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Técnicas de Projeto EMC

3 de março de 2023 0 Comentários Leitura: 11 min

Projetar para garantir um bom desempenho de EMC desde o início é fundamental para que os produtos forneçam um bom desempenho de EMC e sejam aprovados nos testes de conformidade.

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O projeto EMC/EMI inclui:

Técnicas de projeto EMC | Projeto de filtro EMC | Projeto EMC PCB | Como resolver EMI / ruído de modo normal e comum

Nosso tutorial EMC/EMI Inclui:

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Boas técnicas de projeto de EMC não são muito difíceis de implementar se forem introduzidas nos estágios iniciais do projeto. Se modificações precisarem ser feitas posteriormente no projeto para atender aos requisitos de EMC, isso se tornará muito mais difícil.

O design da EMC desde os primeiros estágios do projeto segue algumas abordagens de design simples e de bom senso.

Sumário

Projeto EMC – alguns princípios básicos

Ao considerar qualquer projeto, os critérios de projeto da EMC são importantes: qualquer circuito eletrônico que tenha sinais que mudem de nível tenderá a irradiar alguma potência como quaisquer interconexões, e os fios atuarão como antenas radiantes, por mais curtos que sejam. Da mesma forma, os circuitos tenderão a captar sinais irradiados de outros transmissores, quer essas fontes estejam transmitindo intencionalmente ou não.

O projeto EMC também precisa levar em consideração qualquer acoplamento capacitivo e indutivo, juntamente com emissões indesejadas que podem ser conduzidas ao longo de linhas comuns que vão para ambos os itens do equipamento. Isso pode incluir linhas de terra também.

Esses problemas de interferência eletromagnética, EMI, podem impedir que peças adjacentes de equipamentos eletrônicos funcionem lado a lado. Com o grande crescimento da utilização de equipamentos eletrónicos, este problema de Compatibilidade Eletromagnética, EMC tornou-se um tema particularmente importante.

Como resultado, é necessário projetar para EMC desde o início de um novo projeto de desenvolvimento eletrônico e implementar as várias técnicas de design para EMC em todo o conceito do produto. Somente levando em conta o projeto para aspectos de EMC nos estágios de conceito de um desenvolvimento, quaisquer precauções podem ser implementadas corretamente.

Nos últimos anos, os transmissores podem impedir que as televisões domésticas locais exibam suas imagens. Na pior das hipóteses, toda a imagem pode desaparecer ou pode haver algum padrão na imagem. Com estes e muitos outros exemplos dos resultados da má regulamentação EMC se tornando mais difundidos, tornou-se necessário melhorar as coisas. Agora, com equipamentos eletrônicos modernos, é possível operar telefones celulares e outros dispositivos sem fio perto de quase todos os equipamentos eletrônicos com pouco ou nenhum efeito. Isso aconteceu garantindo que o equipamento não irradie emissões indesejadas e também tornando o equipamento menos vulnerável à radiação de radiofrequência. Dessa forma, esses aspectos de design para EMC pagaram grandes dividendos no mundo de hoje, onde há uma grande quantidade de equipamentos eletrônicos sendo usados.

Projeto para conformidade com EMC

Ao projetar uma placa de circuito eletrônico, é necessário tomar várias precauções para garantir que seus requisitos de desempenho de EMC possam ser atendidos. Tentar corrigir o desempenho do EMC depois que o circuito foi projetado e construído será muito mais difícil e caro. Assim, há uma série de áreas que podem ser abordadas durante o projeto para garantir que o desempenho de EMC seja otimizado:

Projeto de circuito para radiação mínima
filtros EMC
particionamento do circuito
Aterramento
Invólucro blindado
Linhas e cabos blindados

Ao adotar essas precauções, o desempenho EMC do circuito pode ser bastante aprimorado. No entanto, ele ainda precisará passar por testes de EMC para garantir que atenda ao desempenho exigido.

