản phẩm EMC có thể áp dụng cho các sản phẩm cụ thể như công tơ điện hay bảng mạch máy in,  hoặc nhóm sản phẩm có chung đặc tính hoạt động cùng môi trường như thiết bị y tế, thiết bị công nghệ thông tin hay thiết bị gia dụng điện áp thấp.

Các tiêu chuẩn sản phẩm CISPR 13:2009, CISPR 20:2006 là một cặp tiêu chuẩn về EMC áp dụng cho các thiết bị phát thanh và truyền hình. Trong đó tiêu chuẩn CISPR 13: 2009 là tiêu chuẩn về đo lường nhiễu điện từ (EMI). CISPR 13 đưa ra các qui định về phương pháp đo đối với máy thu phát thanh và truyền hình hoặc thiết bị liên quan và các  quy định về giới hạn để kiểm soát nhiễu điện từ từ các thiết bị này. Dải tần số đo kiểm được qui định là từ 9 kHz đến 400 GHz. Tiêu chuẩn CISPR 13 đã có 4 lần được xuất bản và bản đầu tiên được công bố vào năm 2001, sửa đổi lần 1 vào năm 2003 và sửa đổi lần 2 vào năm 2006.

Tiêu chuẩn CISPR 20 đưa ra các yêu cầu về khả năng miễn nhiễm của các thiết bị thu phát sóng âm thanh, truyền hình trong phạm vi tần số 0 Hz đến 400 GHz. Tiêu chuẩn này cũng xác định các yêu cầu kiểm tra khả năng miễn nhiễm cho các thiết bị có thể bị ảnh hưởng bởi các hiện tượng nhiễu dẫn, phát xạ liên tục hay hiện tượng phóng tĩnh điện. Tiêu chuẩn CISPR 20 đã có 6 lần xuất bản và được sửa đổi một lần vào năm 2003.

Tiêu chuẩn CISPR 22:2006, CISPR 24:2010 là các tiêu chuẩn về EMI và EMS được áp dụng cho các thiết bị công nghệ thông tin (ITE). Trong đó tiêu chuẩn CISPR 22 đề cập đến các quy trình thực hiện đo mức phát xạ giả tạo ra bởi các thiết bị ITE và các mức giới hạn được quy định trong dải tần từ 9 kHz đến 400 GHz cho thiết bị ở cả loại A và loại B. Mục đích của tiêu chuẩn này là thiết lập yêu cầu thống nhất giới hạn về mức độ có thể gây nhiễu của các thiết bị trong phạm vi quy định, mô tả các phương pháp đo và tiêu chuẩn hóa các điều kiện hoạt động của thiết bị ITE, cách diễn giải kết quả đo. Tiêu chuẩn CISPR 22 đã được sửa đổi hai lần vào các năm 2005 và 2006.

Tiêu chuẩn CISPR 24 đề cập đến khả năng miễn nhiễm đối với các thiết bị công nghệ thông tin được qui định về EMI trong tiêu chuẩn CISPR 22.Tiêu chuẩn CISPR 24 đưa ra các yêu cầu về khả năng miễn nhiễm nội tại để đảm bảo các thiết bị sẽ hoạt động như dự định trong môi trường của nó. CISPR 24 cũng yêu cầu kiểm tra khả năng miễn nhiễm cho các thiết bị đối với các hiện tượng phát xạ liên tục, FFT, phát xạ bức xạ và hiện tượng phóng tĩnh điện (ESD). Việc đo kiểm trong CISPR 24 của  ITE và giới hạn được phát triển cho ITE trong dải tần số từ 0 Hz đến 400 GHz. Đối với điều kiện môi trường đặc biệt, các biện pháp giảm nhẹ đặc biệt có thể được yêu cầu. Ấn bản đầu tiên của tiêu chuẩn CISPR 24 được công bố năm 1997, được sửa đổi hai lần vào các năm 2001 và 2002.

II. Thiết bị đa phương tiện MME và các tiêu chuẩn mới CISPR 32, CISPR 35

Trước đây, các sản phẩm công nghệ được thiết kế và phát triển chỉ nhằm phục vụ cho một mục đích cụ thể. Khi đề cập đến chức năng một thiết bị CNTT cũng tương đương với việc nhắc đến tên gọi của thiết bị đó, ví dụ như điện thoại chỉ có chức năng là nghe gọi, máy nghe nhạc chỉ thực hiện chức năng là nghe nhạc. Nhưng với sự hội tụ của công nghệ hiện nay thì điều này đã không còn đúng nữa.

Máy tính xách tay phổ biến hiện nay được thiết kế bao gồm nhiều công nghệ kết hợp thành một sản phẩm duy nhất có thể làm được nhiều hơn các chức năng của một ITE. Máy tính xách tay có thể kết hợp với TV tuner dùng để thu sóng trực tiếp hay cũng có thể thông qua WiMax nhận được nội dung phát sóng video. Hơn nữa, sử dụng sự kết hợp giữa VOIP và Skype thì một máy tính xách tay có thể thực hiện gọi hoặc nhận cuộc gọi điện thoại. Với camera và micro được tích hợp ngay trong máy tính xách tay chúng ta có thể thực hiện một cuộc hội nghị truyền hình với chất lượng rất tốt. Máy tính xách tay cũng đồng thời cung cấp được nền tảng để chơi game…

Sự hội tụ của công nghệ này đã dẫn tới việc thay đổi các tiêu chuẩn cũ và đưa chúng đến gần hơn với công nghệ. Do đó, thay vì thực hiện đo một máy tính xách tay theo nhiều tiêu chuẩn thì đây được coi là mục tiêu để phát triển tiêu chuẩn chung duy nhất bao gồm hầu hết các công nghệ hiện nay. Điều này cũng đã mang đến định nghĩa về một dạng thiết bị mới được gọi là thiết bị đa phương tiện (MME – Multimedia Equipment).

