Gangguan elektromagnetik (emi) - jenis, standard dan teknik perisai

Pensijilan biasanya merupakan salah satu peringkat yang paling mahal dan membosankan semasa pembangunan produk perkakasan baru. Ini membantu pihak berkuasa untuk mengetahui bahawa produk mematuhi semua undang-undang dan garis panduan yang ditetapkan mengenai fungsi tersebut. Dengan cara ini, prestasi produk tersebut dapat dijamin untuk mengelakkan bahaya, dan bahaya kepada penggunanya. Seperti membosankan seperti tahap ini, adalah penting bagi syarikat produk untuk merancang ini sebelum membatalkan kerumitan pada saat-saat terakhir. Untuk artikel hari ini, kita akan melihat EMI Design Standardmerupakan amalan yang sangat biasa yang perlu diingat oleh pereka untuk mengembangkan produk yang berkualiti. Kami akan melihat EMI secara terperinci dan akan mengkaji jenisnya, Sifat, spesifikasi dan piawaiannya, mekanisme gandingan dan pelindung, dan amalan terbaik untuk lulus Ujian EMI.

Piawaian EMI - Bagaimana semuanya bermula?

The EMI (Gangguan elektromagnet) standard pada asalnya dicipta untuk melindungi litar elektronik daripada gangguan elektromagnetik yang boleh menghalang mereka daripada melaksanakan cara mereka pada asalnya direka untuk menjadi. Gangguan ini mungkin kadang-kadang menjadikan alat ini tidak berfungsi sepenuhnya sehingga boleh membahayakan pengguna. Ini pertama kali menjadi perhatian pada tahun 1950-an, dan terutama menarik perhatian tentera kerana beberapa kemalangan terkenal yang timbul dari kegagalan navigasi kerana gangguan Elektromagnetik dalam sistem navigasi, dan pelepasan radar yang menyebabkan pelepasan senjata secara tidak sengaja. Oleh itu, tentera ingin memastikan sistem sesuai dengan satu sama lain dan operasi yang satu tidak akan mempengaruhi yang lain kerana itu boleh menyebabkan kematian dalam kapal mereka.

Selain aplikasi ketenteraan, kemajuan dalam penyelesaian berkaitan Perubatan dan Kesihatan seperti alat pacu jantung dan jenis CIED lain, juga telah menyumbang kepada perlunya peraturan EMI kerana gangguan pada peranti seperti ini dapat menyebabkan situasi yang mengancam nyawa.

Ini antara senario lain yang membawa kepada pembentukan standard gangguan EMI dan sebilangan besar badan pengawalseliaan EMC yang telah dibentuk.

Apa itu Gangguan Elektromagnetik (EMI)?

Gangguan elektromagnetik boleh didefinisikan sebagai tenaga elektromagnetik yang tidak diingini yang mengganggu fungsi alat elektronik yang betul. Semua alat elektronik menghasilkan sejumlah radiasi elektromagnetik kerana elektrik yang mengalir melalui litar dan wayarnya tidak pernah terisi sepenuhnya. Tenaga ini dari peranti "A", baik disebarkan melalui udara sebagai radiasi elektromagnetik, atau digabungkan ke (atau dilakukan bersama) I / O atau kabel peranti lain "B", dapat mengganggu keseimbangan operasi pada perangkat B, menyebabkan perangkat kepincangan kadang-kadang dengan cara yang berbahaya. Tenaga ini dari peranti A yang mengganggu operasi peranti B disebut sebagai Gangguan Elektromagnetik .

Gangguan kadang-kadang boleh berlaku dari sumber semula jadi seperti ribut elektrik tetapi lebih kerap daripada itu, ia biasanya disebabkan oleh tindakan peranti lain yang berdekatan. Walaupun semua peranti elektronik menghasilkan beberapa EMI, kelas peranti tertentu seperti telefon bimbit, Paparan LED dan Motor terutamanya, cenderung menimbulkan gangguan berbanding yang lain. Oleh kerana tidak ada peranti yang dapat beroperasi di lingkungan terpencil, adalah penting untuk memastikan peranti kami mematuhi piawaian tertentu untuk memastikan gangguan dijaga dengan minimum. Piawaian dan peraturan ini dikenal sebagai Standar EMI dan setiap produk / perangkat yang akan digunakan / dijual di wilayah / negara di mana piawaian ini adalah undang-undang, harus disahkan sebelum dapat digunakan.

