Que Son Las Técnicas De Diseño EMC Y Cuantos Tipos De Diseño Hay.

Las buenas técnicas de diseño CEM no son demasiado difíciles de aplicar si se introducen en las primeras fases del diseño. Si hay que hacer modificaciones más adelante en el diseño para cumplir con los requisitos de EMC, entonces se vuelve mucho más difícil. El diseño de la CEM desde las primeras fases del proyecto sigue algunos enfoques de diseño sencillos y de sentido común.

Diseño de la CEM: algunos aspectos básicos

Al considerar cualquier proyecto, los criterios de diseño de la CEM son importantes: cualquier circuito electrónico que tenga señales que cambien de nivel tenderá a irradiar algo de energía, ya que cualquier interconexión y los cables actuarán como antenas radiantes, por muy cortos que sean. Del mismo modo, los circuitos tenderán a captar las señales radiadas de otros transmisores, tanto si estas fuentes transmiten intencionadamente como si no.

El diseño de la CEM también debe tener en cuenta cualquier acoplamiento capacitivo e inductivo, así como las emisiones no deseadas que puedan conducirse a lo largo de las líneas comunes que van a ambos equipos. Esto puede incluir también las líneas de tierra.

Estos problemas de interferencia electromagnética (EMI) pueden impedir que los equipos electrónicos adyacentes funcionen juntos. Con el gran crecimiento en el uso de equipos electrónicos, este problema de Compatibilidad Electromagnética, EMC, se ha convertido en un tema particularmente importante.

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Por ello, es necesario diseñar para la CEM desde el principio de un nuevo proyecto de desarrollo electrónico e implementar las diversas técnicas de diseño para la CEM en todo el concepto del producto. Sólo si se tienen en cuenta los aspectos del diseño para la CEM en las fases de concepción de un desarrollo, se pueden aplicar correctamente las posibles precauciones.

En años pasados, los transmisores podían impedir que los televisores domésticos locales mostraran su imagen. En el peor de los casos, podía desaparecer toda la imagen o producirse algún tipo de alteración de la misma. Al generalizarse estos y otros muchos ejemplos de los resultados de una mala regulación de la CEM, se hizo necesario mejorar la situación.

Ahora, con los equipos electrónicos modernos, es posible hacer funcionar teléfonos móviles y otros dispositivos inalámbricos cerca de casi cualquier equipo electrónico sin que ello afecte en absoluto.

Esto se ha conseguido asegurando que los equipos no irradien emisiones no deseadas, y también haciendo que los equipos sean menos vulnerables a las radiaciones de radiofrecuencia. De este modo, estos aspectos del diseño para la CEM han dado grandes frutos en el mundo actual, en el que se utiliza una gran cantidad de equipos electrónicos.

Diseño para el cumplimiento de la CEM

Cuando se diseña una tarjeta de circuito electrónico es necesario tomar una serie de precauciones para garantizar que se cumplan los requisitos de rendimiento de la CEM. Intentar arreglar el rendimiento de la CEM una vez que el circuito ha sido diseñado y construido será mucho más difícil y costoso. Por lo tanto, hay una serie de áreas que se pueden abordar durante el diseño para garantizar que el rendimiento de la CEM se optimice:

• Diseño del circuito para minimizar la radiación.
• Filtros CEM
• Separación de los circuitos
• Puesta a tierra
• Carcasa apantallada
• Líneas y cables apantallados

Si se adoptan estas precauciones, el rendimiento CEM del circuito puede mejorar considerablemente. No obstante, deberá someterse a pruebas de CEM para garantizar que cumple con las prestaciones requeridas.

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Diseño de circuitos CEM para minimizar la radiación

Una de las principales áreas que hay que tener en cuenta para el cumplimiento de la EMC / EMI son las emisiones radiadas de RF que surgen de los cables de conexión y la susceptibilidad de recibir interferencias.

Se ha comprobado que constituyen la principal vía de acoplamiento de las interferencias en cualquier producto. A menudo, estos cables tienen que transportar señales de alta frecuencia, posiblemente datos, y esto puede suponer algunos retos en cuanto a la mejora de su rendimiento EMC / EMI.

