Aller au contenu

IEC 61000-4-6 : immunite conduite aux champs RF

Guide - IEC 61000-4-6

IEC 61000-4-6 est la norme horizontale d'essai d'immunite des materiels electriques et electroniques aux perturbations conduites induites par des champs radio-frequence. Elle couvre la bande 150 kHz a 80 MHz, ou la simulation par champ rayonne en chambre devient inefficace faute d'homogeneite spatiale. La methode injecte les perturbations sur les cables relies a l'equipement sous essai via des reseaux de couplage et decouplage (CDN), des pinces electromagnetiques ou des pinces d'injection de courant. La quatrieme edition consolidee, IEC 61000-4-6:2013+AMD1:2017, est la reference en vigueur, publiee par le comite technique TC 77B de la Commission electrotechnique internationale. La norme fixe la methode ; les niveaux d'essai et les criteres d'acceptation sont selectionnes par les normes de produit qui s'y referent : EN 55035, EN 55024, EN 60601-1-2, EN 61000-6-1, EN 61000-6-2 et l'ensemble des normes verticales EMC. Cette page expose le partage 4-6 / 4-3, le choix du dispositif d'injection, le catalogue des CDN par type de port, les niveaux 1/3/10 V, la modulation AM 80 % a 1 kHz, le balayage et le dwell time, les criteres de performance, et les pieges observes en laboratoire.

La serie IEC 61000-4 regroupe les methodes d'essai d'immunite electromagnetique. La 4-6 traite la bande basse, conduite ; la 4-3 traite la bande haute, rayonnee. Le couple est lu comme un partage de spectre par mecanisme de couplage dominant.

ReferencePhenomeneMecanisme de couplage
IEC 61000-4-2Decharges electrostatiques (ESD)Contact direct, decharge dans l'air
IEC 61000-4-3Champ rayonne RF, 80 MHz a 6 GHz typiquementRayonnement en chambre semi-anechoique
IEC 61000-4-4Transitoires rapides en salves (EFT/Burst)Couplage capacitif sur cable
IEC 61000-4-5SurgeOnde de choc differentielle ou mode commun
IEC 61000-4-6Perturbations conduites induites RF, 150 kHz a 80 MHzInjection conduite via CDN, pince EM, pince de courant
IEC 61000-4-8Champ magnetique a frequence industrielleChamp magnetique 50/60 Hz
IEC 61000-4-11Creux, interruptions, variations ACModulation de la tension reseau

La 4-6 est requise par la quasi-totalite des normes de produit EMC : EN 55035 (multimedia), EN 55024 (ITE en fin de vie normative), EN 60601-1-2 (medical, edition 4), EN 61000-6-1 et EN 61000-6-2 (environnement residentiel et industriel). En cumul avec l'essai rayonne IEC 61000-4-3, elle couvre l'immunite RF d'un produit sur l'ensemble du spectre 150 kHz a 6 GHz.

La frontiere 80 MHz n'est pas arbitraire. Elle correspond a une longueur d'onde de 3,75 m, qui est de l'ordre de grandeur des distances EUT-antenne typiques en chambre semi-anechoique (3 m, 10 m). En dessous de cette frequence, l'onde rayonnee n'est plus etablie dans la chambre : le champ devient inhomogene, la position de l'EUT, des supports et des cables modifie significativement le niveau reellement applique. Au-dessus, la longueur d'onde devient suffisamment courte pour qu'une chambre normalisee fournisse un champ homogene mesurable au point de reference.

L'IEC 61000-4-6 contourne cette difficulte en exploitant un constat experimental : sur cette bande, l'effet predominant d'un champ RF sur un produit passe par les cables qui en sortent, qui se comportent comme des antennes reception et reinjectent un courant en mode commun dans l'EUT. La 4-6 reproduit ce courant directement par injection conduite. La methode est plus reproductible et reste representative du mecanisme reel de couplage.

