Elektromanyetik girişim (emi) - türleri, standartları ve ekranlama teknikleri

Sertifikasyon, yeni bir donanım ürününün geliştirilmesi sırasında genellikle en pahalı ve zahmetli aşamalardan biridir. Yetkililerin, ürünün işlevlerle ilgili olarak belirlenmiş tüm yasalara ve yönergelere bağlı olduğunu bilmelerine yardımcı olur. Bu şekilde, söz konusu ürünün performansı, tehlikeleri önlemek ve kullanıcılarına zarar vermek için garanti edilebilir. Bu aşama genellikle ne kadar yorucu olsa da, ürün şirketlerinin son dakika karmaşıklıklarını ortadan kaldırmak için bunu önceden planlamaları önemlidir. Bugünün makalesi için EMI Tasarım Standardına bakacağızBu, tasarımcıların kaliteli ürünler geliştirmek için aklımda tutması gereken çok yaygın bir uygulamadır. EMI'ye ayrıntılı olarak bakacağız ve türlerini, Doğasını, özelliklerini ve standartlarını, bağlantı ve koruma mekanizmalarını ve EMI Testlerini geçmek için en iyi uygulamaları inceleyeceğiz.

EMI Standartları - Her şey nasıl başladı?

EMI (Elektromanyetik Girişim) standart başlangıçta için oluşturuldu elektromanyetik parazitin elektronik devrelerini korumak başlangıçta olacak şekilde tasarlanmıştır edildi şekilde performans göstermelerini engelleyebilir. Bu parazitler bazen cihazın tamamen arızalanmasına neden olabilir ve kullanıcılar için tehlikeli olabilir. İlk olarak 1950'lerde bir endişe haline geldi ve navigasyon sistemlerindeki Elektromanyetik parazitten kaynaklanan navigasyon arızalarından kaynaklanan birkaç önemli kaza ve kasıtsız silah salınımına yol açan radar emisyonları nedeniyle öncelikli olarak ordunun ilgisini çekiyordu. Bu nedenle ordu, sistemlerin birbiriyle uyumlu olmasını ve birinin operasyonlarının diğerini etkilememesini sağlamak istedi çünkü bu, gemilerinde ölümlere neden olabilir.

Askeri uygulamaların yanı sıra, Kalp Pilleri ve diğer tür CIED'ler gibi Tıp ve Sağlıkla ilgili çözümlerde son zamanlarda yaşanan gelişmeler, bu tür cihazlara müdahale yaşamı tehdit eden durumlara yol açabileceğinden EMI düzenlemelerine olan ihtiyaca katkıda bulunmuştur.

Bunlar, diğer senaryoların yanı sıra, EMI girişim standardının ve kurulmuş olan çok sayıda EMC düzenleyici kurumun kurulmasına yol açan şeydir.

Elektromanyetik Girişim (EMI) nedir?

Elektromanyetik Girişim, bir elektronik cihazın düzgün çalışmasını bozan istenmeyen elektromanyetik enerji olarak tanımlanabilir. Tüm elektronik cihazlar, devrelerinden ve tellerinden geçen elektrik hiçbir zaman tam olarak tutulmadığı için bir miktar elektromanyetik radyasyon üretir. Havada elektromanyetik radyasyon olarak yayılan veya G / Ç veya başka bir cihaz "B" kablolarına bağlanan (veya boyunca iletilen) "A" cihazından gelen bu enerji, B cihazındaki çalışma dengesini bozarak cihazın arıza bazen tehlikeli bir şekilde. Cihaz A'dan gelen bu enerjiye, B cihazının işlemlerini engelleyen Elektromanyetik Girişim adı verilir .