Jenis Gangguan Elektromagnetik (EMI)

Sebelum kita melihat standard dan peraturan, mungkin penting untuk memeriksa jenis EMI untuk lebih memahami jenis kekebalan yang harus ada dalam produk anda. Gangguan elektromagnetik boleh dikategorikan kepada jenis berdasarkan beberapa faktor termasuk;

Sumber EMI
Tempoh EMI
Lebar jalur EMI

Kami akan melihat setiap kategori ini satu demi satu.

1. Sumber EMI

Salah satu cara untuk mengkategorikan EMI menjadi jenis adalah dengan memeriksa sumber gangguan dan bagaimana ia dibuat. Di bawah kategori ini, pada dasarnya terdapat dua jenis EMI, EMI Berlaku Semula jadi dan EMI buatan Manusia. The Sememangnya Berlaku EMI merujuk kepada gangguan elektromagnetik yang berlaku akibat daripada fenomena alam seperti lampu, ribut elektrik, dan kejadian lain yang serupa. Sementara EMI buatan Manusia di sisi lain, merujuk kepada EMI yang berlaku akibat aktiviti peranti elektronik lain di sekitar peranti (Penerima) yang mengalami gangguan. Contoh EMI jenis ini termasuk, gangguan Frekuensi Radio, EMI dalam peralatan bunyi antara lain.

2. Tempoh Gangguan

EMI juga dikategorikan ke dalam jenis berdasarkan jangka masa gangguan, iaitu jangka masa gangguan tersebut dialami. Berdasarkan ini, EMI biasanya dikelompokkan menjadi dua jenis, EMI Berterusan dan EMI Impuls. The EMI berterusan merujuk kepada EMIS yang secara berterusan dipancarkan oleh sumber. Sumbernya mungkin buatan manusia atau semula jadi, tetapi gangguan itu dialami secara berterusan, selama ada mekanisme gandingan (Pengaliran atau radiasi) antara sumber EMI dan penerima. Impuls EMIadalah EMI yang berlaku sekejap-sekejap atau dalam jangka masa yang sangat singkat. Seperti EMI yang berterusan, Impulse EMI juga boleh berlaku secara semula jadi atau buatan manusia. Contohnya termasuk bunyi impuls yang dialami dari suis, lampu dan sumber yang serupa yang dapat mengeluarkan isyarat yang menyebabkan gangguan voltan atau keseimbangan arus sistem berdekatan yang bersambung.

3. Lebar jalur EMI

EMI juga dapat dikategorikan menjadi jenis menggunakan lebar jalurnya. Lebar jalur EMI merujuk kepada julat frekuensi di mana EMI dialami. Berdasarkan ini, EMI boleh dikategorikan menjadi EMI Narrowband dan EMI Jalur Lebar. Yang sempit EMI biasanya terdiri daripada frekuensi tunggal atau sempit frekuensi gangguan, mungkin yang dihasilkan oleh satu bentuk pengayun atau akibat isyarat palsu yang berlaku disebabkan oleh pelbagai jenis penyelewengan dalam pemancar. Dalam kebanyakan kes, mereka biasanya mempunyai pengaruh kecil pada komunikasi atau peralatan elektronik dan dapat diselaraskan dengan mudah. Namun, mereka tetap menjadi sumber gangguan yang kuat dan harus dijaga dalam had yang boleh diterima. The Jalur Lebar EMISadalah EMI yang tidak berlaku pada frekuensi tunggal / diskrit. Mereka menempati sebahagian besar spektrum magnet, wujud dalam pelbagai bentuk, dan boleh timbul dari sumber buatan manusia atau semula jadi yang berbeza. Sebab biasa termasuk arcing dan korona dan ia merupakan sumber peratusan masalah EMI yang baik dalam peralatan data digital. Contoh yang baik dari situasi EMI yang berlaku secara semula jadi adalah "Sun Outage", yang berlaku sebagai akibat daripada tenaga dari matahari yang mengganggu isyarat dari satelit komunikasi. Contoh lain termasuk; EMI akibat kerosakan sikat pada motor / generator, arc pada sistem pencucuhan, saluran kuasa yang rosak dan lampu pendarfluor yang buruk.

Sifat EMI

EMI seperti yang dijelaskan sebelumnya, adalah gelombang elektromagnetik yang terdiri dari kedua-dua komponen medan E (Elektrik) dan H (Magnetik), berayun pada sudut tepat antara satu sama lain seperti yang ditunjukkan di bawah. Setiap komponen ini bertindak balas secara berbeza terhadap parameter seperti frekuensi, voltan, jarak, dan arus, oleh itu, sangat penting untuk memahami sifat EMI, untuk mengetahui mana yang dominan sebelum masalah dapat ditangani dengan jelas.

