Elektromagnetiniai trukdžiai (emi) - tipai, standartai ir ekranavimo būdai

Sertifikavimas paprastai yra vienas brangiausių ir varginančių etapų kuriant naują aparatūros gaminį. Tai padeda valdžios institucijoms žinoti, kad gaminys atitinka visus nustatytus įstatymus ir funkcijų gaires. Tokiu būdu galima užtikrinti, kad konkretus produktas veikia užkirsti kelią pavojams ir pakenkti jo vartotojams. Kad ir kaip paprastai šis etapas yra varginantis, produktų kompanijoms svarbu tai iš anksto suplanuoti, kad būtų panaikinti paskutinės minutės sudėtingumai. Šiandienos straipsnyje aptarsime EMI dizaino standartątai yra labai paplitusi praktika, kurią dizaineriai turi nepamiršti kurdami kokybiškus produktus. Mes išsamiai išnagrinėsime EMI ir išnagrinėsime jo tipus, pobūdį, specifikacijas ir standartus, sujungimo ir ekranavimo mechanizmus bei geriausią EMI testų išlaikymo praktiką.

EMI standartai - nuo ko viskas prasidėjo?

EPI (elektromagnetiniai trukdžiai) standartas iš pradžių buvo sukurta siekiant apsaugoti elektronines grandines iš elektromagnetinių trukdžių, kurie gali užkirsti kelią juos nuo scenos, kaip jie iš pradžių buvo skirta būti. Dėl šių trukdžių prietaisas gali visiškai sutrikti ir tapti pavojingas vartotojams. Tai pirmą kartą susirūpino 1950-aisiais ir pirmiausia domino kariuomenę dėl kelių pastebimų avarijų, įvykusių dėl navigacijos gedimų dėl elektromagnetinių trikdžių navigacijos sistemose, ir radarų išmetimo, dėl kurio netyčia paleidžiami ginklai. Kariuomenė norėjo užtikrinti, kad sistemos būtų suderinamos, o vienos operacijos neturi jokios įtakos kitai, nes tai gali sukelti mirtį jų amate.

Be karinių programų, pastaruoju metu su medicina ir sveikata susijusių sprendimų, tokių kaip širdies stimuliatoriai ir kitos rūšies CIED, pažanga taip pat prisidėjo prie EMI taisyklių poreikio, nes kišimasis į tokius prietaisus gali sukelti gyvybei pavojingas situacijas.

Tai, be kitų scenarijų, lemia EMI trukdžių standarto ir daugybės jau įsteigtų EMS reguliavimo institucijų nustatymą.

Kas yra elektromagnetiniai trukdžiai (EMI)?

Elektromagnetiniai trukdžiai gali būti apibrėžti kaip nepageidaujama elektromagnetinė energija, trikdanti tinkamą elektroninio prietaiso veikimą. Visi elektroniniai prietaisai sukuria tam tikrą elektromagnetinės spinduliuotės kiekį, nes jo grandinėmis ir laidais tekanti elektra niekada nėra pilnai uždaryta. Ši energija iš prietaiso „A“, skleidžiama ore kaip elektromagnetinė spinduliuotė, arba sujungta (arba perduodama kartu) su kito įtaiso „B“ įvesties / išvestimi ar kabeliais, gali sutrikdyti B įrenginio veikimo pusiausvyrą, todėl prietaisas gali sugesti. gedimas kartais pavojingu būdu. Ši A prietaiso energija, trukdanti B prietaiso veikimui, vadinama elektromagnetiniais trikdžiais .

Trukdžiai kartais gali kilti iš natūralaus šaltinio, pavyzdžiui, elektros audros, tačiau dažniausiai tai būna dėl kito įrenginio, esančio arti, veiksmų. Nors visi elektroniniai prietaisai sukuria kai kurias EMI, tam tikros klasės prietaisai, pavyzdžiui, mobilieji telefonai, ypač LED ekranai ir varikliai, greičiausiai sukelia trikdžius, palyginti su kitais. Kadangi joks prietaisas negali veikti izoliuotoje aplinkoje, svarbu užtikrinti, kad mūsų prietaisai laikytųsi tam tikrų standartų, kad trikdžiai būtų kuo mažesni. Šie standartai ir taisyklės yra žinomi kaip EMI standartas, todėl kiekvienas produktas / įrenginys, kuris bus naudojamas / parduodamas regionuose / šalyse, kur šie standartai yra įstatymai, turi būti sertifikuoti prieš juos naudojant.

