Introduccion a la Interferencia Electromagnetica y Compatibilidad Electromagnetica
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El electromagnetismo es una rama de la física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell. La interferencia electromagnética es la emisión de energía electromagnética que degrada o perjudica la calidad de una señal o el funcionamiento de un sistema. La compatibilidad electromagnética es la habilidad de un sistema de no causar interferencias electromagnéticas a otros equipos, pero al mismo tiempo ha de ser insensible a las emisiones que pueden causar otros sistemas. El mal funcionamiento de un dispositivo puede tener serias consecuencias como: fallas en sistemas de control de vuelo en aviones, problemas en vehículos de motor, atmósferas flamables, dispositivos médicos defectuosos, entre otros. Es por esto que las pruebas de EMI y EMC en un producto, tanto en la fase de diseño como en la etapa de prueba, se han vuelto una actividad fundamental en el mundo de la creación de tecnología. En este webinar aprenda sobre todas las posibles fuentes de interferencia electromagnética, sus consecuencias en el funcionamiento de equipos eléctricos y electrónicos y las diferentes herramientas que existen en la actualidad para detectar y corregir las fallas provocadas. Observe en vivo, una demostración de algunos de estos equipos de última tecnología mientras ayudan a nuestros ingenieros a detectar cualquier posible fuente de electromagnetismo en diferentes productos. AGENDA: Introducción Interferencia Electromagnética (EMI) Compatibilidad Electromagnética (EMC) Susceptibilidad Electromagnética (EMS) Soluciones actuales para la industria en EMC/EMI/EMS EMscan
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Introduccion a la Interferencia Electromagnetica y Compatibilidad Electromagnetica
- 1. Introducción a la Interferencia Electromagnética y Compatibilidad Electromagnética
- 2. Índice Introducción Interferencia Electromagnética (EMI). Compatibilidad Electromagnética (EMC). Susceptibilidad Electromagnética (EMS). Soluciones actuales para la industria en EMC/EMI/EMS. EMscan. Demo. Preguntas.
- 4. Naturales Artificiales Fuentes de Interferencia
- 5. Interferencias Continuas Audio Frecuencia. Radio Frecuencia. Ruido de banda ancha. Interferencias Transitorias Impulso Electromagnético por rayos. Impulso Electromagnético Nuclear. Descargas Electrostáticas. Sobretensiones de conmutación. Tipos de Interferencia
- 6. Conducidas (< 30 MHz) Radiadas (> 30 MHz) Acoplamiento reactivo (< 30 MHz) Por cables: De alimentación De señal De tierra Modo Común Modo Diferencial Capacitivo (Altos Voltajes) Inductivo (Altas Corrientes) Intencionadas No intencionadas Mecanismos de acoplamiento
- 9. Intersistema Intrasistema Entre Equipos Acoplamiento Radiado + Conducido
- 10. Fallas en sistemas de control de vuelo en aviones. Problemas en vehículos de motor. Fallas de dispositivos médicos. Efectos de EMI
- 12. Fuente de Interferencia (Emisor) Camino de Acoplamiento Receptor (Víctima) Elementos básicos en un problema de EMC
- 14. Soluciones actuales para la industria en EMC/EMI/EMS Cámaras Anecoicas – Pruebas lentas. • Conformidad. – High CAPEX • Lugar amplio de pruebas. • Técnicos calificados. – High OPEX Puntas de prueba – Pruebas lentas. – Resolución en nm. Simulación de software – Tiempo consumido en personalizar cada PCB. – Necesidad de un entrenamiento extensivo al usuario.
