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Técnicas de diseño de EMC

Técnicas de diseño de EMC


Las buenas técnicas de diseño de EMC no son demasiado difíciles de implementar si se introducen en las primeras etapas del diseño. Si es necesario realizar modificaciones más adelante en el diseño para cumplir con los requisitos de EMC, entonces se vuelve mucho más difícil.

El diseño de EMC desde las primeras etapas del proyecto sigue algunos enfoques de diseño sencillos y de sentido común.

Diseño EMC: algunos conceptos básicos

Al considerar cualquier proyecto, los criterios de diseño de EMC son importantes: cualquier circuito electrónico que tenga señales que cambien de nivel tenderá a irradiar algo de energía como cualquier interconexión, y los cables actuarán como antenas radiantes, por muy cortos que sean. De manera similar, los circuitos tenderán a captar señales radiadas de otros transmisores, ya sea que estas fuentes estén transmitiendo intencionalmente o no.

El diseño de EMC también debe tener en cuenta cualquier acoplamiento capacitivo e inductivo junto con las emisiones no deseadas que pueden conducirse a lo largo de líneas comunes que van a ambos elementos del equipo. Esto también puede incluir líneas de tierra.

Estos problemas de interferencia electromagnética, EMI, pueden evitar que piezas adyacentes de equipos electrónicos funcionen entre sí. Con el gran crecimiento en el uso de equipos electrónicos, este problema de compatibilidad electromagnética, EMC se ha convertido en un tema particularmente importante.

Como resultado, es necesario diseñar para EMC desde el comienzo de un nuevo proyecto de desarrollo de electrónica e implementar las diversas técnicas de diseño para EMC en todo el concepto del producto. Solo teniendo en cuenta el diseño para los aspectos de EMC en las etapas de concepto de un desarrollo, se pueden implementar correctamente las precauciones.

En años pasados, los transmisores podían impedir que los televisores domésticos locales mostraran su imagen. En el peor de los casos, la imagen completa podría desaparecer o podría haber algún patrón en la imagen. Con estos y muchos otros ejemplos de los resultados de una mala regulación de EMC cada vez más generalizados, se hizo necesario mejorar las cosas. Ahora, con los equipos electrónicos modernos, es posible operar teléfonos móviles y otros dispositivos inalámbricos cerca de casi cualquier equipo electrónico con poco o ningún efecto. Esto se ha logrado al garantizar que los equipos no emitan emisiones no deseadas y también hacen que los equipos sean menos vulnerables a la radiación de radiofrecuencia. De esta manera, estos aspectos del diseño para EMC han pagado grandes dividendos en el mundo actual, donde se utiliza una gran cantidad de equipos electrónicos.

Diseño para el cumplimiento de EMC

Al diseñar una tarjeta de circuito electrónico, es necesario tomar una serie de precauciones para garantizar que se puedan cumplir sus requisitos de rendimiento EMC. Tratar de arreglar el rendimiento de EMC una vez que se ha diseñado y construido el circuito será mucho más difícil y costoso. En consecuencia, hay una serie de áreas que se pueden abordar durante el diseño para garantizar que se optimice el rendimiento de EMC:

  • Diseño de circuito para mínima radiación
  • Filtros EMC
  • Partición de circuitos
  • Toma de tierra
  • Recinto blindado
  • Líneas y cables apantallados

Al adoptar estas precauciones, el rendimiento de EMC del circuito se puede mejorar en gran medida. Sin embargo, aún deberá someterse a pruebas de EMC para garantizar que cumpla con el rendimiento requerido.

Diseño de circuito EMC para mínima radiación

Una de las áreas principales que debe tenerse en cuenta para el cumplimiento de EMC / EMI son las emisiones de RF radiadas que surgen de los cables de conexión y la susceptibilidad a recibir interferencias. Se encuentra que forman la ruta de acoplamiento principal para la interferencia en cualquier producto. A menudo, estos cables necesitan transportar señales de alta frecuencia, posibles datos, y esto puede presentar algunos desafíos en términos de mejorar su rendimiento EMC / EMI.