Parazit, bazen elektrik fırtınaları gibi doğal bir kaynaktan bile olabilir, ancak çoğu zaman, genellikle yakındaki başka bir cihazın eylemlerinin bir sonucudur. Tüm elektronik cihazlar bazı EMI'ler üretirken, özellikle cep telefonları, LED Ekranlar ve Motorlar gibi belirli bir cihaz sınıfının diğerlerine kıyasla parazit oluşturma olasılığı daha yüksektir. Hiçbir cihaz yalıtılmış bir ortamda çalışamayacağından, parazitin en düşük seviyede tutulmasını sağlamak için cihazlarımızın belirli standartlara uymasını sağlamak önemlidir. Bu standartlar ve düzenlemeler EMI Standardı olarak bilinir ve bu standartların yasal olduğu bölgelerde / ülkelerde kullanılacak / satılacak her ürün / cihaz kullanılmadan önce sertifikalandırılmalıdır.

Elektromanyetik Girişim Türleri (EMI)

Standarda ve düzenlemelere bakmadan önce, ürünlerinize yerleştirilmesi gereken bağışıklığın türünü daha iyi anlamak için EMI türlerini incelemek muhtemelen önemlidir. Elektromanyetik girişim, aşağıdakiler dahil çeşitli faktörlere göre türlere ayrılabilir;

EMI kaynağı
EMI süresi
EMI'nin bant genişliği

Bu kategorilerin her birine birbiri ardına bakacağız.

1. EMI kaynağı

EMI'leri türlere ayırmanın bir yolu, girişimin kaynağını ve nasıl oluşturulduğunu incelemektir. Bu kategori altında, temel olarak iki tür EMI vardır, Doğal Olarak Oluşan EMI ve İnsan Yapımı EMI. Doğal Olarak Oluşan EMI, doğal fenomenlerin aydınlatma, elektrik fırtınaları ve diğer benzer olayların bir sonucu olarak meydana gelen elektromanyetik girişimleri ifade eder. İken EMI İnsan yapımı diğer taraftan girişim yaşandığı cihazı (Alıcı) civarındaki diğer elektronik cihazların faaliyetlerinin bir sonucu olarak ortaya EMIs ifade eder. Bu tip EMI'lerin örnekleri, diğerleri arasında Radyo Frekansı paraziti, ses ekipmanında EMI'yi içerir.

2. Müdahale Süresi

EMI'ler ayrıca girişimin süresine, yani girişimin yaşandığı süreye dayalı olarak türler halinde kategorize edilir. Buna dayanarak, EMI'ler genellikle iki tipte gruplanır, Sürekli EMI ve İmpuls EMI. Sürekli EMİ sürekli bir kaynak tarafından yayılan EMIs değinmektedir. Kaynak insan yapımı veya doğal olabilir, ancak EMI kaynağı ile alıcı arasında bir bağlantı mekanizması (İletim veya radyasyon) mevcut olduğu sürece parazit sürekli olarak deneyimlenir. Dürtü EMIaralıklı olarak veya çok kısa bir süre içinde meydana gelen EMI'lerdir. Sürekli EMI'ler gibi, Impulse EMI de doğal olarak meydana gelebilir veya insan yapımı olabilir. Örnek, bağlı sistemlerin voltaj veya akım dengesinde bozulmaya neden olan sinyaller yayabilen anahtarlar, aydınlatmalar ve benzer kaynaklardan deneyimlenen dürtü gürültüsünü içerir.