- 15. • EMxpert – Herramienta que nos ayuda a diagnosticar y resolver rápidamente problemas de EMC/EMS/EMI con análisis en tiempo real de emisiones en PCBs. • RFxpert – Herramienta APM que permite rápidamente evaluar el rendimiento y optimización de los diseños con caracterización en tiempo real del rendimiento de la antena. EMScan
- 16. Características Capacidad Barrido espectral, exploración espacial, pico de retención, escaneo continuo, espectral y la comparación espacial, scripting, líneas límite, generación de informes, notas. Tiempo de exploración espacial En tiempo real continuo o sub-second scan single scan para toda el área de exploración. Dependiente en el rendimiento del analizador de espectro Tiempo de exploración espectral 45 segundos para PBCs de 10 cm Largo x 10 cm de ancho (L 4" x W 4") con un lapso de 100 MHz y 100 KHz de resolucion de banda ancha (RBW). Analizadores de espectros soportados FieldFox. La PC puede conectarse al analizador de espectro vía USB o Ethernet (cable cruzado y drecciones IP estáticas para PC y analizdor de espectro) Sistemas operativos soportados Windows 8®, Windows 7®, Windows Vista® and Windows XP® Superposiciones CAD soportados Standard Gerber© formato RS274x y formato HPGL EHX
- 17. Características Capacidad Barrido espectral, exploración espacial, pico de retención, escaneo continuo, espectral y la comparación espacial, scripting, líneas límite, generación de informes, notas. Tiempo de exploración espacial En tiempo real continuo o 20 segundos de exploración espacial para toda el área de exploración (1218 sondas activas). Tiempo de exploración espectral 5 segundos para PBCs de 10 cm Largo x 10 cm de ancho (L 4" x W 4") con un lapso de 100 MHz y 120 KHz de resolucion de banda ancha (RBW). Sistemas operativos soportados Windows 8®, Windows 7®, Windows Vista® and Windows XP® Superposiciones CAD soportados Imágenes en formato JPEG Standard Gerber© formato RS274x y formato HPGL EHX+
- 18. Exploración espectral – Frecuencias problemáticas Exploración espectral en tiempo real de campo cercano – Fuentes de emisiones radiadas Predicción de campo lejano – Pre-cumplimiento regulatorio de datos Frecuencia: 150 kHz to 8 GHz Resolución: 3.75 mm to 0.1 mm Comparar y superponer funciones Generador de reporte automático Funcionabilidad
- 19. Exploración Espectral: Scanner Far-Field Antenna Exploración Espacial L1: Real-Time Scanner Exploración L1: Single-Frequency Exploración Espacial L2-L7: Post Capture High Res Exploración Espacial: Hand-Held Probe Modos de Operación
- 20. Aplicaciones Tiempo Real. Pruebas de Filtrado. Pruebas de Blindaje. Pruebas de Distribución de Corrientes. Pruebas de Inmunidad. Emisiones a lo largo de las pistas. Solución de problemas de manufactura.
- 21. Vista "en tiempo real" de las fuentes de emisión y distribución Exploración de retención continua de pico para eventos espurios Pruebas más rápidas de alta resolución del mundo Datos de pre-cumplimiento más rápidos del mundo Bajo costo de adquisición Ventajas de EMxpert
- 22. Demo
- 24. EMxpert – The System
- 25. Preguntas
Notas del editor
- El electromagnetismo es una rama de la física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, fundamentada por Faraday y formulados por Maxwell. Básicamente es el magnetismo (campo electromagnetico) producido por una corriente eléctrica. La interferencia electromagnética es la emisión de energía electromagnética que degrada o perjudica la calidad de una señal o el funcionamiento de un sistema. La susceptibilidad electromagnética es la facilidad con la que un componente, circuito, dispositivo, equipo o sistema pueden sufrir una degradación en su rendimiento, mal funcionamiento o un falla, debido a la influencia de la energía electromagnética. También se llama la vulnerabilidad electromagnética. La compatibilidad electromagnética es la habilidad de un sistema de no causar interferencias electromagnéticas a otros equipos, pero al mismo tiempo ha de ser insensible a las emisiones que pueden causar otros sistemas. Las principales funciones de la EMC está garantizar que los dispositivos, equipos o sistemas funcionen satisfactoriamente en presencia de otras fuentes electromagnéticas, a la vez que no afecten a otros sistemas, equipos o dispositivos como tampoco al entorno que lo rodea (entiéndase vegetación, animales o personas). Con respecto a la salud humana, esta disciplina aborda el tema de los posibles perjuicios causados por ciertos equipos electrónicos. Se define a la compatibilidad electromagnética EMC como "la capacidad de cualquier aparato, equipo o sistema para funcionar de forma satisfactoria en su entorno electromagnético sin provocar perturbaciones electromagnéticas sobre cualquier cosa de ese entorno". La compatibilidad electromagnética EMC se ocupa de dos problemas diferentes, que dan lugar a dos ramas de la misma: 1.- Ese aparato, equipo o sistema debe ser capaz de operar adecuadamente en ese entorno sin ser interferido por otros (inmunidad o susceptibilidad electromagnética EMS). 2.- Además, no debe ser fuente de interferencias que afecten a otros equipos de ese entorno (emisiones electromagnéticas EMI).