AspectIEC 61000-4-6 (conduit)IEC 61000-4-3 (rayonne)
Bande de frequences150 kHz a 80 MHz, optionnellement 230 MHz80 MHz a 1 GHz, etendu typiquement jusqu'a 6 GHz
Mecanisme d'injectionCDN, pince EM, pince de courantAntenne en chambre semi-anechoique
Quantite controleeTension efficace au point d'injectionChamp electrique au point de mesure
Equipement principalGenerateur RF, amplificateur, CDN ou pince, attenuateurGenerateur RF, amplificateur large bande, antenne, chambre
Reproductibilite a basse frequenceBonne (couplage controle)Mediocre (champ inhomogene)
Cout d'instrumentationModereEleve (chambre, antennes large bande, amplificateurs)
Phenomene physique simuleCourant en mode commun induit sur cablesChamp E rayonne irradiant le produit

La continuite spectrale est generalement assuree par un recouvrement administratif a 80 MHz : la norme de produit peut demander un essai 4-6 etendu jusqu'a 230 MHz pour couvrir partiellement la zone basse de 4-3. Le plan d'essai doit pinner cette articulation explicitement.

Le CDN est le dispositif d'injection privilegie par la norme. Il assure deux fonctions simultanees : coupler la perturbation RF vers le port EUT a une impedance de mode commun controlee de 150 ohms, et decoupler les equipements auxiliaires (AE) ou le reseau d'alimentation de la perturbation, pour eviter que celle-ci ne se dissipe ailleurs que dans l'EUT. Chaque CDN est specifie pour un type de port donne ; un CDN inadapte ne tient pas l'impedance et fausse le niveau d'injection.

CodeType de portCaracteristiques
CDN-M1, CDN-M2, CDN-M3Port d'alimentation alternative ou continue, mono ou polyphaseInductances de decouplage capables de tenir le courant d'alimentation de l'EUT ; injection sur tous les conducteurs en mode commun ; chiffre = nombre de conducteurs (M1 = neutre seul, M2 = phase + neutre, M3 = phase + neutre + terre, et extensions triphasees)
CDN-SPort de signal blinde (coaxial, paire blindee)Couplage via le blindage du cable ; blindage ramene a la masse a travers le reseau
CDN-TxPort de signal non blinde, paires symetriquesx = nombre de conducteurs : CDN-T2 (2 conducteurs), CDN-T4 (4 conducteurs, paire torsadee + paire torsadee ou similaire), CDN-T8 (8 conducteurs, RJ45 type Ethernet)
CDN-AF1, CDN-AF2Port d'antenne (recepteur, emetteur basse puissance)Asymetrique par construction ; le signal RF utile passe ; la perturbation est injectee en mode commun sur le conducteur exterieur

Les CDN-M sont contraints par le courant d'alimentation de l'EUT : un CDN-M2 dimensionne pour 16 A ne convient pas au-dela. Les CDN-Tx exigent une correspondance precise au cable EUT : un CDN-T8 (Ethernet) ne s'applique pas correctement a un cable RS-485 a quatre paires non symetriques. Le CDN-S exige un cable a blindage continu de l'EUT au reseau. Quand aucun CDN du catalogue ne convient au type de port, la norme autorise les methodes de substitution.

Quand aucun CDN ne convient, l'EM clamp et la pince de courant fournissent des alternatives. Les trois methodes ne sont pas equivalentes : la norme les ordonne et exige une calibration prealable au point de reference.

MethodePrincipeConditions d'utilisationLimites
CDNReseau insere entre l'EUT et l'AE, couplage par condensateurs ou transformateurs internes, decouplage par inductancesMethode preferentielle ; impedance de mode commun de 150 ohms garantieNecessite un CDN du type adapte au port ; insertion modifie la connectique de l'EUT
Pince EM (EM clamp)Pince fendue entourant le cable, couplage capacitif et inductif combine, sans contact electriqueMethode de substitution quand aucun CDN ne convientPas de decouplage des AE ; necessite un cable rectiligne de longueur typiquement >= 0,3 m entre la pince et l'EUT ; couplage frequence-dependant
Pince de courant (current probe)Pince fendue ferromagnetique, injection inductive en mode communMethode de substitution, derniere intentionInjection moins repetable ; calibration de la pince exigee ; cable doit etre long et rectiligne

La calibration au point de reference est l'etape critique des methodes de pince. Sur banc, un montage de calibration definit la relation entre la puissance fournie par l'amplificateur et la tension equivalente au point d'injection sur l'EUT. Cette calibration est specifique au cable, a la pince, et a la gamme de frequences ; elle doit etre verifiee periodiquement. Une calibration absente ou obsolete invalide le rapport d'essai.