Trong suốt nhiều năm, các nhóm làm việc của IEC đã phát triển hai tiêu chuẩn mới về vấn đề nhiễu điện từ và miễn nhiễm điện từ đối với thiết bị MME có tên là CISPR 32 và CISPR 35. Hai tiêu chuẩn này được đưa ra để thay thế hoàn toàn cho các tiêu chuẩn CISPR 13, CISPR 20, CISPR 22, CISPR 24. Trong hai tiêu chuẩn mới này các thiết bị CNTT, thiết bị âm thanh, thiết bị video, thiết bị thu phát sóng, thiết bị giải trí điều khiển ánh, các thiết bị kết hợp sẽ được gọi chung là thiết bị đa phương tiện (MME).

Tiêu chuẩn CISPR 32 đã được công bố vào ngày 30 – 1 – 2012 và dự kiến sẽ thay thế hoàn toàn cho hai tiêu chuẩn CISPR 13 và CISPR 22 vào tháng 5 – 2017. Một số điểm chú ý của tiêu chuẩn này như sau:

  • Tiêu chuẩn CISPR 32 đưa ra được áp dụng cho hai loại của MME (loại A và loại B).
  • Mục tiêu của tiêu chuẩn này là đưa ra các mức bảo vệ thích hợp đối với phổ tần vô tuyến, cho phép các nghiệp vụ vô tuyến điện hoạt động như dự định trong dải tần từ 9 kHz đến 400 GHz và để xác định các thủ tục để đảm bảo độ khả lặp của phép đo và kết quả.
  • Sự tuân thủ phải được đáp ứng khi thiết bị hoạt động đồng thời tất cả các chức năng hoặc từng chức năng riêng biệt, hoặc kết hợp một số chức năng với nhau.

Khác với tiêu chuẩn CISPR 32, tiêu chuẩn CISPR 35 vẫn đang là một bản dự thảo được dự kiến sẽ thay thế cho các tiêu chuẩn CISPR 20 và CISPR 24 sau này. Một số điểm đáng chú ý của tiêu chuẩn này như sau:

  • CISPR qui định trong quá trình đo kiểm các thiết bị cần đo (EUT-Equipment Under Test) sẽ được thiết lập cấu hình và chế độ hoạt động thích hợp.  Việc đo kiểm được thực hiện cho tất cả các cổng có liên quan.
  •  Tất cả các chức năng chính của thiết bị phải được theo dõi chặt chẽ trong quá trình thử nghiệm dựa trên các tiêu chí đánh giá chất lượng.
  •  Các phụ lục của tiêu chuẩn cung cấp chi tiết về các chức năng khác nhau.
  • Các phép thử nghiệm miễn nhiễm bức xạ phải được thực hiện lên tới 1GHz. Tại một số trường hợp, tần số đo lên đến 5 GHz để phù hợp với việc thử nghiệm các thiết bị thông tin vô tuyến.
  • Những phép đo kiểm thiên về đo kiểm tính năng trong CISPR 20 sẽ không được tiếp tục đề cập trong CISPR 35.
  • Nhiều khả năng tiêu chuẩn CISPR 35 sẽ được công bố chính thức vào năm 2015.

III. Kết luận

Sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của khoa học – kỹ thuật kéo theo sự bùng nổ nhu cầu sử dụng các thiết bị CNTT, điện, điện từ… dẫn đến việc đưa ra hai tiêu chuẩn mới CISPR 32 và CISPR 35 và hứa hẹn sẽ mang lại nhiều thuận lợi trong công tác đo kiểm cũng như trong việc quản lý các thiết bị MME một cách hữu hiệu hơn. Bộ Thông tin và Truyền thông cũng đang xây dựng dự thảo quy chuẩn tương đương với tiêu chuẩn CISPR 32.

Tài liệu tham khảo:

  1. CISPR 13:2009 “Sound and television broadcast receivers and associated equipment – Radio disturbance characteristics – Limits and methods of measurement”
  2. CISPR 20:2006 “Sound and television broadcast receivers and associated equipment – Immunity characteristics – Limits and methods of measurement”
  3. CISPR 22:2006 “Information technology equipment – Radio disturbance characteristics – Limits and methods of measurement”
  4. CISPR 24:2010 “Information technology equipment – Immunity characteristics – Limits and methods of measurement”
  5. CISPR 32:2012 “Electromagnetic compatibility of multimedia equipment – Emission requirements”
  6. CISPR 35 Ed.1.0: “Electromagnetic Compatibility of Multimedia equipment – Immunity Requirements”

Hà Thị Kim Thoa, Nguyễn Tuấn Anh

Trung tâm Kỹ thuật