Cualquier cable recibirá e irradiará señales, especialmente cuando se acerque a un cuarto de longitud de onda, o un múltiplo impar de la misma porque forma un circuito resonante. Sin embargo, incluso cuando el cable se acerca a estas longitudes, la compatibilidad electromagnética, EMC puede ser un problema.

Una solución es filtrar los cables que entran y salen de la unidad. Si bien esto reduce el nivel de EMI, también puede degradar el rendimiento del circuito. Si es necesario transportar datos de alta velocidad, los filtros eliminarán los bordes afilados y, en el peor de los casos, la señal puede atenuarse hasta tal punto que el sistema no funcione. Por lo tanto, es posible que sea necesario establecer un equilibrio cuidadoso para el filtro entre el rendimiento del equipo y la compatibilidad electromagnética, los requisitos de EMC.

En estas circunstancias, las señales se pueden transportar en un formato diferencial. Los cables de señal se pueden construir entonces como un par trenzado, e incluso se pueden apantallar. De esta forma se puede transportar la señal de alta frecuencia, pero se reduce su susceptibilidad a la radiación y la recepción, porque todo lo que se reciba aparecerá en ambas líneas y se cancelará. Además, la radiación no ocurre por la misma razón.

Diseño EMC: filtros

Ya se ha mencionado la posibilidad de introducir filtros EMC. Puede constituir una herramienta útil para que la utilice el ingeniero de EMC en muchos casos. Los filtros EMC son particularmente útiles para líneas que solo transportan señales de baja frecuencia. Los cables de entrada de energía u otras líneas que transportan voltajes de estado son candidatos particularmente buenos para el filtrado. Aquí, los filtros EMC pueden eliminar cualquier componente de alta frecuencia, dejando los elementos de baja frecuencia en la línea que no irradiarán mucho.

Los filtros EMC deben colocarse en el punto de entrada a la unidad y deben estar bien adheridos al chasis. De esta manera, ninguna señal puede entrar en la unidad e irradiarla antes de ser eliminada por el filtro.

Diseño EMC: división de circuitos

Este elemento del diseño del circuito es importante para garantizar que el circuito pueda pasar su prueba de EMC. Debe lograrse en las primeras etapas del diseño en vista del hecho de que gobierna toda la topología del circuito y la construcción mecánica.

La primera etapa del proceso de partición es segregar el circuito en áreas críticas y no críticas de EMC. Las áreas críticas de compatibilidad electromagnética, EMC son aquellas áreas que contienen fuentes de radiación o pueden ser susceptibles a la radiación. Estas áreas pueden incluir circuitos que contienen circuitos de alta frecuencia, circuitos analógicos de bajo nivel y lógica de alta velocidad, incluidos circuitos de microprocesador.

Las áreas de EMC no críticas son aquellas que contienen áreas que es poco probable que irradien señales o sean susceptibles a la radiación. Circuitos que incluyen fuentes de alimentación lineales (no fuentes de alimentación conmutadas), circuitos de baja velocidad y similares.

Una vez que se ha completado esta acción, se puede realizar el diseño para el diseño. Las regiones críticas o sensibles se pueden filtrar o agregar filtros según sea necesario en las interfaces para evitar que se irradien las EMI o para proteger estos circuitos de los efectos de las EMI.

Al aislar las áreas críticas de EMC, es posible agregar las medidas relevantes tanto en las etapas iniciales del diseño, como posiblemente más tarde. Tener una interfaz brinda la posibilidad de optimizar el rendimiento general para cumplir con su prueba de EMC. Esto puede resultar en la adición de más filtrado, cribado, etc., o incluso puede permitir que se realicen reducciones de costos si algunas de las medidas no son necesarias.

Toma de tierra

El esquema de conexión a tierra dentro de una unidad es de particular importancia para su desempeño EMC. Una conexión a tierra deficiente puede dar lugar a bucles de tierra que, a su vez, pueden hacer que las señales se irradien o se capten dentro de la unidad y, por lo tanto, una compatibilidad electromagnética deficiente, como resultado de rendimiento EMC.

