Elektromagnētiskie traucējumi (emi) - veidi, standarti un ekranēšanas paņēmieni

Sertifikācija parasti ir viens no dārgākajiem un nogurdinošākajiem posmiem jauna aparatūras izstrādes laikā. Tas palīdz varas iestādēm uzzināt, ka produkts atbilst visiem paredzētajiem likumiem un pamatnostādnēm par funkcijām. Tādā veidā var nodrošināt konkrētā produkta darbību, lai novērstu apdraudējumus un kaitējumu tā lietotājiem. Cik nogurdinošs parasti ir šis posms, produktu ražotājiem ir svarīgi to iepriekš plānot, lai nepieļautu pēdējā brīža sarežģījumus. Šodienas rakstam mēs aplūkosim EMI dizaina standartukas ir ļoti izplatīta prakse, kas dizaineriem man jāpatur prātā, lai izstrādātu kvalitatīvus produktus. Mēs detalizēti aplūkosim EMI un izskatīsim tā veidus, būtību, specifikācijas un standartus, savienošanas un ekranēšanas mehānismus, kā arī labāko praksi EMI testu nokārtošanai.

EMI standarti - kā viss sākās?

EMI (elektromagnētiskie traucējumi) standarts sākotnēji tika izveidots, lai aizsargātu elektroniskās shēmas no elektromagnētiskiem traucējumiem, kas var novērst tos pildīt, kā tie sākotnēji tika izstrādāta, lai būtu. Šīs iejaukšanās reizēm pat var pilnībā padarīt ierīci nepareizu, jo tā var kļūt bīstama lietotājiem. Pirmo reizi tas kļuva par satraukumu pagājušā gadsimta 50. gados un galvenokārt interesēja militārpersonas dažu ievērojamu negadījumu dēļ, kas radās navigācijas kļūmju dēļ, ko izraisīja elektromagnētiskie traucējumi navigācijas sistēmās, un radaru emisijas, kas noveda pie nejaušas ieroču izlaišanas. Tā kā militāristi vēlējās nodrošināt sistēmu savietojamību, un viena darbība neietekmē otru, jo tas varētu izraisīt nāvi viņu amatā.

Papildus militārajiem lietojumiem nesenie sasniegumi medicīnas un veselības jomā, piemēram, elektrokardiostimulatori un cita veida CIED, arī ir veicinājuši nepieciešamību pēc EMI noteikumiem, jo iejaukšanās tādās ierīcēs var izraisīt dzīvībai bīstamas situācijas.

Šie starp citiem scenārijiem ir EMI iejaukšanās standarta un daudzu izveidoto EMS regulējošo struktūru izveidošana.

Kas ir elektromagnētiskie traucējumi (EMI)?

Elektromagnētiskos traucējumus var definēt kā nevēlamu elektromagnētisko enerģiju, kas traucē elektroniskās ierīces pareizu darbību. Visas elektroniskās ierīces rada zināmu daudzumu elektromagnētiskā starojuma, jo elektrība, kas plūst pa tās ķēdēm un vadiem, nekad nav pilnībā noslēgta. Šī enerģijas “A” enerģija, kas vai nu izplatīta pa gaisu kā elektromagnētiskais starojums, vai arī savienota (vai vadīta pa) citas ierīces “B” I / O vai kabeļiem, var izjaukt ierīces B darbības līdzsvaru, liekot ierīcei sabojāties. nepareiza darbība dažreiz bīstamā veidā. Šī enerģija no ierīces A, kas traucē ierīces B darbībām, tiek dēvēta par elektromagnētiskiem traucējumiem .

Iejaukšanās dažkārt var būt pat no dabiska avota, piemēram, elektriskām vētrām, bet visbiežāk tas notiek citas ierīces darbības rezultātā tiešā tuvumā. Kaut arī visas elektroniskās ierīces rada dažus EMI, noteiktas klases ierīces, piemēram, mobilie tālruņi, LED displeji un motori, visticamāk, rada traucējumus, salīdzinot ar citām. Tā kā neviena ierīce nevar darboties izolētā vidē, ir svarīgi nodrošināt, lai mūsu ierīces ievērotu noteiktus standartus, lai nodrošinātu, ka traucējumi ir minimāli. Šie standarti un noteikumi ir pazīstami kā EMI standarti, un katram produktam / ierīcei, kas tiks izmantota / pārdota reģionos / valstīs, kur šie standarti ir likumi, pirms to izmantošanas ir jābūt sertificētiem.

