Cada produto no mercado deve atender a Regulamentos EMC que definem os limites superiores para emissões conduzidas e irradiadas.
Emissões conduzidas são o barulho componentes que são gerados por um dispositivo ou subcircuito e transferidos para outro dispositivo ou subcircuito via cabeamento, PCB traços, planos de energia / terra ou capacitância parasita. As emissões conduzidas que aparecem nos cabos de interface e alimentação devem ser mantidas baixas ou podem se propagar através dos cabos e atingir outros dispositivos, causando problemas aos mesmos.
Emissões irradiadas são o barulho componentes que todo o sistema gera como um campo eletromagnético, para que possa se propagar pelo ar e atingir outros dispositivos.
Os engenheiros sabem que a propagação do sinal através dos cabos ocorre sem reflexão quando o comprimento do cabo é muito menor do que o comprimento de onda do sinal (baixa frequência). É por isso que as emissões conduzidas são consideradas um problema para baixas frequências, onde um modelo concentrado pode ser considerado para o meio de propagação do sinal.
Ao contrário, quando o comprimento do cabo é muito maior do que o comprimento de onda do sinal (alta frequência), a propagação do sinal ao longo do cabo ocorrerá sem reflexão apenas se a correspondência de impedância for fornecida ao longo do caminho do sinal. Neste caso, a propagação através dos condutores pode ser analisada como um modelo distribuído (teoria da linha de transmissão), mas no mundo real, os sistemas geralmente apresentam condutores (cabos e o circuito traços) que não são projetados como linhas de transmissão para altas frequências. Esses condutores podem facilmente irradiar sinais como um campo eletromagnético porque se comportam como uma antena em vez de uma linha de transmissão. É por isso que as emissões irradiadas são consideradas um problema para altas frequências.
A regra comum para designers é considerar o comprimento crítico do condutor que separa o comportamento concentrado do comportamento distribuído da seguinte forma:
LCRÍTICA= λ /6
Figura 1. Sistemas agrupados vs sistemas distribuídos.
A tabela a seguir mostra o comprimento de onda para diferentes frequências, o comprimento crítico associado, as estruturas cujas dimensões típicas são comparáveis ao comprimento crítico e o tipo de emissões normalmente geradas:
Tabela 1. Métodos típicos de propagação de emissões para diferentes frequências.
Convencionalmente, o ponto de interrupção entre as emissões conduzidas e irradiadas é definido em 30 MHz, onde o comprimento de onda (no ar livre) é de cerca de 10m e o comprimento crítico é de cerca de 1.7m.
Os regulamentos EMC são direcionados para medir a emissão de dispositivos e seus cabos (os chamados EUT - Equipamento em Teste) Considerando que as dimensões típicas dos dispositivos e cabos associados são de até 1.5m, a tabela acima mostra que as emissões irradiadas deles podem ocorrer apenas para frequências acima de 30MHz, onde as dimensões dos condutores que fazem parte do ESE podem ser aproximadamente maiores que o comprimento crítico. Para frequências abaixo de 30 MHz, as emissões irradiadas não ocorrem significativamente e, geralmente, é necessário testar o ESE apenas para emissões conduzidas.
Testando Emissões Conduzidas
A configuração típica para testar a emissão conduzida do ESE requer o seguinte:
- Receptor EMI ou analisador de espectro (adequado para pré-conformidade)
- LISN (Rede de Estabilização de Impedância de Linha)
- Plano Terrestre - O EUT, o LISN e o receptor são colocados e conectados ao plano de aterramento.
Figura 2. Configuração básica do teste de emissões conduzidas.
O LISN é um dispositivo de três portas conectado ao EUT, ao receptor e à fonte de alimentação.
O objetivo do LISN é fornecer uma impedância padronizada em RF em todo o ponto de medição ESE. O LISN acopla o ponto de medição do ESE ao receptor e atenua (praticamente elimina) os sinais de interferência indesejados vindos da fonte de alimentação, a fim de evitar que tais sinais influenciem a execução do teste.
Existem diferentes tipos de LISN para análise DC, monofásica ou Trifásico AC. O tipo mais comum é definido na CISPR 16-1-2 e apresenta ao ESE uma impedância equivalente de 50Ω em paralelo com 50uH + 5Ω em cada linha para a terra. É chamado de tipo “V-rede” para alimentação monofásica, uma vez que a impedância estabilizada aparece em cada braço do “V”, entre linha ou neutro e conexão de terra.
Figura 3. LISN o circuito para cada linha da “V-rede”
Figura 4. Impedância vs frequência nos terminais EUT. Imagem cortesia do manual do usuário Tekbox - TBLC08.