Cualquier cable recibirá e irradiará señales, especialmente cuando se acerque a un cuarto de longitud de onda, o a un múltiplo impar del mismo, ya que forma un circuito resonante. Sin embargo, incluso cuando el cable se acerca a estas longitudes, la compatibilidad electromagnética, EMC, puede ser un problema.

Una solución es filtrar los cables que entran y salen de la unidad. Aunque esto reduce el nivel de EMI, también puede degradar el rendimiento del circuito. Si es necesario transportar datos a alta velocidad, los filtros eliminarán los bordes afilados y, en el peor de los casos, la señal puede atenuarse hasta tal punto que el sistema no funcione.

Por lo tanto, puede ser necesario un cuidadoso equilibrio para el filtro entre el rendimiento del equipo y los requisitos de compatibilidad electromagnética, EMC.

En estas circunstancias, las señales pueden transportarse en formato diferencial. Los cables de señal pueden construirse como un par trenzado, e incluso podrían estar apantallados. De este modo, se puede transportar la señal de alta frecuencia, pero se reduce su susceptibilidad a la radiación y a la recepción, ya que todo lo que se reciba aparecerá en ambas líneas y se anulará. Además, la radiación no se produce por la misma razón.

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Diseño de la CEM: filtros

Ya se ha mencionado la posibilidad de introducir filtros CEM. Puede constituir una herramienta útil para que el ingeniero de CEM la utilice en muchos casos. Los filtros CEM son especialmente útiles para las líneas que sólo transportan señales de baja frecuencia.

Los cables de entrada de energía, u otras líneas que transportan tensiones de estado son particularmente buenos candidatos para el filtrado. Aquí los filtros EMC pueden eliminar cualquier componente de alta frecuencia, dejando los elementos de baja frecuencia en la línea que no irradiarán mucho.

Los filtros EMC deben colocarse en el punto de entrada a la unidad, y deben estar firmemente unidos al chasis. De este modo, ninguna señal puede entrar en la unidad e irradiar en ella antes de ser eliminada por el filtro.

Diseño de la CEM: división del circuito

Este elemento del diseño del circuito es importante para garantizar que el circuito pueda pasar la prueba de CEM. Debe realizarse en las primeras fases del diseño, ya que rige toda la topología del circuito y la construcción mecánica.

La primera etapa del proceso de partición consiste en separar el circuito en zonas críticas y no críticas para la CEM. Las áreas críticas de compatibilidad electromagnética, EMC, son aquellas áreas que contienen fuentes de radiación, o pueden ser susceptibles de radiación.

Estas zonas pueden incluir circuitos que contengan circuitos de alta frecuencia, circuitos analógicos de bajo nivel y lógica de alta velocidad, incluidos los circuitos de microprocesadores.

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Las zonas CEM no críticas son aquellas que contienen zonas que probablemente no irradien señales o sean susceptibles de radiación. Los circuitos incluyen fuentes de alimentación lineales (no fuentes de alimentación conmutadas), circuitos de baja velocidad y similares.

Una vez realizada esta acción, se puede proceder a la disposición del diseño. Las regiones críticas o sensibles pueden apantallarse o añadirse filtros, según sea necesario, en las interfaces para evitar la radiación de EMI, o para proteger estos circuitos de los efectos de la EMI.

Al aislar las zonas críticas de la CEM, es posible añadir las medidas pertinentes tanto en las fases iniciales del diseño como, posiblemente, más tarde. Disponer de una interfaz ofrece la posibilidad de optimizar el rendimiento global para cumplir su prueba de CEM.

Esto puede dar lugar a la adición de más filtros, apantallamientos, etc., o incluso puede permitir la reducción de costes si algunas de las medidas no son necesarias.

Conexión a tierra

El esquema de conexión a tierra dentro de una unidad es de especial importancia para su rendimiento en materia de CEM. Una mala conexión a tierra puede dar lugar a bucles de tierra que, a su vez, pueden provocar la irradiación o la captación de señales dentro de la unidad y, por tanto, un rendimiento deficiente en materia de compatibilidad electromagnética.