Elektromagnetinių trukdžių (EMI) tipai

Prieš pradėdami nagrinėti standartą ir taisykles, tikriausiai svarbu ištirti EMI tipą, kad geriau suprastumėte, koks imunitetas turėtų būti jūsų gaminiuose. Elektromagnetinius trukdžius galima suskirstyti į tipus pagal kelis veiksnius, įskaitant;

EMI šaltinis
EMI trukmė
EMI pralaidumas

Mes pažvelgsime į kiekvieną iš šių kategorijų vienas po kito.

1. EMI šaltinis

Vienas iš būdų suskirstyti EMI į tipus yra ištirti trukdžių šaltinį ir kaip jie buvo sukurti. Šioje kategorijoje iš esmės yra dviejų tipų EPI, natūraliai vykstančios EMI ir žmogaus sukurtos EMI. Natūralu, įvykusiu EPI remiasi elektromagnetinių trukdžių, kurie atsiranda kaip natūralaus reiškinio rezultatas lyg apšvietimo, elektros audrų ir kitų panašių įvykių. Nors Dirbtiniai EPI Kita vertus, remiasi elektroninių pinigų, kurie įvyksta, kaip kitų elektroninių prietaisų prietaiso (imtuvo) patiria trukdžių netoli veiklos rezultatas. Tokio tipo EMI pavyzdžiai yra radijo dažnio trukdžiai, EMI garso aparatūroje, be kita ko.

2. trukdžių trukmė

EMI taip pat skirstomi į tipus pagal trukdžių trukmę, ty laikotarpį, per kurį trukdžiai buvo patirti. Remiantis tuo, EMI paprastai yra suskirstyti į du tipus: tęstinis EMI ir impulsinis EMI. Nuolatinis EPI remiasi elektroninių pinigų, kad nuolat skleidžia šaltinį. Šaltinis gali būti žmogaus sukurtas arba natūralus, tačiau trukdžiai patiriami nuolat, kol tarp EMI šaltinio ir imtuvo egzistuoja sujungimo mechanizmas (laidumas arba spinduliuotė). Impulsas EMIyra EMI, atsirandantys periodiškai arba per labai trumpą laiką. Kaip ir nuolatinės EMI, „Impulse“ EMI taip pat gali būti natūraliai atsirandanti arba žmogaus sukurta. Pavyzdys apima impulsinį triukšmą, kurį patiria jungikliai, apšvietimas ir panašūs šaltiniai, galintys skleisti signalus, kurie gali sutrikdyti prijungtų netoliese esančių sistemų įtampą ar srovės pusiausvyrą.

3. EMI pralaidumas

EMI taip pat gali būti suskirstyti į tipus pagal jų pralaidumą. EMI pralaidumas reiškia dažnių diapazoną, kuriuo patiria EMI. Remiantis tuo, EMI galima suskirstyti į siaurajuosčius ir plačiajuosčius. Siaurajuostis EPI paprastai susideda iš vieno dažnio arba dažnių trikdžių siaurajuosčio įmanoma, kad būtų sukurtu osciliatorių forma, arba kaip padirbtomis signalų dėl, padarytą įvairių rūšių iškraipymas siųstuvo rezultatas. Daugeliu atvejų jie paprastai daro nedidelį poveikį ryšiams ar elektroninei įrangai ir juos galima lengvai sureguliuoti. Tačiau jie tebėra stiprus trukdžių šaltinis ir turėtų būti laikomi priimtinose ribose. Plačiajuostis EPĮyra EMI, kurios nevyksta pavieniais / atskiraisiais dažniais. Jie užima didelę magnetinio spektro dalį, egzistuoja skirtingomis formomis ir gali atsirasti iš skirtingų žmogaus sukurtų ar natūralių šaltinių. Tipiškos priežastys yra lankai ir vainikiniai vainikėliai, ir tai yra daugelio EMI problemų, susijusių su skaitmenine duomenų įranga, šaltinis. Geras natūraliai susiklosčiusios EMI situacijos pavyzdys yra „Saulės nutrūkimas“, atsirandantis dėl saulės energijos sugadinto ryšio palydovo signalo. Kiti pavyzdžiai: EMI dėl sugedusių variklių / generatorių šepečių, lanko uždegimo sistemose, sugedusių elektros linijų ir blogų fluorescencinių lempų.

EMI pobūdis

EMI, kaip aprašyta anksčiau, yra elektromagnetinės bangos, kurias sudaro tiek E (elektrinis), tiek H (magnetinis) lauko komponentai, svyruojančios stačiu kampu viena kitos atžvilgiu, kaip parodyta žemiau. Kiekvienas iš šių komponentų skirtingai reaguoja į tokius parametrus kaip dažnis, įtampa, atstumas ir srovė, todėl labai svarbu suprasti EMI prigimtį, žinoti, kuris iš jų yra dominuojantis, kol bus galima aiškiai išspręsti problemą.