O ruído medido com o receptor deve ser comparado aos limites de ruído fornecidos pelos regulamentos EMC. No caso de dispositivos monofásicos, as medições de ruído devem ser repetidas para cada linha (fase e neutro).
Figura 5. Monofásico LISN 9KHz-30MHz de diferentes fabricantes. Imagem cortesia de NARDA e Tekbox.
Na configuração básica do teste apresentada acima, o plano de terra tem um papel fundamental na padronização do ambiente de teste, já que normalmente parte do ruído conduzido pode ser influenciado por parâmetros parasitas, como melhor explicado posteriormente.
O receptor EMI é um dispositivo específico projetado para testes de EMI, como o LISN. Ele difere de um analisador de espectro genérico em vários aspectos não cobertos neste artigo, mas como primeira ideia, pode ser considerado um analisador de espectro com recursos de teste EMI específicos:
- verifique os parâmetros de acordo com os regulamentos globais de EMC (ou seja, tempo de espera, largura de banda de resolução (RBW), detector, etc)
- execução automática do teste com controle do LISN e comutação entre as fases da linha em caso de alimentação CA (monofásica ou Trifásico)
- interface de software para visualização de varredura, configuração e salvamento de resultados de teste
Figura 6. Um receptor EMI. Imagem cortesia de NARDA
Um analisador de espectro pode ser uma substituição menos dispendiosa para o receptor EMI ao realizar testes de pré-conformidade de produtos durante o processo de design e verificação. Uma configuração de teste de pré-conformidade completa (LISN + analisador de espectro + plano de terra) pode ser comprada por menos de US $ 2000, um preço razoável também para pequenas empresas. Por esse custo limitado, é possível fazer uma varredura das emissões conduzidas de um produto, descobrir emissões de ruído excessivas e fazer correções antes de ir a um laboratório de teste credenciado para o teste de conformidade final.
Existem vários órgãos de governo que regulam os níveis permitidos de biprodutos gerados de emissões. O organismo de padronização global é a IEC (International Electrotechnical Commission).
Em nível regional, existem diferentes órgãos para fornecer a implementação local de regulamentações com base nos padrões EMC lançados pela IEC: nos Estados Unidos, as regulamentações mais comuns sobre emissões são emitidas pela FCC (Federal Communications Commission), enquanto na Europa são emitido por organizações CEN / CENELEC.
A tabela a seguir mostra os principais padrões de produto para emissões conduzidas e irradiadas:
| Setor de produto | Padrão EN | Padrão dos EUA |
| Equipamento multimídia (MME) | PT 55032 | FCC Parte 15 |
| Equipamento industrial, científico e médico (ISM) | PT 55011 | FCC Parte 18 |
| Equipamento de iluminação | PT 55015 | FCC Parte 15/18 |
Tabela 2. Principais padrões de produto para emissões conduzidas e irradiadas
Cada padrão é desenvolvido para regular termos, métodos de teste e limites para emissões conduzidas e irradiadas. Como exemplo, podemos examinar os padrões EN 55032 e FCC Parte 15.
A padrão EN 55032 regula na Europa as emissões conduzidas e irradiadas de sinais na faixa de frequência de 9kHz a 400GHz para multimídia): equipamentos com tensão nominal de alimentação RMS não superior a 600V. Os dispositivos são divididos em duas classes:
- Classe B (comercial): aplica-se a dispositivos usados em ambientes residenciais e domésticos. Eles devem ter emissões abaixo dos limites de emissão mais baixos definidos para a Classe-B.
- Classe A (industrial): aplicável a todos os dispositivos que excedem os limites da Classe B. Neste caso, o dispositivo deve ter emissões abaixo dos limites definidos para Classe-A e pode causar interferência em áreas residenciais, portanto, o manual do dispositivo deve conter um aviso de advertência.
Figura 7. Limites de emissão conduzida EN 55032 Classe A e Classe B. Cortesia de imagem da Texas Instruments.
Da mesma forma, os produtos projetados para o mercado dos EUA devem estar em conformidade com os limites equivalentes estabelecidos pelo padrão FCC Parte 15, subparte B (radiadores não intencionais), seção 15.107 (limites conduzidos), onde os limites de emissões conduzidas são equivalentes aos dados na EN 55032. Também na FCC Parte 15, os dispositivos são divididos em duas classes:
- Classe B: dispositivos digitais comercializados para uso em ambiente residencial, apesar do uso em ambientes comerciais, empresariais e industriais.
- Classe A: dispositivos digitais comercializados para uso em um ambiente comercial, industrial ou empresarial; exclusivo de dispositivos comercializados para uso pelo público em geral ou destinados ao uso doméstico.