- Existen dos tipos de fuentes de interferencias electromagnéticas, las que se pueden considerar como fuentes de EMI naturales y fuentes de EMI que aparecen debido a la acción del hombre (artificiales). Como fuentes de EMIs naturales se encuentran los relámpagos, radiaciones naturales o efectos solares que afectan a la ionosfera. Como fuentes de EMIs artificiales (debido a la acción del hombre) se encuentran: • Las descargas electrostáticas. • Sistemas eléctricos y electrónicos. • Elementos de telecomunicaciones. • Pulsos electromagnéticos (explosión nuclear)
- INTERFERENCIA CONTINUA Audio frecuencia Desde frecuencias muy bajas hasta alrededor de 20 kHz. Frecuencias de hasta 100 kHz a veces pueden ser clasificados como de audio. Las fuentes incluyen: Principales fuentes de zumbido: fuentes de alimentación, cableado de alimentación cercana, líneas de transmisión y subestaciones. Equipo de procesamiento de audio, tales como amplificadores de potencia y altavoces. Demodulación de una onda portadora de alta frecuencia, tal como una transmisión de radio FM. Interferencia de radiofrecuencia (RFI) De típicamente 20 kHz a un límite superior que aumenta constantemente a medida que la tecnología nos empuja a ello. Las fuentes incluyen: Transmisiones de frecuencias inalámbricas y radio. La televisión y receptores de radio. Equipos industriales, científicos y médicos (ISM). Circuitos de procesamiento digital, como microcontroladores. El ruido de banda ancha Puede ser distribuido en partes de uno o ambos rangos de frecuencia, sin frecuencia particular acentuada. Las fuentes incluyen: La actividad solar. Funcionamiento continuo vías de chispas, como soldadores de arco. CDMA (de amplio espectro) de telefonía móvil. INTERFERENCIA TRANSITORIA A veces llamado una perturbación transitoria, surge dada una emisión o pulso de corta duración de energía. Impulso electromagnético por rayos (LEMP) Normalmente una corta serie de pulsos ocasionadas por rayos. Impulso electromagnético nuclear (NEMP) Resultado de una explosión nuclear. Descargas electrostáticas (ESD) Resultado de intercambio de cargas entre dos objetos eléctricamente cargados que entran en estrecha proximidad o contacto. Línea eléctrica sobretensiones / pulsos Resultado de fallas en los sistemas de entrega de corriente eléctrica por las redes de transmisión presentes. Sobretensiones de conmutación Generadas en la línea eléctrica, debido a los siguientes dos motivos: Conmutaciones de maquinaria de gran potencia: Los motores eléctricos son cargas muy inductivas cuya conexión y desconexión provoca sobretensiones. Maquinas que manejan pulsos de corriente regulares: Motores eléctricos, sistemas de encendido de motores de gasolina o acciones continuas de conmutación de circuitos electrónicos digitales.
- Toda señal de interferencia, pueden distinguirse por las siguientes características: Espectro, es decir la frecuencia de banda cubierta por la perturbación, puede ser estrecha, como lo es en el caso de la telefonía movi o muy amplia como lo es en el caso de los relámpagos. Dado que el grado de acoplamiento es directamente proporcional a la frecuencia, EMC utiliza el dominio de la frecuencia para caracterizar las perturbaciones. La forma de onda describe las características de las alteraciones en el tiempo y puede, por ejemplo, ser una onda senoidal amortiguada o función exponencial doble. La amplitud es el máximo valor de la señal alcanzada y llega en términos de tensión (volts), campo eléctrico (volts/m), etc. La energía es la integral de la energía instantánea en el tiempo durante la perturbación.
- Densidad Espectral (Spectral Density) de una señal es una función matemática que nos informa de cómo está distribuida la potencia o la energía (según el caso) de dicha señal sobre las distintas frecuencias de las que está formada, es decir, su espectro. La perturbación puede expresarse como un tiempo de subida tr, una frecuencia equivalente 0.35/tr o, simplemente, la frecuencia de perturbación para una señal de banda estrecha o como una longitud de onda λ relacionada con la frecuencia por λ = c / f, donde c es la velocidad de la luz (3 x 10 a la 8 ms-1).
- Según el medio de propagación que utilice la interferencia electromagnética para perjudicar el funcionamiento de un equipo o la calidad de una señal, se puede establecer una clasificación de EMI como EMI conducidas, EMI de acoplamiento capacitivo o inductivo e EMI radiadas. • Las EMI conducidas se propagan a través de cables ya sean de alimentación, señal o tierra, y su contenido frecuencial nunca superará los 30 MHz. • Las EMI propagadas por acoplamiento capacitivo se producen por efecto de campo eléctrico. Su principal fuente son los puntos donde haya grandes variaciones de tensión respecto al tiempo. • Las EMI propagadas por acoplamiento inductivo se producen por efecto de campo magnético. Su principal fuente son los bucles de intensidad que presentan grandes derivadas respecto al tiempo. • Las EMI radiadas son debidas a la generación de ondas electromagnéticas. Se consideran radiadas y no acopladas cuando la distancia entre fuente y victima es superior a la mitad de la longitud de onda de la interferencia.
- La interferencia va de la fuente de EMI al receptor a través de un camino eléctrico (fuente y receptor están eléctricamente conectados). - Es provocado por variaciones de tensión, armónicos, etc. procedentes de grandes cargas (motores eléctricos,…)
- La perturbación va de la fuente de EMI al receptor a través de un camino no eléctrico [aire] (fuente y receptor no tienen por qué estar eléctricamente conectados). - Puede ser provocado por redes eléctricas, transmisores de radio, chispas de relés, etc.
