Cos'è la compatibilità elettromagnetica?
La compatibilità elettromagnetica (EMC) è la capacità di un dispositivo elettrico di funzionare correttamente nel suo ambiente senza essere influenzato da interferenze elettromagnetiche provenienti da altri dispositivi, inclusi quelli che utilizzano la tecnologia Ultra-Wideband (UWB). Pertanto, l’EMC include due standard di test: Interferenza elettromagnetica (EMI) e suscettibilità elettromagnetica (EMS). Continua a leggere per saperne di più sull’EMC e su come puoi impedirne gli effetti negativi sull’elettronica.
Standard di certificazione EMC
Gli standard di compatibilità elettromagnetica sono importanti per i produttori che devono affrontare l’EMC. Esistono molti standard EMC diversi e molti settori diversi che necessitano di test EMC.
Organizzazione internazionale
- IEC: La Commissione Elettrotecnica Internazionale, include 3 rami:
CISPR: Comitato speciale internazionale sulle interferenze radio
TC77: Comitato tecnico sulla compatibilità elettromagnetica nelle apparecchiature elettriche (incluse le reti elettriche)
TC65: Misurazione e controllo dei processi industriali
- ISO: Organizzazione internazionale per la standardizzazione;
- IEEE;
- ETSI: Il Comitato europeo per gli standard di telecomunicazioni;
- CCIR: Comitato internazionale consultivo sulle radiocomunicazioni;
- ITU;
FCC: Passaggio federale;
VDE: Associazione tedesca degli ingegneri elettrici;
VCCI: Interferenza civile giapponese;
BS: Standard britannico;
ABSI: Standard nazionale americano;
GOSTR: Standard governativo russo;
GB, GB/T: Standard nazionale cinese.
Come testare la compatibilità elettromagnetica?
Esistono molti modi per testare la compatibilità elettromagnetica (EMC). Un metodo comune è utilizzare una camera EMC. Questa è una stanza appositamente progettata per bloccare i campi elettromagnetici esterni, in modo che gli unici campi presenti siano quelli generati dal dispositivo in prova. Misurando la risposta del dispositivo a vari tipi di campi elettromagnetici, è possibile determinare se è compatibile con tali campi. Altri metodi per testare l’EMC includono l’uso di camere anecoiche e gabbie di Faraday.
1. scegli un laboratorio di test EMC
Le stanze schermate, le aree aperte, le camere anecoiche, le camere di riverbero, i TEM e i GTEM sono tra le posizioni più comuni per i test EMC. Tra questi, le camere anecoiche sono le posizioni di test più comuni. Una camera anecoica viene utilizzata per schermare le onde elettromagnetiche diverse dalle apparecchiature di test da interferenze con altre onde elettromagnetiche. Il suo principio è assorbire le onde elettromagnetiche utilizzando materiali assorbenti in ferrite per eliminare le interferenze elettromagnetiche nell’ambiente.
camere anecoiche
I tipi attualmente noti di camere anecoiche possono essere suddivisi in stanze di test del diagramma di antenna, stanze di test della sezione trasversale del radar, stanze di test di compatibilità elettromagnetica (EMC) e stanze di test di guerra elettronica (contromisure) in base ai loro usi. I più comuni sono la camera anecoica completa e la camera semi-anechoica. Le dimensioni e la selezione dei materiali assorbenti RF sono determinati principalmente dalle dimensioni del profano e dai requisiti di test dell’apparecchiatura in prova (EUT).
Principio di test
La camera anecoica è riempita di materiali assorbenti a forma di cono e presenta un corpo spugnoso composito a forma di piramide impregnato di polvere assorbente. Le sue dimensioni sono correlate alla frequenza di assorbimento e la sua funzione è anche quella di assorbire le onde elettromagnetiche non necessarie ed eliminare i segnali riflessi. Può soddisfare il tasso di assorbimento delle onde elettromagnetiche della banda di frequenza 30MHz-40GHz e 10-20dB. L’assorbitore di onde elettromagnetiche utilizzato nella camera anecoica schermata dalle onde elettromagnetiche è adattato alle dimensioni della camera anecoica e lo spessore è continuamente ridotto per utilizzare efficacemente lo spazio.
