Ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή
Με απλά λόγια, η ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή (EMI) είναι η επίδραση των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων (π.χ. ραδιοσυχνότητα) σε ευαίσθητο ηλεκτρονικό εξοπλισμό και συστήματα. Απλώνεται σε μια εκπληκτικά μεγάλη περιοχή και μπορεί να προκαλέσει σοβαρή βλάβη στο σύστημά σας. Ευτυχώς, υπάρχουν δύο πιθανές λύσεις σε αυτό το πρόβλημα: φιλτράρισμα και θωράκιση.
Το φιλτράρισμα και η θωράκιση EMI είναι δύο διαφορετικές τεχνικές που χρησιμοποιούνται για την αντιμετώπιση του προβλήματος του EMI σε ηλεκτρονικές συσκευές ή συστήματα. Με τα ηλεκτρονικά συστήματα, υπάρχουν ανησυχίες σχετικά με τις ευαισθησίες ακτινοβολίας και αγωγιμότητας, καθώς και τις εκπομπές ακτινοβολίας και εκπομπών, οι οποίες είναι θόρυβος EMI από το σύστημα.
Ποια είναι όμως η διαφορά;
Φιλτράρισμα
Ένα σύντομο ιστορικό των αναγκών EMI, EMC και προστασίας
Στη δεκαετία του 1930, όταν τα ραδιόφωνα έγιναν γρήγορα οικιακή ανάγκη σε όλο τον κόσμο, οι χρήστες άρχισαν να παρατηρούν τις περίεργες επιπτώσεις των συχνοτήτων σε άλλο ηλεκτρονικό και ηλεκτρικό εξοπλισμό. Αυτό το φαινόμενο, γνωστό ως «ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή», κατέδειξε ξεκάθαρα την ανάγκη για έναν τρόπο προστασίας του εξοπλισμού από λανθασμένα ραδιοσήματα.
Η λύση σε αυτά τα προβλήματα ήρθε το 1933, όταν η Διεθνής Ειδική Επιτροπή για τις Ραδιοπαρεμβάσεις (CISPR) της Διεθνούς Ηλεκτροτεχνικής Επιτροπής (IEC) στο Παρίσι εξέδωσε τις πρώτες συστάσεις για την ελαχιστοποίηση του EMI. Περιορισμοί εκπομπών προκύπτουν όταν τα συστήματα διασυνδέονται για να διασφαλιστεί ότι ο θόρυβος που δημιουργείται σε ένα σύστημα δεν παρεμβαίνει στην απόδοση ενός άλλου.
Η ανάγκη για πιο ολοκληρωμένες μεθόδους φιλτραρίσματος και θωράκισης EMI και εξοπλισμό για αμυντικές εφαρμογές αναγνωρίστηκε ήδη από το 1967, όταν το αεροπλανοφόρο USS Forrestal, που αναπτύχθηκε στον Κόλπο του Tonkin για την υποστήριξη των αμερικανικών δυνάμεων στο Βιετνάμ, υπέστη καταστροφική πυρκαγιά όταν ένα ηλεκτρονικό ανωμαλία πυροδότησε έναν πύραυλο Zuni. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα 134 θανάτους και σχεδόν 200 τραυματισμούς. Αργότερα διαπιστώθηκε ότι η βασική αιτία του ατυχήματος ήταν ένας εσφαλμένα τοποθετημένος συνδετήρας θωρακισμένου καλωδίου και πολλαπλά ηλεκτρομαγνητικά πεδία στο θάλαμο πτήσης, τα οποία προκάλεσαν την ανάφλεξη του πυραύλου και την ανάφλεξη της δεξαμενής καυσίμου ενός κοντινού αεροπλάνου.