Pavyzdžiui, elektrinio lauko komponentams EMI slopinimą galima pagerinti naudojant medžiagas, kurių laidumas yra didelis, tačiau jas sumažinti gali medžiagos, kurių pralaidumas yra didesnis, o tai, priešingai, pagerina magnetinio lauko komponento slopinimą. Padidėjęs sistemos, kurioje vyrauja E laukas, pralaidumas sumažins silpnėjimą, tačiau silpnėjimas pagerės H lauke dominuojančioje EMI. Tačiau dėl naujausių technologijų, naudojamų kuriant elektroninius komponentus, pažangos, E laukas paprastai yra pagrindinis trikdžių komponentas.

EMI sujungimo mechanizmai

EMI sujungimo mechanizmas apibūdina, kaip EMI patenka iš šaltinio į imtuvą (paveikti įrenginiai). Suprasti EMI pobūdį ir jo sujungimą nuo šaltinio prie imtuvo yra pagrindinis problemos sprendimas. Dviejų komponentų (H lauko ir E lauko) maitinimas EMI yra sujungtas iš šaltinio su imtuvu per keturis pagrindinius EMI sujungimo tipus, kuriuos jie atlieka, laidą, radiaciją, talpinę jungtį ir indukcinę jungtį. Pažvelkime vienas po kito į sukabinimo mechanizmus.

1. Laidumas

Laidumas Sukabinimas įvyksta, kai EMI emisija praeina išilgai laidininkų (laidų ir kabelių), sujungiančių EMI šaltinį ir imtuvą. Tokiu būdu sujungta EMI yra įprasta maitinimo linijose ir paprastai sunki H lauko komponentui. Elektros laidų sujungimas gali būti laidumas „Bendrasis režimas“ (trukdžiai atsiranda fazėse „+ ve“ ir „-ve“ linijose arba „tx“ ir „Rx“ linijose) arba „ Diferencinio režimo laidumas“ (trukdžiai atsiranda ne fazėje dviem laidininkams). Populiariausias laidumo sujungtų trikdžių sprendimas yra filtrų ir ekranų naudojimas per kabelius.

2. Spinduliavimas

Radiacinis sujungimas yra populiariausia ir dažniausiai patiriama EMI sujungimo forma. Skirtingai nei laidumo atveju, jis neturi jokio fizinio ryšio tarp šaltinio ir imtuvo, nes trukdžiai per erdvę skleidžiami (spinduliuojami) į imtuvą. Geras spinduliuojamos EMI pavyzdys yra anksčiau paminėtas saulės trūkumas.

3. Talpinė jungtis

Tai įvyksta tarp dviejų prijungtų įrenginių. Talpinė jungtis egzistuoja, kai kintanti šaltinio įtampa talpiai perduoda aukai krūvį

4. Indukcinė / magnetinė mova

Tai reiškia EMS rūšį, atsirandančią dėl to, kad laidininkas sukelia elektromagnetinės indukcijos principais trukdžius kitam laidininkui.

Elektromagnetiniai trukdžiai ir suderinamumas

Galima sakyti, kad EMI standartas yra reguliavimo standarto, vadinamo elektromagnetiniu suderinamumu (EMS), dalis. Jame yra sąrašas veikimo standartų, kuriuos prietaisai turi atitikti, kad parodytų, jog jie sugeba egzistuoti kartu su kitais įrenginiais ir veikti taip, kaip suprojektuoti, taip pat neturėdami įtakos kitų įrenginių veikimui. Tokie EMI standartai iš esmės yra bendrųjų EMS standartų dalis. Nors pavadinimai paprastai vartojami pakaitomis, tarp jų yra aiškus skirtumas, tačiau tai bus aptarta tolesniame straipsnyje.

Skirtingos šalys ir žemynai / ekonominės zonos turi skirtingus šių standartų variantus, tačiau šiame straipsnyje aptarsime Federalinės ryšių komisijos (FCC) standartus. Pagal FCC standartų 47 dalies „Telekomunikacijos“ 15 dalį, reglamentuojančią „netyčinį“ radijo dažnį, yra dvi prietaisų klasės; A ir B klasės

A klasės prietaisai yra prietaisai, skirti naudoti pramonėje, biuruose ir visur kitur, išskyrus namus, o B klasės prietaisai yra skirti naudoti namuose, nepaisant to, kad jie naudojami kitose aplinkose.