2. Selezionare le apparecchiature di test EMC
Nel processo di test EMC, le apparecchiature di test di supporto saranno diverse a seconda dei diversi settori delle apparecchiature da testare. dettagli come segue:
Apparecchiature di test EMI: Ricevitori EMI, accessori EMI, accessori di test EMI condotti, antenne EMI irradiate, analizzatori di sfarfallio armonico, sonde di campo vicino, ecc.
Apparecchiature di test EMS: Generatore di segnali EMS, apparecchiature ausiliarie EMS, ecc.
3. Procedura di test
È possibile utilizzare molte metriche diverse per misurare l’EMC su un singolo dispositivo o apparecchiatura. Tuttavia, ci sono alcune metriche che sono più comuni per le misurazioni EMC per l’elettronica.
Metriche di test EMI:
- Corrente armonica (2a alla 40a armonica);
- Sfarfallio Flicker;
- Disturbo condotto (CE);
- Disturbo irradiato (RE);
Metriche di test EMS:
- Immunità alla scarica elettrostatica (ESD);
- Immunità al campo elettromagnetico irradiato (80MHz～1000MHz) (RS);
- Immunità ai transienti elettrici veloci/burst;
- Immunità ai picchi di tensione (fulmine);
- Immunità alla corrente di iniezione (150kHz～230MHz) (CS);
- Immunità alle interruzioni di tensione e ai cali di tensione.
3.1 Test armonico
I test armonici esaminano principalmente l’influenza degli armonici nelle reti di alimentazione a bassa tensione su queste apparecchiature sensibili alla frequenza.
Standard di prova: EN61000-3-2
- a) Specificare i limiti delle correnti armoniche emesse alla rete pubblica.
- b) Specificare i limiti del contenuto armonico della corrente di ingresso generata dall’apparecchiatura in prova nell’ambiente specificato.
- c) Applicabile ad apparecchiature elettriche ed elettroniche collegate alla rete pubblica a bassa tensione con una corrente di ingresso inferiore o uguale a 16A.
Principio dell’esperimento armonico: a causa della modalità di funzionamento delle apparecchiature elettroniche, dei componenti non lineari e di vari rumori di interferenza, la corrente di ingresso non è un’onda sinusoidale completa e spesso contiene ricchi componenti armonici di ordine superiore, causando inquinamento alla rete elettrica. Questo fenomeno è chiamato distorsione armonica.
3.2 Fluttuazione e sfarfallio di tensione
Lo scopo di questo standard è garantire che il prodotto non causi effetti di sfarfallio eccessivi (luci tremolanti) alle apparecchiature di illuminazione a cui è collegato.
Standard di prova: EN 61000-3-3
- a) Limiti sugli effetti delle fluttuazioni di tensione costanti e dello sfarfallio sulla rete pubblica.
- b) Linee guida per la specifica dei limiti e dei metodi di valutazione delle variazioni di tensione prodotte dal prototipo in prova in condizioni specificate.
- c) È adatto per apparecchiature elettriche ed elettroniche da 220V a 250V, 50Hz collegate alla rete pubblica a bassa tensione con una corrente di ingresso inferiore o uguale a 16A per fase.
L’immagine seguente mostra il tasso minimo consentito di variazione o tempo di variazione per ciascun valore di variazione di tensione relativa. Si può capire che maggiore è l’intervallo di variazione di tensione, minore è la velocità di variazione consentita o più lungo è il tempo di variazione richiesto.
Limiti:
- Il valore Pst non deve essere superiore a 1,0;
- Il valore Pit non deve essere superiore a 0,65;
- il valore di d(t) durante una variazione di tensione non deve superare il 3,3% per più di 500 ms;
- la variazione di tensione relativa in stato stazionario, dc, non deve superare il 3,3%;
- la variazione di tensione relativa massima dmax non deve superare il 4%.