La norme definit trois classes de severite. Le niveau est exprime en tension efficace (rms) du signal RF non module au point d'injection, c'est-a-dire la tension qu'aurait le signal en l'absence de modulation AM.

ClasseNiveau (V rms, non module)Environnement typiqueNormes de produit usuelles
Classe 11 VEnvironnement faiblement perturbe, exposition RF reduiteMateriels sensibles a faible immunite intrinseque, ne s'applique que par exception
Classe 23 VEnvironnement residentiel, commercial, industrie legere ; presence de telephones mobiles a distance modereeEN 55035 (multimedia), EN 60601-1-2 (medical hors environnement professionnel de sante), EN 61000-6-1
Classe 310 VEnvironnement industriel severe, proximite emetteurs forte puissance, bande ISMEN 61000-6-2 (industriel), EN 60601-1-2 sur bande ISM en environnement professionnel de sante

Le signal RF est module en amplitude a 80 % par un signal sinusoidal de 1 kHz. La modulation simule l'envelope d'un signal phonique sur une porteuse RF, et constitue la stimulation realiste d'un produit electronique : c'est la composante audio en bande de base apres demodulation involontaire dans une jonction PN qui declenche les defauts d'immunite, pas la porteuse pure. Un niveau de 3 V non module devient, en valeur crete avec modulation 80 % AM, un signal dont la crete atteint 3 * (1 + 0,8) = 5,4 V crete-rms equivalent, mais la norme exprime le niveau en valeur non modulee pour l'uniformite des calculs de severite avec la 4-3.

Le balayage couvre 150 kHz a 80 MHz, etendu optionnellement a 230 MHz selon la norme de produit. La progression en frequence est logarithmique, par pas n'excedant pas 1 % du point precedent. Le dwell time, ou temps de maintien a chaque point, doit etre suffisant pour permettre a l'EUT de manifester un defaut. La norme fixe une duree minimum de 0,5 s par point ou la duree d'un cycle complet de la fonction sous test, selon le plus long. Un EUT dont le cycle fonctionnel utile (acquisition, transmission, traitement, affichage) prend 2 s exige donc un dwell minimum de 2 s par point. Un balayage trop rapide passe a travers des resonances etroites sans les exciter, et masque un defaut reel.

La norme prescrit un plan de masse de reference (ground reference plane, GRP) horizontal, typiquement une plaque de cuivre ou d'aluminium d'au moins 1 m sur 1 m, plus large que la projection de l'EUT et des CDN. L'EUT est pose sur un support isolant de hauteur typique 10 cm au-dessus du GRP, ou sur le GRP directement si la conception du produit l'exige (boitier metallique avec liaison de terre). Les CDN sont poses sur le GRP, en contact electrique avec lui, a au moins 30 cm de l'EUT.

Les equipements auxiliaires (AE) representent tout materiel necessaire pour faire fonctionner l'EUT en mode representatif : alimentation externe, PC de pilotage, generateur de signaux d'entree, charges, recepteurs de signal de sortie. Les cables vers les AE doivent etre decouples par des CDN passants : l'injection a lieu cote EUT du CDN, l'AE est cote decouple. Sans ce decouplage, la perturbation injectee sur le port EUT se dissipe partiellement dans l'AE, ce qui reduit la severite effective et fausse le test. Les cables non utilises de l'EUT doivent etre traites selon la documentation produit : si l'usage normal prevoit un cable, il doit etre present et termine sur un CDN ou une charge representative ; un port laisse ouvert capture des perturbations differemment d'un port termine.