3. EMI'nin Bant Genişliği

EMI'ler ayrıca bant genişlikleri kullanılarak türlere ayrılabilir. Bir EMI'nin bant genişliği, EMI'nin deneyimlendiği frekans aralığını ifade eder. Buna dayanarak, EMI'ler Dar Bant EMI ve Geniş Bant EMI olarak kategorize edilebilir. Dar EMİ tipik olarak belki osilatörün bir form ya da bir vericide bozulma farklı dolayı ortaya çıkan parazit sinyallerinin neticesinde oluşturulan tek bir frekans ya da parazit frekanslarının bir dar bantlı oluşur. Çoğu durumda, iletişim veya elektronik ekipman üzerinde genellikle küçük bir etkiye sahiptirler ve kolayca ayarlanabilirler. Ancak, güçlü bir parazit kaynağı olarak kalırlar ve kabul edilebilir sınırlar içinde tutulmaları gerekir. Genişbant EMIS'intek / ayrık frekanslarda oluşmayan EMI'lerdir. Manyetik spektrumun büyük bir bölümünü kaplarlar, farklı formlarda bulunurlar ve farklı insan yapımı veya doğal kaynaklardan ortaya çıkabilirler. Tipik nedenleri ark ve korona içerir ve dijital veri ekipmanındaki EMI sorunlarının iyi bir yüzdesinin kaynağını temsil eder. Doğal olarak meydana gelen EMI durumuna iyi bir örnek, güneşten gelen enerjinin bir iletişim uydusundan gelen sinyali bozması sonucu ortaya çıkan "Güneş Kesintisi" dir. Diğer örnekler arasında; Motorlarda / jeneratörlerde arızalı fırçalar, ateşleme sistemlerinde ark, arızalı güç hatları ve kötü flüoresan lambaların bir sonucu olarak EMI.

EMI'nin doğası

Daha önce açıklandığı gibi EMI'ler, aşağıda gösterildiği gibi birbirine dik açılarda salınan, hem E (Elektrik) hem de H (Manyetik) alan bileşenlerinden oluşan Elektromanyetik dalgalardır. Bu bileşenlerin her biri, frekans, voltaj, mesafe ve akım gibi parametrelere farklı yanıt verir, bu nedenle, EMI'nin doğasını anlamak, sorunun açık bir şekilde ele alınmasından önce hangisinin baskın olduğunu bilmek önemlidir.

Örneğin, Elektrik alan bileşenleri için, EMI zayıflaması, yüksek iletkenliğe sahip malzemeler aracılığıyla geliştirilebilir, ancak bunun tersine Manyetik Alan Bileşeni için zayıflamayı iyileştiren artan geçirgenliğe sahip malzemelerle azaltılabilir. Bu nedenle, E-alanı ağırlıklı EMI'ye sahip bir sistemde artan geçirgenlik, zayıflamayı azaltacak, ancak zayıflama, H-alanına hakim EMI'de iyileşecektir. Bununla birlikte, elektronik bileşenler oluşturmada kullanılan teknolojilerdeki son gelişmeler nedeniyle, E-alanı genellikle parazitin ana bileşenidir.

EMI Kaplin Mekanizmaları

EMI Kuplaj mekanizması, EMI'lerin kaynaktan alıcıya (etkilenen cihazlar) nasıl geldiğini açıklar. EMI'nin doğasının yanı sıra kaynaktan alıcıya nasıl bağlandığını anlamak, sorunu ele almanın anahtarıdır. İki bileşenle (H-alanı ve E-alanı) güçlendirilen EMI'ler, İletim, Radyasyon, Kapasitif Kuplaj ve Endüktif Kuplaj olmak üzere dört ana EMI Bağlantısı türü aracılığıyla bir kaynaktan bir alıcıya bağlanır. Birbiri ardına bağlantı mekanizmalarına göz atalım.

1. İletim

İletim Bağlantısı, EMI kaynağı ile alıcıyı birbirine bağlayan iletkenler (teller ve kablolar) boyunca EMI emisyonları geçirildiğinde oluşur. Bu şekilde birleştirilen EMI, güç kaynağı hatlarında yaygındır ve genellikle H-alanı bileşeninde ağırdır. Güç hatlarındaki İletim Bağlantısı, Ortak Mod iletimi (girişim + ve -ve hattında veya tx ve rx hatlarında faz içi görünür) veya Diferansiyel Mod İletimi (girişim iki iletkende faz dışı görünür) olabilir. İletim Bağlantılı parazit için en popüler çözüm, kablolar üzerinde filtre ve kalkan kullanılmasıdır.