Sebagai contoh, untuk komponen medan Elektrik, pelemahan EMI dapat ditingkatkan melalui bahan dengan kekonduksian tinggi, tetapi dikurangi dengan bahan dengan peningkatan kebolehtelapan, yang sebaliknya meningkatkan pelemahan untuk Komponen Medan Magnetik. Dengan demikian, peningkatan kebolehtelapan dalam sistem dengan EMI yang didominasi medan E akan mengurangkan pelemahan tetapi pelemahan itu akan bertambah baik dalam EMI yang dikuasai oleh bidang-H. Namun, kerana kemajuan teknologi yang digunakan dalam membuat komponen elektronik baru-baru ini, E-field biasanya merupakan komponen utama gangguan.

Mekanisme Gandingan EMI

Mekanisme Gandingan EMI menerangkan bagaimana EMI masuk dari sumber ke penerima (peranti yang terjejas). Memahami sifat EMI dan bagaimana ia digabungkan dari sumber ke penerima adalah kunci untuk mengatasi masalah tersebut. Dikuasakan oleh dua komponen (H-field dan E-field), EMI digabungkan dari sumber ke penerima melalui empat jenis utama EMI Coupling iaitu Pengaliran, Radiasi, Gandingan Kapasitif dan Gandingan Induktif. Mari kita lihat mekanisme gandingan satu demi satu.

1. Pengaliran

Penggabungan Konduksi berlaku apabila pelepasan EMI dilalui sepanjang konduktor (wayar dan kabel) yang menghubungkan sumber EMI dan penerima bersama. EMI yang digabungkan dengan cara ini adalah biasa pada talian bekalan kuasa dan biasanya berat pada komponen medan H. Pengaliran Gandingan pada saluran kuasa boleh menjadi konduksi Mod Biasa (gangguan muncul dalam fasa pada garis + ve dan -ve atau garis tx dan rx) atau Pengaliran Mod Pembezaan (gangguan muncul di luar fasa pada dua konduktor). Penyelesaian yang paling popular untuk gangguan Conduction Coupled adalah penggunaan penapis dan perisai kabel.

2. Sinaran

Radiation Coupling adalah bentuk EMI Coupling yang paling popular dan biasa dialami. Tidak seperti konduksi, ia tidak melibatkan hubungan fizikal antara sumber dan penerima kerana gangguan dipancarkan (dipancarkan) melalui ruang ke penerima. Contoh EMI yang terpancar adalah pemadaman cahaya matahari yang disebutkan sebelumnya.

3. Gandingan kapasitif

Ini berlaku antara dua peranti yang bersambung. Gandingan kapasitif wujud apabila voltan yang berubah pada sumbernya memindahkan muatan kepada mangsa

4. Gandingan induktif / Magnetik

Ini merujuk kepada jenis EMI yang berlaku akibat konduktor yang menyebabkan gangguan pada konduktor lain yang dekat dengan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.

Gangguan dan Keserasian Elektromagnetik

Piawaian EMI boleh dikatakan sebagai sebahagian daripada standard Peraturan yang disebut Electromagnetic Compatibility (EMC). Ini mengandungi senarai standard prestasi yang mesti dipatuhi oleh peranti untuk menunjukkan bahawa mereka dapat hidup berdampingan dengan peranti lain dan melakukan seperti yang dirancang tanpa mempengaruhi prestasi peranti lain. Oleh itu, standard EMI pada dasarnya merupakan sebahagian daripada standard EMC umum. Walaupun nama biasanya digunakan secara bergantian, terdapat perbezaan yang jelas di antara mereka tetapi ini akan dibahas dalam artikel susulan.

Berbagai negara dan benua / Zon ekonomi, mempunyai variasi piawaian yang berbeza tetapi untuk artikel ini, kami akan mempertimbangkan standard Suruhanjaya Komunikasi Persekutuan (FCC). Menurut Bahagian 15 Tajuk 47: Telekomunikasi, dari Standar FCC, yang mengatur frekuensi radio "tidak disengaja", ada dua kelas peranti; Kelas A dan B.

Peranti Kelas A adalah peranti yang dimaksudkan untuk digunakan di industri, kantor, di tempat lain kecuali di rumah, sementara perangkat CLass B adalah perangkat yang dimaksudkan untuk penggunaan di rumah, walaupun digunakan di lingkungan lain.