Comme pour les autres essais de la serie 4-x, les criteres d'acceptation ne sont pas fixes par la 4-6 elle-meme. La structure de classification est commune aux normes generiques d'immunite.

CritereComportement pendant l'essaiComportement apres l'essai
AFonctionnement normal, performance maintenue au-dessus du niveau specifieFonctionnement normal sans intervention
BDegradation temporaire admise, performance peut chuter en dessous du niveau specifieRecuperation automatique sans intervention de l'operateur
CPerte de fonction admiseRecuperation acceptable apres intervention manuelle (reset, redemarrage)

Pour la 4-6, le critere applicable est typiquement A : la perturbation est continue (a la difference d'un transitoire 4-4 ou 4-5), et un produit qui chute pendant le balayage chutera vraisemblablement en service reel sous influence d'un emetteur proche. Les normes de produit reservent B ou C a des fonctions specifiques (acceptation d'une degradation auditive transitoire sur un casque audio, par exemple, en dehors des bandes utiles).

EN 60601-1-2 (edition 4) impose un traitement specifique pour la 4-6 sur les materiels medicaux. Le niveau de base est 3 V (Classe 2), eleve a 10 V sur certaines plages de frequence correspondant aux bandes ISM (industrial, scientific, medical) ou la presence d'emetteurs intentionnels est probable en environnement professionnel de sante. Le materiel destine a un usage en hopital ou en clinique avec presence d'equipements RF (electrochirurgie, RFID logistique, lecteurs sans contact) doit demontrer une immunite a ces niveaux releves, sur les bandes ou ces emetteurs concentrent leur puissance.

Pour les materiels dits lifesupport (systemes critiques de maintien des fonctions vitales), EN 60601-1-2 impose des exigences renforcees : criteres A sur les fonctions critiques et dwell time augmente. La definition lifesupport est portee par les normes verticales medicales et par le classement du fabricant.

Les materiels LPWA (LoRaWAN, Sigfox, NB-IoT, LTE-M) emettent en bandes sub-GHz (868 MHz en Europe, 915 MHz aux US). La 4-6 reste pertinente sur sa bande propre, c'est-a-dire les perturbations conduites sur cables d'alimentation et de signal, mais ne couvre pas la bande d'emission, qui releve de IEC 61000-4-3 et des essais de conformite radio sous RED ou FCC Part 15. Un module LPWA dont l'alimentation est perturbee par un courant induit a 27 MHz (bande CB) peut connaitre des derives d'horloge ou des baisses de sensibilite recepteur ; la 4-6 detecte ces fragilites, qu'un test rayonne au-dessus de 80 MHz ne verrait pas.

L'environnement automobile dispose d'une norme equivalente, ISO 11452-4 (Bulk Current Injection, BCI), dediee aux composants electroniques embarques. La philosophie est la meme (injection en mode commun sur faisceau), mais les parametres different.

AspectIEC 61000-4-6ISO 11452-4 (BCI automobile)
Bande typique150 kHz a 80 MHz, optionnel 230 MHz1 MHz a 400 MHz
Methode d'injectionCDN preferentiel, pince EM ou pince de courant en substitutionPince de courant uniquement
CalibrationEn tension equivalenteEn courant injecte
Niveaux1, 3, 10 V rmsDefinis par specifications constructeur (GMW, Ford ESM, PSA, Renault, etc.), typiquement 60 a 200 mA selon le niveau
ModulationAM 80 % a 1 kHzAM 80 % a 1 kHz et CW (continuous wave) selon les niveaux
Reference de masseGRP de laboratoireMasse simulee du vehicule, longueur de faisceau standardisee a 1,5 m ou 1,7 m

Un produit destine au marche automobile (calculateur, capteur intelligent, telematique embarquee, IVI) doit etre teste selon ISO 11452-4 ; les bancs sont distincts de ceux de la 4-6. Un produit aftermarket avec marquage CE EMC peut, selon son classement, etre teste sous 4-6 seulement. Le double marquage est rare et exige les deux campagnes.

Plusieurs ecueils reviennent dans les rapports d'essai conduit RF.