2. Radyasyon

Radyasyon Bağlantısı, EMI Bağlantısının en popüler ve yaygın olarak deneyimlenen şeklidir. İletimden farklı olarak, parazit alıcıya uzay yoluyla yayıldığından (yayıldığından) kaynak ile alıcı arasında herhangi bir fiziksel bağlantı içermez. Yayılan EMI'nin güzel bir örneği, daha önce bahsedilen güneş kesintisidir.

3. Kapasitif bağlantı

Bu, bağlı iki cihaz arasında gerçekleşir. Kapasitif bağlantı, kaynaktaki değişen bir voltaj, bir yükü kurbana kapasitif olarak aktardığında oluşur.

4. Endüktif / Manyetik kaplin

Bu, elektromanyetik indüksiyon ilkelerine dayalı olarak yakın başka bir iletkende bir iletkenin girişim indüklemesi sonucu oluşan EMI türünü ifade eder.

Elektromanyetik Girişim ve Uyumluluk

EMI standardının Elektromanyetik Uyumluluk (EMC) adı verilen Düzenleyici standardın bir parçası olduğu söylenebilir. Cihazların diğer cihazlarla bir arada bulunabildiklerini ve diğer cihazların performansını da etkilemeden tasarlandıkları şekilde çalışabildiklerini göstermek için karşılaması gereken performans standartlarının bir listesini içerir. Bu tür EMI standartları esasen genel EMC standartlarının bir parçasıdır. İsimler genellikle birbirinin yerine kullanılsa da, aralarında açık bir fark vardır, ancak bu bir sonraki makalede ele alınacaktır.

Farklı ülkeler ve kıtalar / Ekonomik bölgeler, bu standartların farklı varyasyonlarına sahiptir ancak bu makale için Federal İletişim Komisyonu (FCC) standartlarını dikkate alacağız. “Kasıtsız” radyo frekansını düzenleyen FCC Standartlarının Başlık 47: Telekomünikasyon Bölüm 15'e göre, iki cihaz sınıfı vardır; A ve B Sınıfları

A Sınıfı cihazlar endüstride, ofislerde, evler dışında her yerde kullanılmak üzere tasarlanmış cihazlardır, CLass B cihazları ise diğer ortamlarda kullanımına bakılmaksızın evde kullanım amaçlı cihazlardır.

İletimle bağlantılı emisyonlar açısından, evde kullanılması amaçlanan Sınıf B cihazlar için, emisyonların aşağıdaki tabloda gösterilen değerlerle sınırlı olması beklenmektedir. Aşağıdaki bilgiler, Federal Düzenleme Web Sitesinin Elektronik Kodundan elde edilmiştir.

İçin A sınıfı cihazları sınırları;

Yayılan emisyonlar için, A Sınıfı cihazların belirtilen frekanslar için aşağıdaki sınırlar içinde kalması beklenir;

Frekans (MHz)	µV / m
30 - 88	100
88 ila 216	150
216 ila 960	200
960 ve üstü	500

İçin ise B sınıfı cihazları, sınırları;

Frekans (MHz)	µV / m
30 - 88	90
88 ila 216	150
216 ila 960	210
960 ve üstü	300

Bu standartlar hakkında daha fazla bilgi, farklı düzenleyici kurumların sayfasında bulunabilir.

Cihazlar için bu EMC standartlarına uymak, dört seviyede EMI koruması gerektirir: bağımsız bileşen seviyesi, kart / PCB seviyesi, sistem seviyesi ve genel sistem seviyesi. Bunu başarmak için iki ana önlem; Elektromanyetik Koruma ve Topraklama genellikle kullanılır, ancak filtreleme gibi diğer önemli önlemler de kullanılır. Çoğu elektronik cihazın kapalı yapısı nedeniyle, EMI koruması genellikle EMC Standartları ile uyumluluğu sağlamak için hem yayılan hem de İletilen EMI'leri içeren bir sistem düzeyinde uygulanır. Bu nedenle, EMI koruması için bir önlem olarak ekranlama ile ilgili pratik hususlara bakacağız.