3.3 Emissioni condotte CE (0,15-30 MHz)
Standard di prova: EN61000-6-4
A) Apparecchiature di misurazione e collaudo elettroniche ed elettriche;
B) Apparecchiature di controllo elettroniche ed elettriche;
C) apparecchiature di laboratorio elettriche ed elettroniche;
Classificazione delle apparecchiature
Classe A: (non domestica) apparecchiatura adatta all’uso in tutti gli stabilimenti diversi da quelli domestici e direttamente collegati a una rete di alimentazione a bassa tensione che fornisce edifici utilizzati per scopi domestici.
Classe B: (Domestica) apparecchiatura adatta all’uso in ambienti domestici e in stabilimenti direttamente collegati a una rete di alimentazione a bassa tensione che fornisce edifici utilizzati per scopi domestici.
principio dell'esperimento:
Quando la frequenza del rumore di interferenza delle apparecchiature elettroniche è inferiore a 30 MHz, interferisce principalmente con la banda di frequenza audio. Per la lunghezza d’onda di questo tipo di onda elettromagnetica, il cavo dell’apparecchiatura elettronica è inferiore a una lunghezza d’onda (la lunghezza d’onda di 30 MHz è di 10 m) e l’efficienza di radiazione nell’aria è molto bassa. In questo modo, se la tensione di rumore indotta sul cavo può essere misurata, il grado di interferenza del rumore elettromagnetico in questa banda di frequenza può essere misurato e questo tipo di rumore è rumore condotto.
Una rete di stabilizzazione dell’impedenza di linea (LISN) è un dispositivo utilizzato per misurare l’interferenza elettromagnetica (EMI) emessa dai dispositivi elettronici. Viene tipicamente utilizzato in combinazione con un oscilloscopio o un analizzatore di spettro.
L’effetto del LISN:
1. Riprodurre una funzione di isolamento ad alta frequenza tra l’EUT e l’alimentazione per evitare che il rumore dall’alimentazione entri nell’EUT, influenzi i risultati della misurazione.
2. Simulare l’impedenza di alimentazione effettiva e fornire un’impedenza specificata tra i terminali di alimentazione dell’EUT per unificare i risultati della misurazione.
3. Mantenere l’impedenza nella banda di prova stabile a 50 ohm per ottenere l’ingresso con l’impedenza di corrispondenza del ricevitore di misurazione/analizzatore di spettro.
3.4 Emissione irradiata RE (30-1000 MHz)
Standard: EN61000-6-4
Classificazione delle apparecchiature
Classe A: apparecchiature adatte all’uso in tutti gli stabilimenti diversi da quelli domestici e quelli collegati direttamente a una rete di alimentazione a bassa tensione che fornisce edifici utilizzati per scopi domestici. non domestico
Classe B: apparecchiature adatte all’uso in ambienti domestici e in stabilimenti collegati direttamente a una rete di alimentazione a bassa tensione che fornisce edifici utilizzati per scopi domestici.
a) Apparecchiature di misurazione e collaudo elettriche ed elettroniche
b) Apparecchiature di controllo elettroniche ed elettriche
c) Apparecchiature di laboratorio elettriche ed elettroniche
Il principio dell’esperimento di emissione irradiata:
Quando la lunghezza totale dell’antenna è maggiore di 1/20 della lunghezza d’onda del segnale λ, si genererà un’emissione di radiazione efficace nello spazio. Quando la lunghezza dell’antenna è un multiplo intero di λ/2, l’energia irradiata è la più grande. Quando la frequenza del rumore è superiore a 30 MHz, i cavi, le aperture e gli spazi delle apparecchiature elettroniche sono facili da soddisfare le condizioni di cui sopra, con conseguente emissione di radiazione.
3.5 Scarica elettrostatica (ESD)
Lo scopo della scarica elettrostatica è testare la capacità di un singolo dispositivo o sistema di resistere alle interferenze da scarica elettrostatica.
Standard: IEC 61000-4-2 Criterio B
Principio dell’esperimento: l’esperimento ESD è quello di simulare la scarica elettrostatica generata dal corpo umano e dagli oggetti quando entrano in contatto con l’apparecchiatura, o la scarica del corpo umano e dell’oggetto agli oggetti adiacenti, inclusa lo scambio diretto di energia, causando danni al dispositivo o al campo vicino (campo elettrico e campo magnetico) causato dalla scarica. cambiamento), con conseguente malfunzionamento del dispositivo.