Projeto de circuito EMC para radiação mínima

Uma das principais áreas que precisam ser lembradas para conformidade com EMC/EMI são as emissões de radiação de RF decorrentes dos cabos de conexão e a suscetibilidade de receber interferência. Verificou-se que eles formam o principal caminho de acoplamento para interferência em qualquer produto. Muitas vezes, esses cabos precisam transportar sinais de alta frequência, possíveis dados, e isso pode apresentar alguns desafios em termos de melhoria de desempenho EMC/EMI.

Qualquer cabo receberá e irradiará sinais, especialmente quando se aproximar de um quarto de comprimento de onda, ou múltiplo ímpar, porque forma um circuito ressonante. No entanto, mesmo quando o cabo se aproxima desses comprimentos, a compatibilidade eletromagnética e a EMC podem ser um problema.

Uma solução é filtrar os cabos que entram e saem da unidade. Embora isso reduza o nível de EMI, também pode degradar o desempenho do circuito. Se for necessário transportar dados em alta velocidade, quaisquer bordas afiadas serão removidas pelos filtros e, na pior das hipóteses, o sinal pode ser atenuado a tal ponto que o sistema não funcionará. Portanto, pode ser necessário fazer um equilíbrio cuidadoso para o filtro entre o desempenho do equipamento e a compatibilidade eletromagnética, requisitos de EMC.

Nestas circunstâncias, os sinais podem ser transportados em um formato diferencial. Os cabos de sinal podem então ser construídos como um par trançado e podem até ser blindados. Desta forma, o sinal de alta frequência pode ser transportado, mas sua suscetibilidade à radiação e recepção é reduzida, porque qualquer coisa recebida aparecerá em ambas as linhas e será cancelada. Além disso, a radiação não ocorre pelo mesmo motivo.

Projeto EMC: filtros

A possibilidade de introduzir filtros EMC já foi mencionada. Ele pode constituir uma ferramenta útil para o engenheiro EMC usar em muitos casos. Os filtros EMC são particularmente úteis para linhas que transportam apenas sinais de baixa frequência. Cabos de entrada de energia ou outras linhas que carregam tensões de status são candidatos particularmente bons para filtragem. Aqui os filtros EMC podem remover quaisquer componentes de alta frequência, deixando os elementos de baixa frequência na linha que não irão irradiar muito.

Os filtros EMC devem ser colocados no ponto de entrada da unidade e devem estar bem presos ao chassi. Desta forma, nenhum sinal pode entrar na unidade e irradiar para ela antes de ser removido pelo filtro.

Projeto EMC: particionamento de circuito

Este elemento do projeto do circuito é importante para garantir que o circuito possa passar no teste de EMC. Deve ser realizado nas fases iniciais do projeto, visto que rege toda a topologia do circuito e a construção mecânica.

A primeira etapa do processo de particionamento é separar o circuito em áreas críticas e não críticas de EMC. A compatibilidade eletromagnética, áreas críticas de EMC são aquelas áreas que contêm fontes de radiação ou podem ser suscetíveis à radiação. Essas áreas podem incluir circuitos contendo circuitos de alta frequência, circuitos analógicos de baixo nível e lógica de alta velocidade, incluindo circuitos de microprocessador.

As áreas EMC não críticas são aquelas que contêm áreas que provavelmente não irradiam sinais ou são suscetíveis à radiação. Circuitos incluindo fontes de alimentação lineares (não fontes de alimentação em modo de comutação), circuitos de baixa velocidade e similares.

Uma vez que esta ação foi concluída, o layout para o projeto pode ser realizado. As regiões críticas ou sensíveis podem ser rastreadas ou filtros adicionados conforme necessário nas interfaces para evitar que a EMI seja irradiada ou para proteger esses circuitos dos efeitos da EMI.

Ao isolar as áreas críticas de EMC, é possível adicionar as medidas relevantes tanto nos estágios iniciais do projeto quanto possivelmente posteriormente. Ter uma interface oferece a possibilidade de otimizar o desempenho geral para atender ao teste de EMC. Isso pode resultar na adição de mais filtragem, triagem, etc., ou pode até permitir reduções de custos se algumas das medidas não forem necessárias.