Elektromanyetik Koruyucu - Tasarımınızı EMI'den koruyun

Koruma, elektronik ürünlerde EMI'yi azaltmak için benimsenen en önemli önlemlerden biridir. Elektronikler veya kablolar için metalik bir muhafaza / blendajın kullanılmasını içerir. Tüm ürünü korumanın çok maliyetli veya pratik olmayabileceği belirli ekipman / durumlarda, bir EMI kaynağı / havuzu olabilecek en kritik bileşenler korumalıdır. Bu, özellikle önceden onaylanmış iletişim modüllerinde ve yongalarda yaygındır.

Fiziksel Koruma, EMI sinyallerini dalgalarının yansıması ve absorpsiyonu yoluyla zayıflatarak (zayıflatarak) EMI'yi azaltır. Metalik kalkanlar, EMI'nin H-alanı bileşenini absorbe etmesi için yüksek bir manyetik geçirgenliğe sahip olurken, E-alan bileşenini yansıtabilecek şekilde tasarlanmıştır. Kablolarda, sinyal telleri bir veya her iki ucunda topraklanmış bir dış iletken katmanla çevrelenirken, muhafazalar için iletken bir metal muhafaza bir parazit kalkanı görevi görür.

İdeal olarak, mükemmel EMC muhafazası, çelik gibi yoğun bir malzemeden yapılmış, kablolar olmadan her tarafta tamamen sızdırmaz hale getirilmiş, böylece hiçbir dalga içeri veya dışarı hareket etmez, ancak ihtiyaç, muhafazalarda düşük maliyet, ısı yönetimi, diğerlerinin yanı sıra bakım, güç ve veri kabloları bu tür idealleri kullanışsız kılmaktadır. Oluşturulan deliklerin her biri, bu ihtiyaçların EMI'ler için potansiyel giriş / çıkış noktaları olması nedeniyle, Tasarımcılar, cihazın genel performansının gün sonunda EMC standardının izin verilen aralıkları içinde kalmasını sağlamak için birkaç önlem almak zorunda kalıyor..

Koruyucu Pratik Hususlar

Yukarıda belirtildiği gibi, muhafazalar veya ekranlama kabloları ile ekranlarken birkaç pratik husus gereklidir. Kritik EMI olasılıklarına (Sağlık, Havacılık, Güç, İletişim, Askeri vb.) Sahip ürünler için, ürün tasarım ekiplerinin koruma ve genel EMI durumları konusunda ilgili deneyime sahip kişilerden oluşması önemlidir. Bu bölüm, bazı olası ipuçlarına veya EMI korumasına geniş bir genel bakış sağlayacaktır.

1. Kabin ve Muhafaza tasarımı

Yukarıda belirtildiği gibi, havalandırma ızgaraları, kablo delikleri, kapılar ve diğerlerinin yanı sıra anahtarlar gibi şeyler için belirli açıklıklar olmadan muhafazalar tasarlamak imkansızdır. Ebatlarına veya şekillerine bakılmaksızın, bir EM dalgasının muhafazaya girip çıkabileceği muhafazalar üzerindeki bu açıklıklar, EMI terimleriyle, yuvalar olarak adlandırılır. Yuvalar, RFI Frekansına göre uzunlukları ve yönleri onları bir dalga kılavuzuna çevirmeyecek şekilde tasarlanmalıdır; havalandırma ızgaraları durumunda boyutları ve düzenlemeleri, termal gereksinimleri korumak için gereken hava akışı arasında doğru bir denge sağlamalıdır. devrenin ve gerekli sinyal zayıflamasına ve ilgili RFI Frekansına bağlı olarak EMI'yi kontrol etme yeteneği.