3.6 suscettibilità irradiata (RS)
Lo scopo della suscettibilità irradiata è testare la capacità di un singolo dispositivo o sistema di resistere a disturbi di campo elettrico esterni.
Standard: IEC 61000-4-3 Criterio A
Forma d’onda di prova:
- Intervallo di frequenza: 80 MHz-2,5 GHz
- Modulazione: 80% AM, onda sinusoidale da 1 kHz
- Dimensione del passo di frequenza: 1%
- Tempo di permanenza: 3 s
3.7 Fast Burst EFT
Lo scopo dell’esperimento è quello di indagare la capacità di un singolo dispositivo o sistema di resistere a disturbi transitori veloci. Questi disturbi transitori sono causati da azioni transitorie come l’interruzione di carichi induttivi, con conseguente comparsa di gruppi di impulsi, alta frequenza di ripetizione degli impulsi, breve tempo di salita ed energia di impulso singolo. Un livello basso causerà il malfunzionamento del dispositivo.
Standard: IEC 61000-4-4 Criterio B
3.8 Surge
Lo scopo dell’esperimento è quello di esaminare la capacità dell’EUT di resistere alle interferenze da sovratensione. Questi disturbi transitori sono causati da cortocircuiti di altre apparecchiature, commutazione del sistema di alimentazione principale e fulmini indiretti.
Standard: IEC 61000-4-5 Criterio B
3.9 Interferenze a radiofrequenza condotte (CS)
Lo scopo dell’esperimento è quello di esaminare la capacità di un singolo dispositivo o sistema di resistere ai disturbi condotti.
Standard: IEC 61000-4-6 Criterio A
Principio sperimentale: Indaga principalmente l’immunità della tensione di interferenza continua di 0,15 MHz-80 MHz introdotta dal filo o dal cavo dall’esterno, come i segnali da un modulatore RF HDMI.
Forma d’onda di prova:
- Intervallo di frequenza: 0,15 MHz-80 MHz
- Modulazione: 80% AM, onda sinusoidale da 1 kHz
- Dimensione del passo di frequenza: 1%
- Tempo di permanenza: 3 s
3.10 Abbassamenti di tensione
Lo scopo dell’esperimento è quello di indagare la capacità dell’EUT di resistere a cali e abbassamenti di tensione.
Standard: IEC 61000-4-11 Criterio B & C
Come migliorare la compatibilità elettromagnetica?
1. Progettazione della schermatura EMC
L’efficacia della progettazione della schermatura EMC dipende dal tipo di materiale scelto e da come viene implementata. È possibile migliorarne ulteriormente le prestazioni combinando diversi tipi di materiali insieme o scegliendo un certo orientamento per ogni specifico strato della schermatura.
1.1 Progettazione di fori di ventilazione e aperture
1.2 Progettazione della schermatura giunto sovrapposto strutturale
1.3 Il cavo passa attraverso il corpo della schermatura
Se i conduttori escono dalla schermatura, l’efficacia della schermatura della schermatura sarà significativamente degradata. Questa penetrazione si verifica in genere quando il cavo esce dalla schermatura.
1.4 Principi di progettazione per i cavi che escono dal corpo della schermatura
1.4.1 Quando si utilizzano cavi schermati, quando i cavi schermati escono dal corpo di schermatura, viene adottata una struttura a filo clip per garantire una messa a terra affidabile tra lo strato di schermatura del cavo e il corpo di schermatura e fornire un’impedenza di contatto sufficientemente bassa.
1.4.2 Quando si utilizzano cavi schermati, utilizzare connettori schermati per trasferire i segnali fuori dal corpo di schermatura e garantire la messa a terra affidabile degli strati di schermatura dei cavi attraverso i connettori.
1.4.3 Quando si utilizza un cavo non schermato, utilizzare un connettore filtro per il trasferimento. Grazie alla caratteristica ad alta frequenza del filtro, si garantisce che vi sia un’impedenza ad alta frequenza sufficientemente bassa tra il cavo e la schermatura.
1.4.4 Quando si utilizzano cavi non schermati, i cavi devono essere sufficientemente corti all’interno (o all’esterno) della schermatura per evitare che i segnali di interferenza vengano accoppiati efficacemente, riducendo così l’impatto della penetrazione del cavo.
