Főoldal

"Mérnököt a mérnöktől"

A Schönherz Bázis összeköti az állást kereső és állást kínáló mérnököket.

CV küldés

Küldj önéletrajzot! Gyorsan, egyszerűen.
Megjegyzésbe írd be a pozíció nevét.
CV küldés

Iratkozz fel hírlevelünkre!

Kövess minket!

Kövess minket!

Hírek

Az elektromágneses kompatiblitás vizsgálat nem opció, hanem kötelesség
Az elektromágneses kompatiblitás vizsgálat nem opció, hanem kötelesség

Ismerkedjünk meg egy kicsit az EMC-támogatás történetével, egy kis EMI-elmélettel és néhány gyakori EMI-óvintézkedéssel!


Az EMI-támogatás története


1938-at írtak, amikor kulcsfontosságú pillanat következett be az amerikai EMC-támogatás (elektromágneses kompatibilitás) vizsgálatában: az FCC (Federal Communications Commission [Szövetségi Kommunikációs Bizottság]) először vezetett be korlátozásokat a transzmitterek sugárzására vonatkozólag.


A Com-Power Corporation szerint 1892-ben megfigyelték, hogy az áramvezetékek teljesítményére negatívan hathatnak a távírókészülékek kábelei. E megfigyelés nyomán született meg az 1892-es távírótörvény a Német Birodalomban. Többek között emiatt is váltak szükségessé a pontos EMC-vizsgálati eszközök és a hatékony szabályozás.


Ahogy a technológia fejlődik, az igényeink és vágyaink kielégítése végett az olyan területeken, mint az okoshálózatok, okosautók és okostelefonok, jelen kell lennie fejlett, megfelelő EMC-vizsgálati eszközöknek is, amelyekkel biztosítható az okoseszközeink EMI szempontjából biztonságos használata.


„Várjunk, aztán majd kiderül, átmegy-e a vizsgálaton!”


Sajnos tényleg sokakra igaz a „várjunk, aztán majd kiderül, átmegy-e a vizsgálaton” hozzáállás, állítja Michel Mardiguian az Interference Control in Computers and Microprocessor-Based Equipment  (Interferenciakezelés a számítógépekben és a mikroprocesszor alapú eszközökben) című könyvében. A szerzőt idézve: „Gyakran vélik úgy, hogy ezzel a jelenséggel [EMI] csak a nagy tudású szakembereknek kell foglalkozniuk, és ezért sokan nem veszik számításba a tervezés elején. Ehelyett várnak a későbbi vizsgálati adatokra, hogy átmegy-e a teszten.”


Ha elektromérnökként nem foglalkozol az EMI (elektromágneses interferencia) kérdésével, vagy nincs ötleted arra, hogyan javítsd ki a terméket, ha megbukik az EMC-vizsgálaton, veszélyes helyzetnek teszed ki magadat. Apróbb változtatásokkal kijavítani a terméket, hogy átmenjen az EMI-vizsgálaton, költséges, időigényes lehet, vagy akár mindkettő, esetleg lehet, hogy egyáltalán nem is lehetséges a javítás. Tapasztalat alapján sok mérnök – és még több menedzser – egyszerűen tudja, milyen fontos már a tervezés kezdeti szakaszában foglakozni az EMI-problémákkal.


Túl könnyű azt mondani, hogy „emiatt ráérünk még később aggódni”. Ez a hozzáállás mindig eszünkbe juttathatja a régi mondást: ha valamit nincs időd elsőre jól megcsinálni, akkor az egészet újra kell majd csinálnod. Inkább add meg magadnak az esélyt, és igenis foglalkozz az EMI-óvintézkedésekkel egy nyomtatott áramkör, egy kábel vagy egy burkolat tervezésekor, és spórold meg magadnak az időt, a pénzt és a stresszt!