Elektromagnētisko traucējumu (EMI) veidi

Pirms mēs aplūkojam standartu un noteikumus, iespējams, ir svarīgi izpētīt EMI veidu, lai labāk izprastu imunitātes veidu, kas jāiekļauj jūsu produktos. Elektromagnētiskos traucējumus var iedalīt tipos, pamatojoties uz vairākiem faktoriem, tostarp;

EMI avots
EMI ilgums
EMI joslas platums

Mēs aplūkosim katru no šīm kategorijām viens pēc otra.

1. EMI avots

Viens no veidiem, kā klasificēt EMI tipos, ir pārbaudīt traucējumu avotu un to radīšanas veidu. Šajā kategorijā pamatā ir divu veidu EMI, dabiski notiekošie EMI un mākslīgie EMI. Dabā sastopami EMI attiecas uz elektromagnētisko traucējumu, kas rodas kā rezultātā dabas parādības ir kā apgaismojums, elektrisko vētras, un citiem līdzīgiem gadījumiem. Savukārt cilvēka radītie EMI attiecas uz EMI, kas rodas citu elektronisku ierīču darbību rezultātā ierīces (uztvērēja) tuvumā un saskaras ar traucējumiem. Šāda veida EMI piemēri, cita starpā, ir radiofrekvenču traucējumi, EMI skaņas iekārtās.

2. Iejaukšanās ilgums

EMI tiek iedalīti arī tipos, pamatojoties uz traucējumu ilgumu, ti, laika periodu, kurā traucējumi tika pieredzēti. Pamatojoties uz to, EMI parasti tiek sagrupēti divos veidos: Nepārtrauktā EMI un Impulse EMI. Nepārtraukta EMI attiecas uz ENI, kas nepārtraukti emitēto avots. Avots var būt cilvēka radīts vai dabisks, bet traucējumi tiek pieredzēti nepārtraukti, kamēr starp EMI avotu un uztvērēju pastāv sakabes mehānisms (vadīšana vai starojums). Impulsu EMIir EMI, kas notiek ar pārtraukumiem vai ļoti īsā laikā. Tāpat kā nepārtrauktās EMI, arī Impulse EMI varētu būt dabiska vai cilvēka radīta. Piemērs ietver impulsu troksni, ko piedzīvo slēdži, apgaismojums un tamlīdzīgi avoti, kas var izstarot signālus, kas izraisa traucējumus sprieguma vai strāvas līdzsvarā blakus esošajās sistēmās.

3. EMI joslas platums

EMI var arī iedalīt tipos, izmantojot to joslas platumu. EMI joslas platums attiecas uz frekvenču diapazonu, kurā EMI ir pieredzējis. Pamatojoties uz to, EMI var iedalīt šaurjoslas EMI un platjoslas EMI. Šaurjoslas EMI parasti sastāv no viena frekvenci vai šaurjoslas traucējumu frekvencēm, iespējams, tiek radīts ar tādu oscilators vai kā rezultātā viltus signāliem, kas rodas dēļ dažāda veida deformācija raidītāju. Vairumā gadījumu tiem parasti ir neliela ietekme uz sakariem vai elektronisko aprīkojumu, un tos var viegli noregulēt. Tomēr tie joprojām ir spēcīgs traucējumu avots, un tie jāuztur pieņemamās robežās. Platjoslas ENIir EMI, kas nenotiek vienā / atsevišķā frekvencē. Tie aizņem lielu magnētiskā spektra daļu, pastāv dažādos veidos un var rasties no dažādiem cilvēka radītiem vai dabīgiem avotiem. Tipiski cēloņi ir loka izliešana un vainagojums, un tas ir daudzu EMI problēmu avots digitālajās datu iekārtās. Labs dabiski radušās EMI situācijas piemērs ir “Saules pārtraukums”, kas rodas tāpēc, ka saules enerģija pārtrauc sakaru satelīta signālu. Citi piemēri ietver; EMI bojātu motoru / ģeneratoru suku, aizdedzes sistēmu loka, bojātu elektropārvades līniju un sliktu dienasgaismas spuldžu rezultātā.

EMI būtība

EMI, kā aprakstīts iepriekš, ir elektromagnētiskie viļņi, kas sastāv gan no E (elektriskā), gan H (magnētiskā) lauka komponentiem un svārstās taisnā leņķī viens pret otru, kā parādīts zemāk. Katrs no šiem komponentiem atšķirīgi reaģē uz tādiem parametriem kā frekvence, spriegums, attālums un strāva, tāpēc ir svarīgi izprast EMI būtību, zināt, kurš no tiem dominē, pirms problēmu var skaidri novērst.