1.4.5 La linea di alimentazione esce dalla schermatura attraverso il filtro di alimentazione. Grazie alla caratteristica ad alta frequenza del filtro, si garantisce che vi sia un’impedenza ad alta frequenza sufficientemente bassa tra la linea di alimentazione e la schermatura.
1.4.6 Utilizzo di un’uscita in fibra ottica. Poiché la fibra ottica stessa non ha un corpo metallico, non vi è alcun problema di penetrazione del cavo.
1.5 Scarsa messa a terra
1.6 Materiali e applicazioni di schermatura
I materiali che utilizziamo per la schermatura includono tessuto conduttivo, canna, gomma conduttiva e rivestimenti PCB.
1.7 Piastra di ventilazione della guida d'onda di interruzione
2. Progettazione della messa a terra EMC
2.1 Il concetto e lo scopo della messa a terra
2.1.1 Uno è per la sicurezza, chiamato messa a terra protettiva. L’involucro metallico delle apparecchiature elettroniche deve essere collegato a terra, in modo da evitare che si verifichi una tensione di terra eccessiva sull’involucro metallico a causa di incidenti, che potrebbe mettere in pericolo la sicurezza degli operatori e delle apparecchiature.
2.1.2 Il secondo è fornire un percorso a bassa impedenza per il ritorno della corrente alla sua fonte, ovvero la messa a terra di lavoro.
2.1.3 Messa a terra per la protezione dai fulmini per fornire la scarica di corrente in caso di fulmini.
2.2 La messa a terra fornisce il ritorno del segnale
2.3 Messa a terra a punto singolo
Adatto per sistemi con frequenza operativa inferiore a 1 MHz.
2.4 Messa a terra multipunto e messa a terra mista
3. Progettazione del filtro d'onda EMC
3.1 Definizione del filtro d'onda
Un filtro d’onda è un dispositivo che altera il contenuto di frequenza di un segnale attenuando selettivamente determinate frequenze consentendo ad altre di passare.
3.2 Tipo di filtri d'onda
I tipi di filtro comuni includono: filtro passa-basso, filtro passa-alto, filtro passa-banda e filtro elimina-banda. Come mostrato nella figura sottostante:
Se un filtro passa le basse frequenze e blocca le alte frequenze, viene chiamato filtro passa-basso. Se blocca le basse frequenze e passa le alte frequenze, è un filtro passa-alto. Esistono anche filtri passa-banda, che passano solo una gamma di frequenze relativamente stretta. E un filtro elimina-banda, che blocca solo una gamma di frequenze relativamente stretta.
3.3 Componenti del filtro d'onda
3.3.1 Condensatore (condensatore generale, condensatore a tre terminali);
3.3.2 Induttanza (induttanza generale, induttanza in modo comune, perline magnetiche);
3.3.3 Resistenza;
3.4 Progettazione del filtro in modo differenziale e del filtro in modo comune
4. Progettazione PCB EMC
4.1 Progettazione PCB
4.1.1 Disposizione: circuiti simili sono disposti in un unico pezzo, il principio di controllo del percorso minimo, i circuiti ad alta velocità non devono essere vicini al piccolo pannello e il modulo di alimentazione deve essere vicino alla posizione del disco singolo.
4.1.2 Stratificazione: Lo strato di cablaggio ad alta velocità deve essere vicino a uno strato di massa, l’alimentazione è adiacente alla massa, uno strato di massa deve essere posizionato sotto la superficie del componente, due strati superficiali possono essere posizionati vicino allo strato di massa e lo strato interno deve essere rientrato di 20H rispetto allo strato superficiale.
4.1.3 Cablaggio: Tracce corte, larghezza ottimale della traccia e ampio spazio tra diversi tipi di tracce (ad eccezione di segnali e delle loro linee di ritorno, linee differenziali e linee di massa schermate), meno vias, nessun ciclo, piccola area del ciclo, testa wireless.
4.1.4 Messa a terra: circuiti simili sono distribuiti separatamente e collegati in un unico punto sulla scheda.
4.1.5 Filtraggio: modulo di alimentazione, progettazione di circuiti a livello di scheda del circuito filtro a onda funzionale.