- Intrasistema: El acoplamiento se produce entre partes de un mismo equipo (p.ej.: Subsistema de potencia – Subsistema digital). Intersistema: La perturbación se presenta entre dos equipos que pertenecen a un mismo sistema (p. ej.: monitor – CPU). Entre equipos: La interferencia se da entre dos equipos totalmente independientes (p. ej.: batidora – televisión).
- La susceptibilidad electromagnética es la incapacidad de un sistema para funcionar sin degradación en presencia de una perturbación electromagnética. Una alta susceptibilidad electromagnética indica una alta sensibilidad a los campos electromagnéticos. Son pruebas con el fin de determinar cuanta interferencia electromagnética pueden llegar a tolerar los dispositivos antes de que presentes anomalías.
- En la figura se representa el esquema básico de los elementos que intervienen en un problema de EMC. Hay que remarcar que solo se habla de interferencia siempre y cuando se provoque un mal funcionamiento en el receptor. Se puede deducir que las tres vías para eliminar las interferencias serán: • Suprimir la emisión en la fuente. • Hacer el camino de acoplamiento poco efectivo para las interferencias. • Hacer el receptor menos sensible a las emisiones. La mejor solución es la primera aunque no siempre es posible identificar la fuente de la perturbación y algunas veces no es posible eliminarlas ya que son señales activas del sistema, como por ejemplo el reloj de un sistema digital. En estos casos solo se puede actuar sobre el camino de acoplamiento o haciendo la victima más inmune.
- Aumento de los equipos electrónicos tanto en la industria como en el hogar (Fuentes de EMI). Equipos más grandes y más complejos. Disminución del margen de ruido de los sistemas digitales (disminución de la tensión de trabajo).
- Atendiendo a los tipos de acoplamiento y las alternativas para la solución de problemas de EMC, se obtiene la tipología de Medidas de Compatibilidad Electromagnética:
- Definición de High CAPEX: (CAPITAL EXPENDITURE) Gasto de Capital, es el costo de desarrollo o el suministro de componentes no consumibles para el producto o sistema. DEFINICION DE HIGH OPEX: Operating Expense, Gastos de funcionamiento, gastos operativos, gastos funcionales u operacionales
- Radiacion en campo cercano y campo lejano Se conoce como campo cercano al patrón de campo que está cerca de la antena. Se conoce como campo lejano al patrón de campo que está a gran distancia de la antena. Se queda fuera de la region reactiva Campo muy muy cercano
- Emxpert expertos en compatibilidad electromagnética y pruebas de interferencia Rfxpert son especialistas en diseño y pruebas de antenas
- El formato de tipo de fichero Gerber contiene la información necesaria para la fabricación de la placa de circuito impreso o PCB.
- Far-Field Antenna Emisión de dispositivos En exploración de campo cercano y lejanos, pero no en el campo lejano ambiente Frecuencia Ambiente Una señal que aparece en la exploración del ambiente de campo lejano y en ninguna otra más. Hand-Held Probe 1. Ilimitado rango de frecuencia 2. Alta Resolución 1,218 mediciones de baja resolución 4,988,928 mediciones de alta resolución Exploración espacial – Hand Held Probe Predicción de radiación EMI de PCB en el rango de 30 MHz – 1GHz Compensado EMxpert muy de campo cercano datos Estructura PCB y modelos de diseño Estera Absorbente
- Pruebas de Filtrado El ejemplo de formación de imágenes espacial a continuación evalúa una PCB de un receptor de satélite. El dispositivo bajo prueba (DUT) está colocado en el escáner patentado como se muestra en figura 1 de la izquierda; la fuente de alimentación es la placa de la derecha. La figura 2 muestra que el ruido de la fuente de alimentación que tiene una Freq = 96.9 MHz se ha extendido a la placa madre. Los cables de suministro de energía que emiten se encierran en un círculo rojo. En la figura 3 se muestra el DUT con el círculo rojo destacando el filtro en los cables. La imagen en la Fig. 4 ilustra el efecto de la adición de un filtro en los cables entre la fuente de alimentación y la placa. El ruido de la placa madre ha desaparecido por completo, lo que mejora sustancialmente el ruido de fondo. Pruebas de Blindaje Blindaje EMI, otro método de reducción de ruido, las limitaciones de las emisiones radiadas. Los mapas EMxpert emisiones de campo muy cercano generadas por el flujo de corriente en la superficie de la placa en cuestión de segundos. Como resultado, los equipos de diseño diagnostican y tratan rápidamente cualquier problema de emisión inesperados. La herramienta Spatial Comparation, facilita la comparación inmediata entre las soluciones blindadas y no blindadas.