Egy kis EMI-elmélet


Sok mérnök, illetve menedzser számára az EMI- és EMC-problémák, valamint az ehhez kapcsolódó elméletek „fekete mágiának” számítanak. Azonban egyáltalán nem az. Persze, egy kicsit bonyolult, és talán szükséges hozzá egy kis matematikatudás, azonban ha az ember megérti az alapvető elveket, és/vagy rendelkezésére állnak a megfelelő emberek (szakemberek) a probléma/problémák megoldására, nem lehet baj.


A „forrástól az áldozatig”-elve széles körben elfogadott az EMI világában. Egy EMI-probléma jelenlétekor mindig van a zajnak egy forrása és egy áldozata, ahol az bajt vagy problémát okoz. Ahhoz, hogy egy zajforrás interferenciát okozzon, kell lennie egy csatolási útnak a forrás és az áldozat között. Az EMI az alábbi területeken csökkenthető:


  • Forrás: Az interferencia ezen a szinten szétcsatolással, árnyékolással vagy egyszerűen egy kevésbé zajos kialakítással csökkenthető.
  • Csatolási út: Itt az interferencia csökkenthetésének módja a térközök növelése és/vagy az árnyékolás, ha a csatolási út sugárzó, vagy szűrők használata, ha a csatolási út konduktív.
  • Áldozat: Az interferencia helyi szétcsatolással, izolálással, árnyékolással vagy az áramkör/eszköz áttervezésével csökkenthető, hogy annak komponensei kevésbé legyenek érzékenyek az EMI-re.


1. ábra: A kibocsátási/érzékenységi szituáció három alapvető eleme. A képet a Mardiguian (1.2. oldal) biztosította


A zajszint csökkenését decibelben (dB) mérhetjük. A szűrő vagy pajzs használatával elért zajszint-csökkenés mérésére az alábbi képletet használjuk:


dB = 20 log10 (VKI/ VBE)


Például egy olyan árnyékoló eszköz, amely egytizedszeresére csökkenti a feszültséget (a volt/volt aránya dimenziótlan szám) azt jelenti, hogy az árnyékoló eszköz 20 dB-es árnyékolási hatékonyságot nyújt. Lásd az 1. táblázatot a decibel arányszámként megadott formájáért.


1. táblázat A decibel arányszámként megadva


A Mardiguian (1.2, 1.4 oldal) szerint az árnyékolás dB-ben megadott hatékonyságát az alábbiak szerint csoportosíthatjuk:


  • 0 – 10 dB = gyenge árnyékolás. Nem igazán éri meg az olyan szűrő, amely csak ekkora mértékben csökkenti az áramvezetési zajt (vagy olyan pajzs, amely csak ekkora mértékben csökkenti az EMI-mezőt). A hatás bár észlelhető, azonban az EMI-problémák valószínűleg nem szűnnek meg.
  • 10 – 30 dB = az érdemi árnyékolás minimális tartománya. Enyhe esetekben az EMI-problémák megszüntethetők.
  • 30  – 60 dB = az a tartomány, ahol az EMI-problémák megoldhatók
  • 60 dB felett = az átlagosnál jobb árnyékolás eléréséhez szükséges árnyékolás – különleges körültekintést és minőségi anyagokat igényel a pajzs- és/vagy szűrő felszerelésekor (felületelőkészítés, tömítés és összekötések). Kizárólag a 100%-os vagy azt megközelítő megbízhatóságú, szélsőséges viszonyok között üzemelő eszközökhöz ajánlják.


Az alábbiakban bemutatunk néhány gyakori EMI-óvintézkedést:


Fém árnyékoló dobozok



Csatlakoztatások


  • Lapos szalagkábel: Ideális – azonban nem mindig kivitelezhető – a digitális jelek földeléstől való elkülönítésére. Lásd az alábbi 2. ábrát.