Kalbant apie laidumą, susijusį su laidumu, B klasės prietaisams, skirtiems naudoti namuose, tikimasi, kad išmetamų teršalų kiekis neviršys toliau pateiktoje lentelėje nurodytų verčių. Ši informacija yra gauta iš Federalinio reguliavimo elektroninio kodekso svetainės.

Už A klasės įtaisų ribos yra;

Tikimasi, kad spinduliuojant išmetamus teršalus A klasės prietaisai nurodytu dažniu neviršys žemiau nurodytos ribos;

Dažnis (MHz)	µV / m
30–88	100
88–216	150
216–960	200
960 ir daugiau	500

Nors už B klasės prietaisams, ribos yra;

Dažnis (MHz)	µV / m
30–88	90
88–216	150
216–960	210
960 ir daugiau	300

Daugiau informacijos apie šiuos standartus galite rasti skirtingų reguliavimo institucijų puslapyje.

Norint laikytis šių prietaisų EMS standartų, reikia EMI apsaugos keturiais lygiais: atskirų komponentų lygiu, plokščių / PCB lygiu, sistemos lygiu ir bendru sistemos lygiu. Norėdami tai pasiekti, dvi pagrindinės priemonės; Paprastai naudojamas elektromagnetinis ekranavimas ir įžeminimas, nors naudojamos ir kitos svarbios priemonės, pvz., Filtravimas. Dėl daugumos elektroninių prietaisų uždarumo EMI ekranavimas paprastai taikomas sistemos lygmeniu, kad jame būtų tiek spinduliuojamos, tiek laidžios EMI, kad būtų užtikrinta atitiktis EMS standartams. Taigi mes nagrinėsime praktinius ekranavimo aspektus kaip EMI apsaugos priemonę.

Elektromagnetinis ekranavimas - apsaugokite savo dizainą nuo EMI

Ekranavimas yra viena iš pagrindinių priemonių, priimtų siekiant sumažinti EMI elektroniniuose gaminiuose. Tai reiškia metalinio gaubto / skydo naudojimą elektronikai ar kabeliams. Tam tikrais įrenginiais / situacijomis, kai viso produkto ekranavimas gali būti per brangus ar nepraktiškas, svarbiausi komponentai, kurie galėtų būti EMI šaltinis / kriauklė, yra apsaugoti. Tai ypač būdinga daugumai iš anksto sertifikuotų ryšio modulių ir lustų.

Fizinis ekranavimas sumažina EMI silpnindamas (silpnindamas) EMI signalus atspindėdamas ir sugerdamas jo bangas. Metaliniai skydai suprojektuoti taip, kad jie galėtų atspindėti E lauko komponentą, tuo pačiu turėdami didelį magnetinį pralaidumą, kad jis sugertų EM lauko H komponentą. Kabeliuose signalo laidai yra apsupti išoriniu laidžiu sluoksniu, kuris yra įžemintas viename arba abiejuose galuose, o korpusams laidus metalinis korpusas veikia kaip trukdžių skydas.

Idealiu atveju, tobulas EMS korpusas būtų pagamintas iš tankios medžiagos, tokios kaip plienas, visiškai uždarytas iš visų pusių be jokių kabelių, todėl jokia banga neišeina ir neišeina, tačiau kelios aplinkybės, pavyzdžiui, poreikis, mažos gaubtų kainos, šilumos valdymas priežiūros, maitinimo ir duomenų kabeliai, tokius idealus paverčia nepraktiškais. Kadangi kiekviena sukurta skylė yra potencialus EMI įėjimo / išėjimo taškas, dizaineriai yra priversti imtis kelių priemonių, kad užtikrintų, jog bendras prietaiso veikimas dienos pabaigoje vis tiek atitiktų leistinas EMS standarto ribas..

Apsaugoti praktinius aspektus

Kaip minėta pirmiau, reikia keleto praktinių sumetimų, kai ekranuojama gaubtais arba ekranuojančiais kabeliais. Produktams, turintiems kritines EMI galimybes (sveikata, aviacija, energija, ryšiai, kariškiai ir pan.), Svarbu, kad gaminio projektavimo grupes sudarytų asmenys, turintys atitinkamą ekranavimo ir bendrų EMI situacijų patirtį. Šiame skyriuje pateikiama plati kai kurių galimų patarimų arba EMI ekranavimo apžvalga.

