Expomedical2012EG

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
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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