Askeri teçhizat gibi kritik uygulamalarda, kapılar gibi yuvalar genellikle EMI Contaları adı verilen özel contalarla bağlanır. Örgü tel örgü ve metalik spiral contalar dahil olmak üzere farklı tiplerde gelirler ancak conta seçimi yapılmadan önce birkaç tasarım faktörü (genellikle maliyet / fayda) dikkate alınır. Genel olarak, yuvaların sayısı olabildiğince az olmalı ve boyutu olabildiğince küçük olmalıdır.

2. Kablolar

Bazı muhafazaların kablo açıklıklarına sahip olması gerekebilir; bu, muhafaza tasarımında da dikkate alınmalıdır. İçinde

Bunun yanı sıra, kablolar aynı zamanda kritik ekipmanda olduğu gibi iletilen EMI'lerin bir aracı olarak da hizmet eder, kablolar örgülü bir kalkan kullanır ve bu da daha sonra topraklanır. Bu yaklaşım pahalı olsa da daha etkilidir. Bununla birlikte, düşük maliyetli durumlarda, ferrit boncuklar gibi kullanıma hazır çözümler, kabloların kenarında belirli konumlara yerleştirilir. PCB Kartı seviyesinde, giriş güç hatları boyunca filtreler de uygulanır.

EMI Testlerini Geçmek İçin En İyi Uygulamalar

EMI'yi kontrol altında tutmak için özellikle yönetim kurulu düzeyinde EMI tasarım uygulamalarının bazıları şunlardır;

Ön Onaylı Modülleri Kullanın. Özellikle iletişim için, halihazırda sertifikalı modülleri kullanmak, ekibin korumada yapması gereken iş miktarını azaltır ve ürününüzün sertifikasyon maliyetini düşürür. Profesyonel İpucu: Projeniz için yeni bir güç kaynağı tasarlamak yerine, projeyi mevcut hazır güç kaynakları ile uyumlu olacak şekilde tasarlayın. Bunlar, güç kaynağını onaylamada maliyetten tasarruf etmenizi sağlar.
Akım döngülerini küçük tutun. Bir iletkenin indüksiyon ve radyasyon yoluyla enerjiyi birleştirme yeteneği, anten görevi gören daha küçük bir döngü ile azaltılır.
Bakır baskılı devre (PC) kartı izleri çiftleri için, birbirinin üstüne ve altına hizalanmış geniş (düşük empedans) izleri kullanın.
Bulun müdahale kaynağında filtreleri temelde mümkün mertebe yakın bir güç modülüne. Filtre bileşen değerleri, istenen zayıflama frekans aralığı akılda tutularak seçilmelidir. Örnek olarak, kapasitörler belirli frekanslarda kendi kendine rezonansa girerler ve bunun ötesinde endüktif hareket ederler. Baypas kondansatör uçlarını olabildiğince kısa tutun.
Gürültü kaynaklarının potansiyel olarak duyarlı devrelere yakınlığı dikkate alınarak bileşenleri PCB üzerine yerleştirin.
Pozisyon sığalarla dönüştürücü olabildiğince yakın, özellikle X ve Y kapasitörler olarak.
Yayılan kuplajı en aza indirmek, hassas düğümlerin kesit alanını en aza indirmek ve ortak mod kapasitörlerinden olanlar gibi yayılabilen yüksek akım düğümlerinin kesit alanını en aza indirmek için mümkün olduğunda yer düzlemlerini kullanın
Yüzeye monte cihazlar (SMD), azaltılmış endüktanslar ve daha yakın bileşen yerleşimleri nedeniyle RF enerjisi ile uğraşırken kurşunlu cihazlardan daha iyidir.

Sonuç olarak, geliştirme sürecinde ekibinizde bu tasarım deneyimlerine sahip bireylerin olması, sertifikasyonda maliyetten tasarruf etmenize yardımcı olduğu ve aynı zamanda sisteminizin ve performansının istikrar ve güvenilirliğini sağladığından önemlidir.