Aterramento

O esquema de aterramento dentro de uma unidade é de particular importância para seu desempenho EMC. O aterramento inadequado pode levar a loops de aterramento que, por sua vez, podem levar a sinais sendo irradiados ou captados dentro da unidade e, portanto, compatibilidade eletromagnética insatisfatória, resultados de desempenho EMC.

Para ajudar a garantir que o sistema de aterramento ou sistema de aterramento funcione satisfatoriamente, vale a pena ter em mente sua função. Pode-se dizer que é um caminho que permite que uma corrente retorne à sua fonte. Obviamente, deve ter uma impedância baixa e também deve ser direto. Quaisquer loops ou desvios podem dar origem a efeitos espúrios que podem dar origem a problemas de EMC.

O planejamento de sistemas de aterramento ou aterramento não é trivial. É mais desafiador do que parece, mas essencial para um bom desempenho de EMC. Os comprimentos devem ser mantidos no mínimo porque acima de frequências superiores a apenas alguns quilohertz, a impedância é dominada pela indutância, e comprimentos de alguns centímetros fazem uma diferença significativa, mesmo em baixas frequências.

Para superar esses efeitos, fios grossos devem ser usados, se possível, e em placas de circuito impresso planos de aterramento devem ser usados. As trilhas críticas devem ser executadas acima do plano de solo e devem ser roteadas de modo que não encontrem nenhuma quebra no plano de solo. Às vezes é necessário ter uma fenda ou quebra em um plano de terra e, se isso ocorrer, uma trilha crítica deve ser roteada sobre o plano, mesmo que isso o torne um pouco mais longo.

Essas e outras abordagens podem ser adotadas para garantir que o sistema de aterramento seja capaz de reduzir ao mínimo os problemas de EMC. Deve-se dar atenção considerável ao aterramento, pois pode não ser fácil alterá-lo posteriormente.

Invólucro blindado

Embora os gabinetes blindados possam não ser uma opção preferida do ponto de vista de custo, colocar a unidade em um gabinete condutivo aterrado melhorará significativamente o desempenho. Toda a filtragem pode então ser realizada nesta interface e a parede condutora fornecerá uma barreira à radiação, melhorando assim as emissões e os elementos de suscetibilidade do desempenho EMC.

Onde o custo e possivelmente a estética forem importantes, é possível borrifar o interior dos gabinetes com tinta condutiva, embora o nível de blindagem fornecido não seja tão bom quanto se fosse usada uma caixa de metal totalmente condutiva. Onde altos níveis de desempenho de EMC são necessários, deve-se tomar cuidado para escolher um caso em que a continuidade da tela não seja violada. Idealmente, a caixa deve ser feita com o menor número possível de elementos. Em cada junta haverá a possibilidade de passagem de radiação. Onde ocorrerem juntas, elas devem ser tão apertadas quanto possível e devem ter boa continuidade entre elas.

Algumas caixas de metal que usam um estilo de construção pré-fabricado com painéis de alumínio anodizado não oferecem um bom desempenho de EMC, embora sejam esteticamente mais agradáveis do que algumas caixas herméticas de RF. Um equilíbrio deve ser feito dependendo do desempenho exigido e dos testes de EMC que precisam ser realizados.

Linhas e cabos blindados

Quando linhas e cabos precisam passar para dentro ou para fora de uma unidade, os cabos podem ser blindados para evitar qualquer radiação dos sinais sendo transportados ou captação de sinais externos. No entanto, quando cabos blindados são necessários para aplicações EMC de compatibilidade eletromagnética, a blindagem deve ser conectada ao terra de sinal do equipamento assim que ele entra na unidade, caso contrário, sinais indesejados podem ser irradiados ou captados e isso comprometeria a conformidade EMC.

A compatibilidade eletromagnética, desempenho EMC é de equipamentos eletrônicos hoje é de grande importância e, como resultado, é necessário projetar para EMC. Para permitir que a unidade passe no teste de EMC e seja colocada no mercado, é necessário que ela esteja em conformidade com as diretivas e regulamentos em vigor. Para que uma unidade seja bem-sucedida, é necessário que ela seja projetada para fornecer um alto nível de compatibilidade eletromagnética, desempenho de EMC e redução de EMI.

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