Para ayudar a asegurar que la tierra o el sistema de puesta a tierra funcione satisfactoriamente, conviene tener en cuenta su función. Se puede decir que es un camino que permite que una corriente regrese a su fuente. Obviamente, debería tener una impedancia baja y también debería ser directo. Cualquier bucle o desviación puede dar lugar a efectos espurios que pueden dar lugar a problemas de EMC.

Planear la tierra o los sistemas de puesta a tierra no es trivial. Es más desafiante de lo que parece, pero esencial para un buen desempeño de EMC. Las longitudes deben mantenerse al mínimo porque por encima de las frecuencias superiores a unos pocos kilohercios, la impedancia está dominada por la inductancia, y las longitudes de unos pocos centímetros marcan una diferencia significativa, incluso a bajas frecuencias.

Para superar estos efectos, deben usarse cables gruesos si es posible, y en las placas de circuito impreso deben usarse planos de tierra. Las pistas críticas deben correrse por encima del plano del suelo y deben enrutarse de modo que no encuentren roturas en el plano del suelo. A veces es necesario tener una ranura o ruptura en un plano de tierra, y si esto ocurre, se debe enrutar una pista crítica sobre el plano, incluso si lo hace un poco más largo.

Estos y otros enfoques se pueden adoptar para garantizar que el sistema de puesta a tierra sea capaz de reducir al mínimo los problemas de EMC. Se debe prestar mucha atención a la puesta a tierra, ya que puede que no sea fácil cambiarla más adelante.

Recinto blindado

Aunque los gabinetes blindados pueden no ser una opción preferida desde el punto de vista del costo, colocar la unidad en un gabinete conductor con conexión a tierra mejorará significativamente el rendimiento. Todo el filtrado se puede realizar en esta interfaz y la pared conductora proporcionará una barrera a la radiación, mejorando así tanto las emisiones como los elementos de susceptibilidad del rendimiento EMC.

Cuando el costo y posiblemente la estética son importantes, es posible rociar el interior de los gabinetes con pintura conductora, aunque el nivel de protección proporcionado no será tan bueno como si se usara una caja de metal completamente conductora. Cuando se requieran altos niveles de rendimiento EMC, se debe tener cuidado de elegir un caso en el que no se rompa la continuidad de la pantalla. Idealmente, la carcasa debería estar formada por la menor cantidad de elementos posible. En cada articulación existirá la posibilidad de que pase la radiación. Cuando se produzcan juntas, deben estar lo más apretadas posible y deben tener una buena continuidad entre ellas.

Algunas cajas de metal que utilizan un estilo de construcción prefabricado con paneles de aluminio anodizado no ofrecen un buen rendimiento EMC, aunque son estéticamente más agradables que algunas cajas herméticas a RF. Debe establecerse un equilibrio en función del rendimiento requerido y las pruebas de EMC que deben realizarse.

Líneas y cables apantallados

Cuando es necesario que las líneas y los cables entren o salgan de una unidad, los cables pueden apantallarse para evitar que cualquier radiación de las señales se transmita o capte señales externas. Sin embargo, cuando se necesitan cables apantallados para aplicaciones de compatibilidad electromagnética EMC, la pantalla debe estar unida a la tierra de la señal del equipo tan pronto como ingrese a la unidad; de lo contrario, se pueden irradiar o captar señales no deseadas y esto comprometería el cumplimiento de EMC.

La compatibilidad electromagnética, el rendimiento EMC de los equipos electrónicos hoy en día es de gran importancia y como resultado es necesario diseñar para EMC. Para que la unidad supere las pruebas de compatibilidad electromagnética y se comercialice, es necesario que cumpla las directivas y normativas vigentes. Para que una unidad tenga éxito, es necesario que esté diseñada para proporcionar un alto nivel de compatibilidad electromagnética, rendimiento EMC y reducción de EMI.

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