  • Mauvaise classe de CDN selectionnee. Un port Ethernet teste avec un CDN-S au lieu d'un CDN-T8 ne tient pas l'impedance de mode commun de 150 ohms, et le niveau reellement injecte est imprecis. Le choix du CDN se fait par type de port.
  • AE non decouples. Si le cable vers le PC de pilotage ou la sonde de mesure n'est pas decouple par un CDN passant, une partie de la perturbation s'evade. Le test parait plus indulgent qu'il ne l'est en realite.
  • Cable EUT-AE trop court pour la pince. Avec une pince EM ou une pince de courant, la norme demande un cable rectiligne suffisamment long (typiquement >= 0,3 m). Un produit a faisceau court (cable USB de 0,2 m) reclame un montage adapte ou un CDN.
  • Saturation du CDN. Le courant de service de l'EUT peut depasser la specification du CDN (un CDN-M2 dimensionne 16 A ne tient pas 20 A en continu). Le CDN sature ; le decouplage devient imprecis ; le niveau d'injection devient inreproductible.
  • Dwell time insuffisant. Un balayage qui passe trop vite laisse echapper les defauts a resonance etroite. Un EUT a cycle long exige un dwell time aligne sur le cycle utile.
  • Modulation oubliee. Tester en porteuse pure (CW) au lieu de moduler en AM 80 % a 1 kHz reduit la severite reelle ; la composante demodulee en bande de base ne se manifeste pas. Le rapport doit etablir explicitement que la modulation prescrite a ete appliquee.
  • Confusion 4-6 / 4-3. Le perimetre du 4-6 s'arrete a 80 MHz, ou commence la 4-3. Tester en 4-6 jusqu'a 230 MHz par option ne dispense pas de la 4-3 sur sa bande propre. Les deux essais sont independants et requis en parallele. Voir le guide IEC 61000-4-3 immunite rayonnee RF.
  • Confusion 4-6 et emissions conduites. La 4-6 mesure l'immunite (le produit subit), pas l'emission (le produit emet). L'emission conduite est mesuree par les methodes CISPR 16 et la chaine LISN. Voir le guide Emissions conduites et test LISN.

Articulation avec le marquage CE et la directive EMC

Section intitulée « Articulation avec le marquage CE et la directive EMC »

L'essai 4-6 est requis par la quasi-totalite des normes de produit EMC harmonisees sous la directive EMC 2014/30/UE et la directive RED 2014/53/UE pour les materiels radio. Pour le cadre general des essais EMC en marquage CE, voir la page tests CE et les tests RED qui s'applique aux equipements radio.

Pour les definitions des termes utilises sur cette page (CDN, EM clamp, pince de courant, mode commun, GRP, AE, dwell time, critere A/B/C, EUT, port), voir le glossaire.

Plusieurs sujets connexes meritent une page dediee :

  • la 4-3 (immunite rayonnee RF, 80 MHz a 6 GHz), pendant haute frequence de la 4-6,
  • la calibration des pinces EM et des pinces de courant au point de reference,
  • la convergence et les divergences entre 4-6 et ISO 11452-4 pour les produits a double marche.

Sources & références

  1. IEC 61000-4-6 Electromagnetic compatibility (EMC), Part 4-6, Immunity to conducted disturbances induced by radio-frequency fields , IEC webstore.iec.ch/publication/4197
  2. IEC TC 77B Electromagnetic compatibility, High frequency phenomena , IEC www.iec.ch/dyn/www/f?p=103:7:::::FSP_ORG_ID:1304
  3. EN 55035 Electromagnetic compatibility of multimedia equipment, Immunity requirements , CENELEC www.cenelec.eu/
  4. EN 60601-1-2 Medical electrical equipment, Part 1-2, Electromagnetic disturbances, Requirements and tests , IEC www.iso.org/standard/59789.html
  5. ISO 11452-4 Road vehicles, Component test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy, Part 4, Harness excitation methods , ISO www.iso.org/standard/77983.html
  6. EN 55024 Information technology equipment, Immunity characteristics, Limits and methods of measurement , CENELEC www.cenelec.eu/