2. ábra: Lapos szalagkábeles EMI-csökkentési opciók:


  • Csavart kábelpár: Összecsavart differenciáljel-kábelek vagy egyvégződésű jelkábel egy visszatérő vezetékkel összecsavarva. Ez a módszer a differenciáljelek esetén nagyon hatékony a közös módú zaj ellen, mivel a differenciálvevő kioltja a zajt. A generált EMI-t is csökkenti, ugyanis a két kábelben ellenkező irányban haladó töltések egymást kiegyensúlyozó mezőket hoznak létre.
  • Szigetelt, csavart kábelpár: A differenciáljelek tekintetében ideális esetben nem szükséges az árnyékolás, azonban a való életben a két kábel közötti csatolás nem tökéletes, és a vevő közös módú szűrése nem végtelen kapacitású. Így a kábelpár alatti árnyékolás tovább csökkenti a bejövő és a generált EMI hatását.
  • Általánosságban elmondható, hogy az árnyékolatlan kábelek antennaként szolgálnak, amelyek EMI-t fogadnak, illetve bocsátanak ki. A vezető árnyékolás – sok esetben a földelési ponthoz kötve – segít visszaverni és elnyelni az elektromágneses interferenciát, mielőtt még az negatívan hatna az áramkörre.


3. ábra: Szigetelt, csavart kábelpár vezetékei


  • Ferritgyűrűk (más néven ferritmag vagy  -fojtótekercs). A ferritgyűrűk a magas-frekvenciájú elektromos jeleket nyelik el. A kábelhez rögzítve segítenek a bejövő EMI hatásának csökkentésében, és csökkenti a generált EMI mértékét. A ferritgyűrű-készletek (lásd 4. ábra) EMI-vizsgálatra és hibaelhárításra valók. Alkalmasak helyszíni hibaelhárításra vagy EMC-támogatással foglalkozó tesztlaboratóriumi vizsgálatra is.


4. ábra: Ferritgyűrű-készlet. A képet a Laird-Signal Integrity Products at Digi-Keybiztosította


A doboz végleges terve


A kész burkolatnak ideális esetben úgy kell működnie, mint egy Faraday-kalitkának, vagyis a folyamatos konduktív burkolatot kell biztosítania. Ez azonban általában nem praktikus, mivel a burkolatba réseket és hozzáférési portokat kell elhelyezni a szellőzés, a karbantartás, a kábelezés és a felhasználói interfész komponensek (pl. gombok és kapcsolók) miatt.


Ezért a doboz végső tervezésekor figyelembe kell venni az alábbiakat:


  • Minimalizáld a nyílások számát és méretét! Lásd az alábbi 5. és 6. ábrát.


5. ábra: Egy feleslegesen nagy hozzáférési port. Rossz tervezés



6. ábra: Jobb tervezés. A burkolat nyílásai megfelelő méretűek, és a kábelárnyékolások a bemenetnél szigeteltek


  • Burkolati szellőzőnyílások vezetőrácsokkal. A rácsozat sűrűsége a jelenlévő EMI-frekvenciáktól függ: a magasabb frekvenciákhoz kisebb nyílásokat kell alkalmazni.
  • Az EMI-árnyékolóanyagot ajtók, vasalt oldalak vagy panelek árnyékolására használják. Lásd az alábbi 7. és 8. ábrát.


7. ábra: EMI árnyékoló anyag A képet az SASIndustries (4. oldal) biztosította


8. ábra: Egyedileg készített EMI-árnyékolók A képet az SASIndustries (6. oldal) biztosította


Összegzés


Az EMI/EMC nem „fekete mágia”, bár meglehetősen bonyolult lehet, hogy különösen a nagyfrekvenciás rendszerekben. Ha tervezőmérnök vagy, és nem értesz az EMI-hez, gondoskodj arról, hogy a csapatod valamelyik tagja értsen hozzá! Ha senki sincs tisztában vele, érdemes a tervezési folyamat legelején fontolóra venni egy EMI-szakember felkérését. Ami mindennél fontosabb: ne hagyd figyelmen kívül az EMI kérdését, és várd, hogy átmegy-e az EMC-vizsgálaton – ez egy nagyon költséges és/vagy időigényes döntés lehet!


(Forrás)


***

Ha Te is kreatív, kihívásokkal teli mérnök állást keresel minõségi munkáltatónál, jó helyen jársz, mert a Schönherz Bázis épp azért jött létre, hogy Neked segítsen.
Gyere, nézz szét aktuális állásaink között!