Dari segi pelepasan gandingan konduksi, untuk peranti Kelas B yang dimaksudkan untuk digunakan di rumah, pelepasan diharapkan terbatas pada nilai yang ditunjukkan dalam tabel di bawah. Maklumat berikut diperoleh dari Laman Web Peraturan Persekutuan Elektronik

Untuk peranti Kelas A hadnya adalah;

Untuk pelepasan terpancar, diharapkan peranti Kelas A berada dalam had di bawah untuk frekuensi yang ditentukan;

Kekerapan (MHz)	µV / m
30 hingga 88	100
88 hingga 216	150
216 hingga 960	200
960 ke atas	500

Sementara untuk peranti Kelas B, hadnya adalah;

Kekerapan (MHz)	µV / m
30 hingga 88	90
88 hingga 216	150
216 hingga 960	210
960 ke atas	300

Lebih banyak maklumat mengenai standard ini boleh didapati di halaman badan pengawalseliaan yang berbeza.

Mematuhi piawaian EMC untuk peranti ini, memerlukan perlindungan EMI pada empat tahap: tahap komponen individu, tahap papan / PCB, tahap sistem, dan keseluruhan tahap sistem. Untuk mencapai ini, dua langkah utama; Pelindung dan Pembumian Elektromagnetik biasanya digunakan, walaupun langkah penting lain seperti penapisan juga digunakan. Oleh kerana sifat tertutup pada kebanyakan alat elektronik, pelindung EMI biasanya digunakan pada tingkat sistem untuk mengandungi EMI terpancar dan Dikendalikan untuk memastikan pematuhan dengan Piawaian EMC. Oleh itu, kita akan melihat pertimbangan praktikal mengenai melindungi sebagai langkah untuk melindungi EMI.

Pelindung Elektromagnetik - Lindungi reka bentuk anda dari EMI

Perisai adalah salah satu langkah utama yang diambil untuk mengurangkan EMI dalam produk elektronik. Ia melibatkan penggunaan penutup / pelindung logam untuk elektronik atau kabel. Dalam peralatan / situasi tertentu di mana melindungi keseluruhan produk mungkin terlalu mahal atau tidak praktikal, komponen terpenting yang boleh menjadi sumber / sink EMI terlindung. Perkara ini biasa berlaku pada kebanyakan modul dan cip komunikasi pra-perakuan.

Pelindung Fizikal mengurangkan EMI dengan melemahkan (melemahkan) isyarat EMI melalui pantulan dan penyerapan ombaknya. Pelindung logam dirancang sedemikian rupa sehingga mampu memantulkan komponen medan E sambil memiliki kebolehtelapan magnetik yang tinggi untuk menyerap komponen medan H EMI. Dalam kabel, wayar isyarat dikelilingi oleh lapisan konduktif luar yang dibumikan di salah satu atau kedua ujungnya, sementara untuk penutup perumahan logam konduktif bertindak sebagai pelindung gangguan.

Sebaik-baiknya, penutup EMC yang sempurna akan dibuat dari bahan yang padat seperti keluli, ditutup sepenuhnya di semua sisi tanpa kabel sehingga tidak ada gelombang yang masuk atau keluar, tetapi beberapa pertimbangan, seperti keperluan, kos rendah pada penutup, pengurusan haba, penyelenggaraan, kuasa dan kabel data antara lain, menjadikan cita-cita tersebut tidak praktikal. Dengan setiap lubang dibuat, oleh kerana keperluan ini menjadi pintu masuk / jalan keluar yang berpotensi untuk EMI, Pereka terpaksa mengambil beberapa langkah untuk memastikan prestasi keseluruhan peranti masih dalam julat yang dibenarkan dari standard EMC pada penghujung hari.

Melindungi Pertimbangan Praktikal

Seperti disebutkan di atas, beberapa pertimbangan praktikal diperlukan semasa melindungi dengan penutup atau kabel pelindung. Untuk produk dengan kemungkinan EMI yang kritikal (Kesihatan, Penerbangan, Tenaga, Komunikasi, Ketenteraan dan sebagainya), Adalah penting bahawa pasukan reka bentuk produk terdiri daripada individu yang mempunyai pengalaman yang relevan dalam melindungi dan situasi EMI umum. Bahagian ini akan memberi gambaran umum mengenai beberapa petua atau EMI pelindung yang mungkin.