Piemēram, elektriskā lauka komponentiem EMI vājināšanu var uzlabot, izmantojot materiālus ar augstu vadītspēju, bet to var samazināt ar materiāliem ar paaugstinātu caurlaidību, kas savukārt uzlabo magnētiskā lauka komponenta vājinājumu. Lielāka caurlaidība sistēmā ar EM lauka dominējošo EMI samazinās vājinājumu, bet vājināšanās uzlabosies HI dominējošā EMI. Tomēr, ņemot vērā jaunākos sasniegumus tehnoloģijās, kuras izmanto elektronisko komponentu izveidē, E-lauks parasti ir galvenā traucējumu sastāvdaļa.

EMI savienošanas mehānismi

EMI savienošanas mehānisms apraksta, kā EMI nonāk no avota līdz uztvērējam (ietekmētās ierīces). Izpratne par EMI būtību un tā savienošanu no avota līdz uztvērējam ir galvenais, lai risinātu problēmu. Divu komponentu (H-lauka un E-lauka) darbībā EMI tiek savienoti no avota līdz uztvērējam, izmantojot četrus galvenos EMI savienojuma veidus, kurus tie vada, starojums, kapacitātes un induktīvais savienojums. Apskatīsim sakabes mehānismus vienu pēc otra.

1. Vadīšana

Vadīšana Savienošana notiek, kad EMI emisijas tiek vadītas gar vadītājiem (vadiem un kabeļiem), kas savieno EMI avotu un uztvērēju. Šādi savienots EMI ir kopīgs strāvas padeves līnijās un parasti smags H lauka komponentam. Vadīšana Savienojums elektropārvades līnijās var būt vai nu parastā režīma vadīšana (traucējumi parādās fāzē uz + ve un -ve līnijas, vai ar tx un rx līnijām), vai diferenciālā režīma vadīšana (traucējumi uz diviem vadītājiem parādās ārpus fāzes). Vispopulārākais vadīšanas saistīto traucējumu risinājums ir filtru un vairogu izmantošana kabeļiem.

2. Radiācija

Radiācijas savienošana ir vispopulārākais un visbiežāk pieredzējušais EMI savienojuma veids. Atšķirībā no vadīšanas, tas neietver fizisku savienojumu starp avotu un uztvērēju, jo traucējumus uztvērējs izstaro (izstaro) caur kosmosu. Labs izstarotās EMI piemērs ir iepriekš minētais saules pārtraukums.

3. Kapacitatīvā savienošana

Tas notiek starp divām pievienotajām ierīcēm. Kapacitīva savienošana pastāv, ja mainīgais spriegums avotā kapacitatīvi nodod upurim lādiņu

4. Induktīvā / magnētiskā sakabe

Tas attiecas uz EMI veidu, kas rodas, ja vadītājs izraisa traucējumus citā vadītājā, kas ir tuvu, pamatojoties uz elektromagnētiskās indukcijas principiem.

Elektromagnētiskie traucējumi un savietojamība

Var teikt, ka EMI standarts ir daļa no regulatīvā standarta, ko sauc par elektromagnētisko savietojamību (EMC). Tajā ir saraksts ar veiktspējas standartiem, kas ierīcēm jāievēro, lai parādītu, ka tās spēj sadzīvot ar citām ierīcēm un darboties tā, kā paredzēts, neietekmējot arī citu ierīču veiktspēju. Tā kā šādi EMI standarti būtībā ir daļa no vispārējiem EMS standartiem. Lai gan nosaukumi parasti tiek izmantoti savstarpēji aizstājami, starp tiem pastāv skaidra atšķirība, bet tas tiks aplūkots turpinājuma rakstā.

Dažādām valstīm un kontinentiem / ekonomiskajām zonām ir atšķirīgas šo standartu variācijas, taču attiecībā uz šo rakstu mēs apsvērsim Federālās sakaru komisijas (FCC) standartus. Saskaņā ar FCC standartu 47. sadaļas “Telekomunikācijas” 15. daļu, kas regulē “nejaušu” radiofrekvenci, ir divas ierīču klases; A un B klase

A klases ierīces ir ierīces, kas paredzētas izmantošanai rūpniecībā, birojos un visur citur, izņemot mājas, savukārt B klases ierīces ir ierīces, kas paredzētas lietošanai mājās, neskatoties uz to izmantošanu citās vidēs.

Attiecībā uz vadītspēju saistītām emisijām B klases ierīcēm, kas paredzētas lietošanai mājās, paredzams, ka emisijas būs ierobežotas līdz vērtībām, kas norādītas zemāk esošajā tabulā. Šī informācija tiek iegūta no Federālā regulējuma elektroniskā kodeksa vietnes.