1. Spintelės ir gaubto dizainas

Kaip minėta pirmiau, neįmanoma suprojektuoti korpusų be tam tikrų angų, kurie tarnautų kaip ventiliacijos grotelės, kabelių skylės, durys ir, pavyzdžiui, jungikliai. Šios angos ant gaubtų, neatsižvelgiant į jų dydį ar formą, per kurias EM banga gali patekti į gaubtą arba išeiti iš jo, EMI terminais vadinamos lizdais. Lizdai turi būti suprojektuoti taip, kad jų ilgis ir orientacija, palyginti su RFI dažniu, nepaverstų bangolaidžiu, o vėdinimo grotelių dydis ir išdėstymas turėtų išlaikyti tinkamą oro srauto pusiausvyrą, reikalingą šilumos poreikiams palaikyti. schemą ir galimybę valdyti EMI, atsižvelgiant į reikalingą signalo slopinimą ir RFI dažnį.

Kritinėse programose, pavyzdžiui, karinėje įrangoje, angos, pvz., Durys ir pan., Dažniausiai yra tvirtinamos specialiomis tarpinėmis, vadinamomis EMI tarpinėmis. Jų yra įvairių tipų, įskaitant megztas vielos tinklelius ir metalines spiralines tarpines, tačiau prieš pasirenkant tarpinę atsižvelgiama į kelis projektavimo veiksnius (paprastai sąnaudas / naudą). Apskritai, laiko tarpsnių skaičius turėtų būti kuo mažesnis, o dydis - kuo mažesnis.

2. Kabeliai

Tam tikruose gaubtuose gali reikėti kabelių angų; tai taip pat turi būti atsižvelgta į korpuso projektą. Į

Be to, kabeliai taip pat yra svarbiausių įrenginių EMI priemonė, kabeliuose naudojamas pintas ekranas, kuris tada įžeminamas. Nors šis metodas yra brangus, jis yra efektyvesnis. Tačiau esant nebrangiai, kabelių kraštuose tam tikrose vietose, pavyzdžiui, ferito karoliukai, dedami tam tikri sprendimai. PCB plokštės lygiu filtrai taip pat diegiami palei įvesties maitinimo linijas.

Geriausia EMI testų išlaikymo praktika

Tam tikra EMI projektavimo praktika, ypač valdybos lygmeniu, kad būtų galima kontroliuoti EMI;

Naudokite iš anksto sertifikuotus modulius. Ypač komunikacijos srityje, naudojant jau sertifikuotus modulius, sumažinamas komandos darbas, kurį reikia atlikti apsaugant ekraną, ir sumažėja jūsų produkto sertifikavimo išlaidos. Profesionalų patarimas: užuot projektavę naują energijos šaltinį, suprojektuokite projektą, kad jis būtų suderinamas su esamais maitinimo šaltiniais. Tai sutaupys jūsų išlaidas patvirtinant maitinimo šaltinį.
Laikykite dabartines kilpas mažas. Laidininko gebėjimas susieti energiją indukcijos ir radiacijos būdu yra sumažintas mažesne kilpa, kuri veikia kaip antena
Vario spausdintos plokštės (PC) plokštės pėdoms naudokite plačius (mažos impedanso) pėdsakus, išlygintus vienas virš kito ir žemiau.
Filtrus raskite trikdžių šaltinyje, iš esmės kuo arčiau maitinimo modulio. Filtro komponentų vertės turėtų būti parenkamos atsižvelgiant į norimą slopinimo dažnio diapazoną. Pavyzdžiui, kondensatoriai savaime rezonuoja tam tikrais dažniais, už kuriuos jie veikia induktyviai. Laikykite aplinkkelio kondensatoriaus laidus kuo trumpesnius.
Įdėkite komponentus į PCB atsižvelgdami į triukšmo šaltinių artumą prie potencialiai jautrių grandinių.
Pozicija atsieti kondensatoriai kuo arčiau prie keitiklio, ypač X ir Y kondensatoriai.
Jei įmanoma, naudokite žemės plokštumas, kad sumažintumėte spinduliuojamąjį sujungimą, sumažintumėte jautrių mazgų skerspjūvio plotą ir sumažintumėte didelių srovių mazgų, kurie gali spinduliuoti, skerspjūvio plotą, pvz., Iš bendro režimo kondensatorių
Paviršiuje montuojami įrenginiai (SMD) yra geresni nei švininiai prietaisai, dirbantys su radijo dažnių energija dėl sumažėjusio induktyvumo ir artimesnių komponentų išdėstymo galimybių.

Apskritai, kuriant procesą, svarbu, kad jūsų komandoje būtų tokių projektavimo patirties turinčių asmenų, nes tai padeda sutaupyti sertifikavimo išlaidas ir užtikrina jūsų sistemos bei jos veikimo stabilumą ir patikimumą.