4.1.6 Progettazione del circuito di interfaccia: progettazione del circuito di interfaccia del circuito filtro per ottenere un isolamento efficace tra interno ed esterno.
4.2 I principi di base della disposizione
4.2.1 Facendo riferimento al diagramma a blocchi funzionale del principio, in base al flusso del segnale, è diviso in moduli funzionali.
4.2.2 Disposizione separata di circuiti digitali e analogici, circuiti ad alta velocità e circuiti a bassa velocità, fonti di interferenza e circuiti sensibili.
4.2.3 Evitare di posizionare dispositivi sensibili o dispositivi a forte irradiazione sulla superficie di saldatura della scheda singola.
4.2.4 L’area del ciclo di segnali sensibili e segnali a forte irradiazione è la più piccola.
4.2.5 Dispositivi a forte irradiazione o dispositivi sensibili come cristalli, oscillatori a cristallo, relè, alimentatori switching, ecc. devono essere posizionati lontano dalle barre di manovra della scheda singola, dai connettori dell’interfaccia esterna e dai dispositivi sensibili. La distanza consigliata è ≥1000mil.
4.2.6 Dispositivi sensibili: tenere lontano da dispositivi a forte irradiazione, la distanza consigliata è ≥1000mil.
4.2.7 Dispositivi di isolamento, dispositivi A/D: l’ingresso e l’uscita sono separati l’uno dall’altro e non esiste un percorso di accoppiamento (come piani di riferimento adiacenti), preferibilmente attraverso la partizione corrispondente.
4.3 Disposizione di dispositivi speciali
4.3.1 Parte di alimentazione (posizionata all’ingresso dell’alimentazione).
4.3.2 Parte dell’orologio (lontano dall’apertura, vicino al carico, cablaggio dello strato interno).
4.3.3 Bobina induttiva (lontano dalla fonte EMI).
4.3.4 Parte del driver del bus (strato interno del cablaggio, lontano dall’apertura, vicino al dissipatore).
4.3.5 Componenti del filtro (separare ingresso e uscita, vicino alla sorgente, cavi corti).
4.4 Disposizione dei condensatori di filtro
4.4.1 Tutti i circuiti dell’interfaccia di alimentazione di derivazione.
4.4.2 Vicino ai componenti con elevato consumo di energia.
4.4.3 Aree con grandi variazioni di corrente, come terminali di ingresso e uscita di moduli di alimentazione, ventole, relè, ecc.
4.4.4 Circuito dell’interfaccia di alimentazione PCB.
4.5 Disposizione dei condensatori di disaccoppiamento
4.5.1 vicino ai pin di alimentazione.
4.5.2 Posizione e quantità appropriate.
4.6 I principi di base della disposizione del circuito di interfaccia
Dispositivi come filtri, protezioni e isolamento dei segnali di interfaccia sono posizionati vicino al connettore di interfaccia e vengono protetti prima e poi filtrati.
Dispositivi di isolamento come trasformatori di interfaccia e optoisolatori sono completamente isolati da primario e secondario.
Nessun incrocio della rete di segnali tra trasformatore e connettore.
L’area del livello INFERIORE corrispondente al trasformatore dovrebbe essere posizionata il più lontano possibile da altri dispositivi.
Il chip di interfaccia (porta di rete, porta E1/T1, porta seriale, ecc.) dovrebbe essere posizionato il più vicino possibile al trasformatore o al connettore.
4.7 Cablaggio
Tracce corte, ampia spaziatura tra diversi tipi di tracce (eccetto per segnali e loro linee di ritorno, linee differenziali e linee di massa schermate), meno via, nessun loop, piccola area di loop, testina wireless.
Per le tracce con requisiti di ritardo, le loro lunghezze soddisfano i requisiti.
Non ci sono angoli retti e si preferisce lo smusso ad arco per le linee di segnale chiave.
Le tracce di segnale degli strati adiacenti sono perpendicolari tra loro o il cablaggio parallelo dei segnali chiave degli strati adiacenti è inferiore o uguale a 1000MIL.
