Técnicas de Diseño en Compatibilidad Electromagnética

Disertante: Ing. Edmundo Gatti Coordinador UTCEM-Electrónica e Informática

Características de la fuente emisora t1 > t2 and tr > tr 1

A

2

B

Puntas de prueba de campo cercano

Modos de acoplamiento de las interferencias

Conversión modo diferencial a modo común

A altas frecuencias hay que descubrir el “circuito invisible”

Manejo de las corrientes deseadas e indeseadas

Caminos de la corriente en los eventos de Descarga Electrostática

Corrientes de modo común

Problemas de acoplamiento a través del disipador

Disposición de los planos de masa de referencia

Disposición del filtrado y su puesta a tierra

Regla 1: Anticipar áreas de potencial problema • Cambiar tensiones ó condiciones circuitales que generarán interferencias electromagnéticas EMI . • Identificar fuentes potenciales de EMI: motores a escobillas, osciladores, señal reloj, relés, circuitos triac, interruptores, etc. • Identificar si la fuente de ruido en su naturaleza será de banda ancha ó de banda angosta. Ej. El ruido de un motor a escobillas es de banda ancha y las señales reloj son de banda angosta.

Técnicas para el control de EMC • Técnicas de puesta a masa y a tierra • Técnicas de diseño de los circuitos impresos ( PCB ) • Técnicas de distribución y ubicación de los componentes • Técnicas de filtrado • Técnicas de blindaje electromagnético

Caminos de retorno de la señal y el ruido

Características de impedancia de los cables de puesta a tierra

Degradación de una referencia de masa de un solo punto

Método de puesta a masa multipunto

Técnicas de aislación y cortes de lazos de tierra

Puesta a masa múltiple

Regla 2: Puesta a tierra - Grounding ó masa de referencia

• Elegir un punto sólido de puesta a tierra. • Utilizar una puesta a tierra de baja impedancia de un solo punto para evitar lazos de tierra. • Los caminos de tierra de continua son a menudo tierras de alta impedancia para radiofrecuencias. • Utilizar planos de tierra siempre que sea posible. • Mantener los caminos de tierra tan cortos como sea posible. • Evitar el uso de cables delgados como tierras.

Formación de lazos de emisión radiada

Uso del plano imagen

Caminos de retorno de la corriente

Degradación del uso del plano imagen para el retorno de RF

Fenómeno de diafonía

Fenómeno de diafonía entre trazas de un circuito impreso

Regla 3W para reducir diafonía

Comparación de distintos métodos de conexión de componentes

Ubicación del desacoplamiento Location of decoupling capacitances

decoupling capacitance DC useless due to R and L in the current path

possible solution with low R and L Attn.: multi layer

optimal position of DC

Plaquetas con dieléctrico embebido

Plaquetas con dieléctrico embebido

Plaquetas con dieléctrico embebido

Regla 3: Diseño de circuitos impresos y su disposición • Usar circuitos impresos multicapa siempre donde sea posible. • Ubicar las vias de alimentación en lados opuestos de la placa multicapa. • Usar capacitores de desacople. • Desacoplar las corrientes de RF y los circuitos de tierra de RF. • Usar trazas cortas. • Evitar esquinas agudas en las trazas del PCB. • Evitar entradas y salidas no terminadas. • Usar entradas y salidas filtradas. • Evitar trazas en forma de lazo de las señales reloj.

Distribución de bloques funcionales

Regla 4: Disposición de los componentes en una plaqueta impresa • • • • • • •

Mantener los componentes de circuitos similares agrupados juntos para maximizar su aislamiento. Agrupar los componentes de alto impacto interferente en áreas elegidas por si es necesario que sean apantallados del resto de los circuitos. Diseñar para mínima velocidad reloj posible para circuitos lógicos. Diseñar para mínima velocidad de conmutación posible. Mantener la tierra de RF separada de la tierra de alimentación, lógica ó digital. Mantener las trazas de tierra tan gruesas, anchas y cortas como sea posible. Agrupar los componentes de manera tal de evitar la interferencia intrasistema. Mantener los oscilsdores de HF alejados de circuitos analógicos sensitivos y mantener los circuitos de alimentación alejados del procesamiento de señal.

Ferritas supresoras

Ferritas supresoras

Ferritas supresoras

Filtrado de interferencias

Control de interferencias en filtros de línea de alimentación

Técnicas de filtrado What to do and what not to do in filter mounting:

Técnicas de filtrado What to do and what not to at cable entries:

Filtros EMI • La denominación “filtros EMI” se refiere a los circuitos de filtrado que se utilizan para reducir las interferencias generadas por los equipos electrónicos. • El “filtro EMI” no puede utilizarse para filtrar las componentes armónicas en la alimentación. • El “filtro EMI” es un componente para mitigar ó suprimir la interferencia electromagnética conducida no deseada.

Filtros LC combinados • Que deberíamos hacer si Zin y Zout son muy diferentes, por ejemplo: Zin=alto y Zout=bajo ó viceversa, ó cuando queremos incrementar las pérdidas de inserción! • Los filtros en cascada tipo LC, T ó π son utilizados en la mayoría de los casos cuando las impedancias de fuente y de carga son muy disímiles ó cuando se quiere incrementar las pérdidas de inserción!

Matriz de selección de filtros LC

Matriz de selección de filtros LC

Diagrama Filtro EMI

Filtro EMI de línea

Filtrado a nivel de PCB

Pérdidas de inserción de capacitores

Circuitos equivalentes

Mejora del nivel de ruido

Regla 5: Filtrar las emisiones • Elegir filtros EMI con cuidado. • Los filtros diseñados especialmente para una aplicación particular usualmente trabajarán mejor y serán de mayor costo efectivo, que los estandarizados. • Asegurarse de que los filtros sean instalados de acuerdo a las instrucciones de su fabricante. • Usar circuitos filtro integrados en lugar de componentes EMI discretos posicionados de una manera no conveniente.

Ubicación choques y supresores en PCB

IEC 61000-4-4 Inmunidad a la Ráfaga Eléctrica Rápida -Burst

IEC 61000-4-5 Inmunidad a Onda de Choque

Varistores - MOVs

Supresores de sobretensión

Sistemas de protección híbrida

Efecto de los blindajes electromagnéticos

Frecuencias de emisión intencional

Frecuencias de emisión no intencional a controlar

Uso de guías de onda

Uso de empaquetaduras conductoras

Método de la “caja sucia”

Continuidad en ventanas apantalladas

Técnicas de blindaje electromagnético complete integral

shielding of every box and all cables (compartment shielding)

PS F1

PCB2

F1 F2

F3 F3

F2

PCB3

F4

PCB1

plastic box

metal or metalized box

F1 - F4

Filters

shielded cables

non shielded cables

Juntas conductoras para blindajes electromagnéticos

Integridad de Blindajes

IEC 61000-4-2 Descarga Electrostática

Blindaje a nivel de PCB

Conclusiones • Analizar correctamente los resultados de los ensayos de EMC para abordar la solución de los problemas, aplicando las técnicas disponibles en forma eficiente. • Seleccionar correctamente los componentes de reducción y supresión, optimizando su instalación en el equipo ó sistema que se desea mejorar.

Fases de Desarrollo de un equipo

Av. General Paz 5445, Edificio 42 (B1650WABl) San Martín Buenos Aires, Argentina 4724-6300, Interno 6373 [email protected] Septiembre de 2012