Was ist elektromagnetische Interferenz (EMI)?
Elektromagnetische Störungen (EMI) sind ein unerwünschtes Phänomen, das in jedem Stromkreis auftreten kann. Sie werden in der Regel durch starke elektromagnetische Felder verursacht und können den normalen Betrieb empfindlicher Elektronikgeräte stören oder beeinträchtigen.
Wenn EMI nicht kontrolliert wird, kann sie die Leistung von elektronischen Geräten und integrierten Schaltkreisen beeinträchtigen. Aus diesem Grund haben Ingenieure verschiedene Strategien entwickelt, um EMI in ihren Designs zu verhindern. Zu diesen Strategien gehören die Verwendung von abgeschirmten Kabeln, Metallgehäusen, symmetrischen Leitungen und differentiellen Signalprotokollen. In diesem Artikel gehen wir auf einige gängige Beispiele für elektromagnetische Störungen ein und erklären, wie Sie diese Auswirkungen in Ihren Designs mindern können.
EMI vs. EMC
EMI und EMC sind beide wichtige Konzepte in der Welt der Elektronik. Sie hängen zusammen, sind aber nicht dasselbe.
EMI ist die Abkürzung für elektromagnetische Interferenz. Dabei sendet ein elektronisches Gerät elektromagnetische Energie aus, die ein anderes Gerät stört. Die Folgen können von einer leichten Leistungsminderung bis hin zum vollständigen Ausfall des betroffenen Geräts reichen.
EMV ist die Abkürzung für elektromagnetische Verträglichkeit. Damit ist die Fähigkeit elektronischer Geräte gemeint, in einer Umgebung, in der elektromagnetische Energie vorhanden ist, ordnungsgemäß zu funktionieren. Dazu gehört alles von natürlich vorkommender Hintergrundstrahlung bis hin zu Signalen, die von anderen Geräten ausgestrahlt werden.
EMI und EMC sind beide wichtige Faktoren, die bei der Entwicklung und Verwendung elektronischer Geräte berücksichtigt werden müssen. EMI kann ein Problem darstellen, wenn sie nicht berücksichtigt wird, aber in einigen Fällen kann sie auch vorteilhaft genutzt werden. Beispielsweise verwenden RFID-Tags (Radio Frequency Identification) EMI, um mit Lesegeräten zu kommunizieren. EMI kann auch für medizinische Zwecke, wie z. B. MRT-Untersuchungen, verwendet werden.
EMV ist in jeder Situation, in der elektronische Geräte vorhanden sind, ein wichtiger Faktor. Jedes Gerät, das elektromagnetische Energie aussendet, kann potenziell Probleme für andere Geräte verursachen. Daher ist es wichtig, sicherzustellen, dass alle Geräte miteinander kompatibel sind. Dies kann in Umgebungen mit vielen verschiedenen Gerätetypen, wie z. B. Bürogebäuden oder Krankenhäusern, eine Herausforderung darstellen.
Quellen elektromagnetischer Störungen
Es gibt eine Vielzahl von Quellen für elektromagnetische Störungen (EMI), die sowohl von Menschenhand als auch von der Natur verursacht werden können. Zu den von Menschen verursachten Quellen zählen elektrische Anlagen wie Stromleitungen, Transformatoren und elektronische Geräte. Natürliche Quellen für EMI sind beispielsweise Blitze und Sonneneruptionen.
Arten von EMI
Es gibt zwei Arten von EMI: leitungsgebundene Störungen und Hochfrequenzstörungen (RFI). Wenn ein Signal in einem elektrischen Netzwerk über ein leitfähiges Medium mit einem anderen elektrischen Netzwerk gekoppelt wird (stört), spricht man von einer leitungsgebundenen Störung. Wenn eine Störquelle ihr Signal über den Raum mit einem anderen elektrischen Netzwerk koppelt (stört), spricht man von einer Hochfrequenzstörung.
Leitungsgebundene Störung
Leitungsgebundene Störungen werden in zwei Arten unterteilt: Gleichtaktstörungen (CMI) und Gegentaktstörungen (DMI).
Gleichtaktstörung
Gleichtaktstörungen treten auf, wenn zwei Signale mit derselben Frequenz und Wellenform, aber unterschiedlichen Amplituden sich gegenseitig stören. Sie werden zwischen dem Draht und der Erde übertragen, wobei die Ströme auf den beiden Drähten in die gleiche Richtung fließen. Sie gehören zu den asymmetrischen Störungen.
Gleichtaktstörungen werden in der Regel durch externe Faktoren wie elektromagnetische Felder oder elektrische Störungen verursacht. Sie können auch durch interne Faktoren wie Übersprechen zwischen Drähten oder Komponenten verursacht werden.
Differentialmodus-Interferenz
Differentialmodus-Interferenz tritt auf, wenn zwei Signale mit derselben Frequenz und Wellenform, aber unterschiedlichen Phasen sich gegenseitig stören. Sie wird zwischen zwei Drähten übertragen, wobei die Ströme auf den beiden Drähten in entgegengesetzte Richtungen fließen. Sie gehört zu den symmetrischen Interferenzen.
Differentialmodus-Interferenzen können auftreten, wenn zwei Signale eine ähnliche Frequenz haben oder wenn ein Signal viel stärker ist als das andere.
Hochfrequenzstörungen (RFI)
Radiofrequenzstörungen (RFI) sind alle Signale, die den normalen Betrieb eines Funkempfängers beeinträchtigen können. RFI können aus verschiedenen Quellen stammen, darunter Stromleitungen, Sender, Hochleistungsverstärker, Elektrogeräte und sogar andere Funkgeräte.
Diese Art von EMI kann reduziert werden, indem man die Schaltkreise oder empfindlichen Geräte mit einem Metallgehäuse umgibt, um zu verhindern, dass das elektromagnetische Feld über seine Grenzen hinausgeht. Leider gibt es keine einfache Möglichkeit, hochfrequente Signale vor dieser EMI abzuschirmen.
Strategien zur Minderung der Auswirkungen von EMI
Es gibt eine Reihe von Strategien, mit denen die Auswirkungen elektromagnetischer Störungen (EMI) gemindert werden können. Dazu gehören unter anderem:
Verwendung von Filtern
Filter können verwendet werden, um zu verhindern, dass EMI in elektrische Geräte eindringt. Dazu müssen Komponenten wie Filter, Induktoren und Kondensatoren installiert werden, die die elektromagnetische Energie blockieren oder dämpfen.
Verwendung von Erdung
Eine Erdung kann dazu beitragen, die Auswirkungen von EMI zu verringern, indem sie einen Weg für die Ableitung der Störungen bietet. Dazu wird das Gerät oder System mit einer Erdungsreferenz verbunden, beispielsweise einer Metallplatte oder einem Draht, die die elektromagnetische Energie ableiten.
Verwendung von Abschirmungen
Abschirmungen können dazu beitragen, die von elektrischen Geräten ausgehende EMI zu reduzieren. Dies kann erreicht werden, indem das für EMI anfällige Gerät oder System mit einem leitfähigen Material wie Metall ummantelt wird, das die elektromagnetische Energie reflektiert oder absorbiert.
Verwendung geeigneter Verkabelungsverfahren
Durch die richtige Verkabelung lässt sich die von elektrischen Geräten ausgehende elektromagnetische Störstrahlung reduzieren.