Par A klases ierīcēm robežas ir;

Paredzams, ka attiecībā uz izstaroto emisiju A klases ierīces noteiktās frekvencēs uzturas zemāk esošajā robežās;

Frekvence (MHz)	µV / m
30 līdz 88	100
88. līdz 216. lpp	150
216. līdz 960. lpp	200
960 un vairāk	500

Savukārt B klases ierīces, tad ierobežojumi;

Frekvence (MHz)	µV / m
30 līdz 88	90
88. līdz 216. lpp	150
216. līdz 960. lpp	210
960 un vairāk	300

Plašāka informācija par šiem standartiem ir atrodama dažādu regulatīvo iestāžu lapā.

Lai ievērotu šos ierīču EMS standartus, nepieciešama EMI aizsardzība četros līmeņos: atsevišķu komponentu līmenī, plates / PCB, sistēmas līmenī un vispārējā sistēmas līmenī. Lai to panāktu, divi galvenie pasākumi; Parasti tiek izmantota elektromagnētiskā ekranēšana un iezemēšana, lai gan tiek izmantoti arī citi svarīgi pasākumi, piemēram, filtrēšana. Tā kā lielākajai daļai elektronisko ierīču ir slēgts raksturs, EMI ekranējums parasti tiek piemērots sistēmas līmenī, lai saturētu gan izstarotos, gan vadītos EMI, lai nodrošinātu atbilstību EMS standartiem. Tādējādi mēs aplūkosim praktiskus apsvērumus par ekranēšanu kā EMI aizsardzības pasākumu.

Elektromagnētiskā ekranēšana - aizsargājiet savu dizainu no EMI

Ekrāns ir viens no galvenajiem pasākumiem, kas pieņemti, lai samazinātu EMI elektroniskajos izstrādājumos. Tas ietver metāla korpusa / vairoga izmantošanu elektronikai vai kabeļiem. Dažās iekārtās / situācijās, kad visa produkta ekranēšana var būt pārāk dārga vai nepraktiska, tiek pasargāti vissvarīgākie komponenti, kas varētu būt EMI avots / izlietne. Tas ir īpaši izplatīts vairumā iepriekš sertificētu sakaru moduļu un mikroshēmu.

Fiziskā ekranēšana samazina EMI, vājinot (vājinot) EMI signālus, atspoguļojot un absorbējot viļņus. Metāliskie vairogi ir veidoti tā, lai tie spētu atspoguļot E lauka komponentu, vienlaikus ar augstu magnētisko caurlaidību, lai tas absorbētu EMI H lauka komponentu. Kabeļos signāla vadus ieskauj ārējais vadošais slānis, kas ir iezemēts vienā vai abos galos, turpretim korpusiem vadošs metāla korpuss darbojas kā traucējumu vairogs.

Ideālā gadījumā ideāls EMC korpuss būtu izgatavots no blīva materiāla, piemēram, tērauda, pilnībā noslēgts no visām pusēm bez kabeļiem, tāpēc viļņi neplūst iekšā vai ārā, bet ir vairāki apsvērumi, piemēram, nepieciešamība pēc zemām korpusiņu izmaksām, siltuma pārvaldība, uzturēšanas un datu kabeļi, padara šādus ideālus nepraktiskus. Ar katru izveidoto caurumu, tā kā šīs vajadzības ir potenciāls EMI ieejas / izejas punkts, dizaineri ir spiesti veikt vairākus pasākumus, lai nodrošinātu, ka ierīces kopējais veiktspēja dienas beigās joprojām ir pieļaujamajā EMS standarta diapazonā..

Aizsargājot praktiskus apsvērumus

Kā minēts iepriekš, ekranējot ar korpusiem vai ekranēšanas kabeļiem, ir nepieciešami vairāki praktiski apsvērumi. Produktiem ar kritiskām EMI iespējām (veselība, aviācija, enerģētika, komunikācija, militārā un tā tālāk) ir svarīgi, lai produkta dizaina komandās būtu personas, kurām ir attiecīga pieredze ekranēšanas un vispārējo EMI situāciju jomā. Šajā sadaļā tiks sniegts plašs pārskats par dažiem iespējamiem padomiem vai EMI pasargāšanu.