1. Reka bentuk kabinet dan lampiran

Seperti yang disebutkan di atas, mustahil untuk merancang penutup tanpa bukaan tertentu untuk berfungsi sebagai kisi pengudaraan, lubang kabel, pintu, dan untuk perkara seperti peralihan antara lain. Bukaan ini pada penutup, tanpa mengira ukuran atau bentuknya, di mana gelombang EM dapat memasuki atau keluar dari kandang, dalam istilah EMI, disebut sebagai slot. Slot mesti dirancang sedemikian rupa sehingga panjang dan orientasi relatif terhadap Frekuensi RFI tidak mengubahnya menjadi pandu gelombang, sementara ukuran dan susunannya dalam hal kisi pengudaraan harus menjaga keseimbangan yang tepat antara aliran udara yang diperlukan untuk mengekalkan keperluan terma litar dan keupayaan untuk mengawal EMI berdasarkan pelemahan isyarat yang diperlukan dan Frekuensi RFI yang terlibat.

Dalam aplikasi kritikal seperti peralatan ketenteraan, slot seperti pintu dan lain-lain biasanya diikat dengan gasket khas yang disebut EMI Gasket. Mereka datang dalam pelbagai jenis termasuk, mesh wayar rajutan, dan gasket spiral logam tetapi beberapa faktor reka bentuk (biasanya kos / faedah) dipertimbangkan sebelum pilihan gasket dibuat. Secara keseluruhan, jumlah slot hendaklah sekecil mungkin dan ukurannya semestinya mungkin.

2. Kabel

Penutup tertentu mungkin memerlukan bukaan kabel; ini juga mesti diambil kira dalam reka bentuk kandang. Dalam

Selain itu, kabel juga berfungsi sebagai alat EMI yang dijalankan seperti dalam peralatan kritikal, kabel menggunakan pelindung braided yang kemudian dibumikan. Walaupun pendekatan ini mahal, ia lebih berkesan. Walau bagaimanapun, dalam situasi kos rendah, larutan di luar rak seperti manik ferit diletakkan di lokasi tertentu di pinggir kabel. Pada peringkat Papan PCB, penapis juga dilaksanakan di sepanjang talian kuasa input.

Amalan Terbaik untuk Lulus Ujian EMI

Beberapa amalan reka bentuk EMI, terutama di peringkat papan, untuk memastikan EMI sentiasa dikendalikan termasuk;

Gunakan Modul yang Diperakui. Terutama untuk komunikasi, menggunakan modul yang sudah disahkan dapat mengurangkan jumlah kerja yang perlu dilakukan oleh pasukan dalam melindungi dan mengurangkan kos pensijilan untuk produk anda. Petua Pro: Daripada merancang bekalan kuasa baru untuk projek anda, reka bentuk projek agar serasi dengan bekalan kuasa yang ada di luar rak. Ini menjimatkan kos anda dalam mengesahkan bekalan kuasa.
Pastikan gelung semasa kecil. Keupayaan konduktor untuk menghubungkan tenaga dengan aruhan dan radiasi diturunkan dengan gelung yang lebih kecil, yang bertindak sebagai antena
Untuk pasangan jejak papan litar bercetak tembaga (PC), gunakan jejak lebar (impedans rendah) yang sejajar di atas dan di bawah satu sama lain.
Cari penapis pada sumber gangguan, pada dasarnya sedekat mungkin dengan modul kuasa. Nilai komponen penapis harus dipilih dengan mempertimbangkan julat frekuensi pelemahan yang diingini. Sebagai contoh, kapasitor bergema sendiri pada frekuensi tertentu, di luar yang mereka bertindak secara induktif. Jauhkan petunjuk kapasitor pintasan sesingkat mungkin.
Letakkan komponen di PCB dengan pertimbangan yang diberikan kepada jarak sumber bunyi dengan litar yang berpotensi rentan.
Letakkan kapasitor pemadat sedekat mungkin dengan penukar, terutamanya kapasitor X dan Y.
Gunakan bidang tanah bila memungkinkan untuk meminimumkan gandingan terpancar, meminimumkan luas keratan rentas nod sensitif, dan meminimumkan luas keratan rentas nod arus tinggi yang mungkin terpancar seperti yang dari kapasitor mod biasa
Peranti pelekap permukaan (SMD) lebih baik daripada peranti yang dipimpin dalam menangani tenaga RF kerana penurunan aruhan dan penempatan komponen yang lebih dekat.

Secara keseluruhan, adalah penting untuk memiliki individu dengan pengalaman reka bentuk ini dalam pasukan anda semasa proses pembangunan kerana ia membantu menjimatkan kos dalam pensijilan dan juga memastikan kestabilan dan kebolehpercayaan sistem anda dan prestasinya.