Para ayudar a garantizar que el sistema de conexión a tierra funcione satisfactoriamente, conviene tener en cuenta su función. Se puede decir que es un camino que permite que una corriente vuelva a su origen. Evidentemente, debe tener una baja impedancia y también debe ser directa. Cualquier bucle o desviación puede dar lugar a efectos espurios que pueden dar lugar a problemas de CEM.

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La planificación de los sistemas de puesta a tierra no es trivial. Es más difícil de lo que parece, pero es esencial para un buen rendimiento de la CEM. Las longitudes deben ser mínimas, ya que por encima de las frecuencias de unos pocos kilohercios la impedancia está dominada por la inductancia, y las longitudes de unos pocos centímetros marcan una diferencia significativa, incluso a bajas frecuencias.

Para superar estos efectos, deben utilizarse cables gruesos si es posible, y en las placas de circuito impreso deben utilizarse planos de tierra. Las pistas críticas deben pasar por encima del plano de tierra, y deben ser dirigidas de manera que no encuentren ninguna interrupción en el plano de tierra.

A veces es necesario que haya una ranura o una rotura en el plano de tierra, y si esto ocurre, una pista crítica debe pasar por encima del plano, aunque lo haga ligeramente más largo.

Estos y otros enfoques pueden adoptarse para garantizar que el sistema de puesta a tierra sea capaz de reducir al mínimo los problemas de CEM. Hay que prestar mucha atención a la toma de tierra, ya que puede no ser fácil cambiarla posteriormente.

Recinto apantallado

Aunque los recintos apantallados pueden no ser una opción preferible desde el punto de vista del coste, colocar la unidad en un recinto conductor que esté conectado a tierra mejorará significativamente el rendimiento.

Todo el filtrado puede realizarse en esta interfaz y la pared conductora proporcionará una barrera a la radiación, mejorando así los elementos de emisión y susceptibilidad del rendimiento de la CEM.

Cuando el coste y posiblemente la estética son importantes, es posible rociar el interior de los armarios con pintura conductora, aunque el nivel de apantallamiento proporcionado no será tan bueno como si se utilizara una carcasa metálica totalmente conductora.

Cuando se requieran altos niveles de rendimiento EMC, se debe tener cuidado de elegir una carcasa en la que no se rompa la continuidad del apantallamiento. Lo ideal es que la carcasa esté formada por el menor número de elementos posible.

En cada unión existirá la posibilidad de que la radiación pase a través de ella. Cuando se produzcan juntas, éstas deben ser lo más herméticas posible y deben tener una buena continuidad entre ellas.

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Algunas cajas metálicas que utilizan un estilo de construcción prefabricado con paneles de aluminio anodizado no ofrecen un buen rendimiento CEM, aunque son estéticamente más agradables que algunas cajas herméticas a la RF. Hay que encontrar un equilibrio en función de las prestaciones requeridas y de las pruebas de compatibilidad electromagnética que haya que realizar.

Líneas y cables apantallados

Cuando las líneas y los cables tienen que entrar o salir de una unidad, los cables se pueden apantallar para evitar cualquier radiación de las señales que se transportan o la captación de señales externas.

Sin embargo, cuando los cables apantallados son necesarios para aplicaciones de compatibilidad electromagnética EMC, el apantallamiento debe conectarse a la tierra de la señal del equipo tan pronto como entre en la unidad, ya que de lo contrario podrían irradiarse o captarse señales no deseadas y esto comprometería el cumplimiento de la EMC.

La compatibilidad electromagnética, el rendimiento de la CEM es de los equipos electrónicos hoy en día es una gran importancia y como resultado es necesario diseñar para la CEM. Para que la unidad pueda pasar las pruebas de CEM y salir al mercado, es necesario que se ajuste a las directivas y reglamentos vigentes.

Para que una unidad tenga éxito, es necesario que esté diseñada para proporcionar un alto nivel de compatibilidad electromagnética, rendimiento de EMC y reducción de EMI.