1. Korpusa un korpusa dizains

Kā minēts iepriekš, nav iespējams veidot korpusus bez noteiktām atverēm, kas kalpotu kā ventilācijas režģi, kabeļu caurumi, durvis un cita starpā, piemēram, slēdži. Šīs korpusi atveres, neatkarīgi no to lieluma vai formas, caur kurām EM viļņi var iekļūt kamerā vai iziet no tās, EMI nozīmē, tiek sauktas par laika nišām. Sloti jāprojektē tā, lai to garums un orientācija attiecībā pret RFI frekvenci nepārvērstu viļņvadus, savukārt ventilācijas režģu gadījumā to izmēram un izvietojumam vajadzētu uzturēt pareizu līdzsvaru starp gaisa plūsmu, kas nepieciešama siltuma prasību uzturēšanai. un spēju kontrolēt EMI, pamatojoties uz nepieciešamo signāla vājinājumu un iesaistīto RFI frekvenci.

Kritiskās lietojumprogrammās, piemēram, militārajā aprīkojumā, sloti, piemēram, durvis utt., Parasti tiek piesaistīti ar specializētām blīvēm, ko sauc par EMI blīvēm. Tie ir dažādu veidu, ieskaitot trikotāžas stiepļu sietus un metāla spirālveida blīves, taču pirms blīves izvēles tiek apsvērti vairāki dizaina faktori (parasti izmaksas / ieguvumi). Kopumā slotu skaitam jābūt pēc iespējas mazākam, un izmēram jābūt pēc iespējas mazam.

2. Kabeļi

Atsevišķiem korpusiem var būt vajadzīgas kabeļu atveres; tas jāņem vērā arī korpusa projektā. In

Bez tam, kabeļi kalpo arī kā vadāmo EMI līdzeklis kritiskajās iekārtās, bet kabeļos tiek izmantots pīts vairogs, kas pēc tam tiek iezemēts. Lai gan šī pieeja ir dārga, tā ir efektīvāka. Tomēr zemu izmaksu situācijās risinājumi, piemēram, ferīta lodītes, tiek novietoti noteiktās vietās kabeļu malā. PCB plates līmenī filtri tiek ieviesti arī pa ieejas elektropārvades līnijām.

Labākā prakse, lai izturētu EMI testus

Daži no EMI projektēšanas paņēmieniem, īpaši padomes līmenī, lai EMI pārbaudītu, ir šādi;

Izmantojiet iepriekš sertificētus moduļus. Īpaši saziņai, izmantojot jau sertificētus moduļus, tiek samazināts darba apjoms, kas komandai jāveic, aizsargājot un samazinot produkta sertifikācijas izmaksas. Pro padoms: tā vietā, lai projektam izstrādātu jaunu barošanas avotu, noformējiet projektu tā, lai tas būtu saderīgs ar jau esošajiem barošanas avotiem. Tas ietaupa jūsu izmaksas, apliecinot strāvas padevi.
Saglabājiet pašreizējās cilpas mazas. Vadītāja spēja savienot enerģiju ar indukciju un starojumu tiek pazemināta ar mazāku cilpu, kas darbojas kā antena
Vara iespiedshēmas (PC) plākšņu pāru pāriem izmantojiet plašas (zemas pretestības) pēdas, kas izlīdzinātas virs un zem viena otras.
Atrodiet filtrus traucējumu avotā, galvenokārt pēc iespējas tuvāk strāvas modulim. Filtru komponentu vērtības jāizvēlas, ņemot vērā vēlamo vājināšanās frekvences diapazonu. Piemēram, kondensatori pašrezonē noteiktās frekvencēs, pārsniedzot tās darbojas induktīvi. Turiet apvedceļa kondensatora vadus pēc iespējas īsākus.
Novietojiet komponentus uz PCB, ņemot vērā trokšņa avotu tuvumu potenciāli uzņēmīgām ķēdēm.
Novietojiet atdalīšanas kondensatorus pēc iespējas tuvāk pārveidotājam, īpaši X un Y kondensatoriem.
Ja iespējams, izmantojiet zemes plaknes, lai samazinātu izstaroto savienojumu, samazinātu jutīgo mezglu šķērsgriezuma laukumu un samazinātu šķērsgriezuma laukumu lieliem strāvas mezgliem, kas var izstarot, piemēram, no kopējā režīma kondensatoriem
Virsmas montāžas ierīces (SMD) ir labākas par svina ierīcēm, strādājot ar RF enerģiju, jo ir pieejama samazināta induktivitāte un tuvāki komponentu izvietojumi.

Kopumā izstrādes procesā ir svarīgi, lai jūsu komandā būtu personas ar šo dizaina pieredzi, jo tas palīdz ietaupīt sertifikācijas izmaksas, kā arī nodrošina jūsu sistēmas un tās veiktspējas stabilitāti un uzticamību.