Αργότερα, καθώς τα κινητά τηλέφωνα και άλλες φορητές ηλεκτρονικές συσκευές έγιναν πιο συνηθισμένες στη δεκαετία του 1990, αρκετές αεροπορικές εταιρείες συνειδητοποίησαν ότι τα σήματα από αυτές και άλλες συσκευές θα μπορούσαν να παρεμποδίσουν τα ηλεκτρονικά συστήματα, εμποδίζοντας έτσι την ασφαλή πτήση ή τις δυνατότητες πλοήγησης των αεροσκαφών. Στρατιωτικοί ηγέτες ανακάλυψαν ότι οι ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές, είτε φυσικές είτε ανθρωπογενείς, μπορούν να επηρεάσουν σοβαρά την τεχνολογία του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GNSS), καθιστώντας τα μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα ανίκανα να πετάξουν αξιόπιστα. Η παρεμβολή GNSS και το EMI που προκαλούνται από στρατιωτικές δραστηριότητες είναι ένα αξιοσημείωτο ζήτημα στην ασφάλεια των πτήσεων της πολιτικής αεροπορίας που συνεχίζεται μέχρι σήμερα.
Μετά από ραδιοπαρεμβολές, αναγνωρίστηκαν πολλές άλλες μορφές EMI, συμπεριλαμβανομένων των μικροκυμάτων, των υπέρυθρων και των ακτίνων γάμμα και Χ, καθεμία από τις οποίες μπορεί να εξαλειφθεί με μια σειρά μεθόδων και εξοπλισμού. Οι συστάσεις CISPR αποτελούν τη βάση του σύγχρονου διεθνούς προτύπου για Πρόληψη EMI και ορίστε πώς ο ηλεκτρονικός εξοπλισμός μπορεί να συνυπάρχει χωρίς παρεμβολές να επηρεάζουν την απόδοση. Αυτό ονομάζεται ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα.
Η ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα (EMC) ορίζει την αποδεκτή λειτουργική ικανότητα του ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού όταν εκτίθεται σε εξωτερικές ηλεκτρομαγνητικές πηγές και όταν περιορίζει την ανεπιθύμητη ηλεκτρομαγνητική ενέργεια που παράγεται εσωτερικά.
Το EMC αποτελείται από τρεις πτυχές: τον περιορισμό της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας παρεμβολής που παράγεται από τον εξοπλισμό, την ευαισθησία του εξοπλισμού σε εξωτερικές πηγές ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών και την ατρωσία του εξοπλισμού όταν λειτουργεί σε ένα δεδομένο περιβάλλον.
Διαφορετικοί τύποι ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών
Το EMI μπορεί γενικά να κατηγοριοποιηθεί σε τέσσερις τύπους με βάση την πηγή ή το εύρος ζώνης του αρχικού σήματος. Το EMI στενής ζώνης παράγεται από εκπομπές κινητού τηλεφώνου, ραδιοφώνου ή τηλεόρασης, ενώ το ευρυζωνικό EMI έχει ευρύτερο ραδιοφάσμα και παράγεται από ακούσια ακτινοβολία από πηγές σήματος, όπως γραμμές μετάδοσης ισχύος. Ανάλογα με την πηγή ακτινοβολίας, το EMI μπορεί να κατηγοριοποιηθεί ως σκόπιμη, ακούσια, διασυστημική ή ενδοσυστηματική:
Η ακούσια ή «μη λειτουργική» EMI δημιουργείται από ακούσιο εξοπλισμό όπως εξοπλισμός συγκόλλησης, κινητήρες συνεχούς ρεύματος, υπολογιστές και καλώδια ρεύματος.
-Το σκόπιμα EMI (IEMI) είναι EMI που εκπέμπεται από ειδικά σχεδιασμένο εξοπλισμό, συχνά ως μέρος συστημάτων ηλεκτρονικού πολέμου, όπως ηλεκτρονικά αντίμετρα και όπλα ηλεκτρομαγνητικών παλμών (EMP).
-Το διασυστημικό EMI είναι παρεμβολή που δημιουργείται μεταξύ δύο στοιχείων ενός συστήματος ή μιας συσκευής, ενώ το διασυστημικό EMI εμφανίζεται μεταξύ δύο ή περισσότερων ανεξάρτητων συστημάτων.
Διαφορετικοί τύποι EMI
Τι είναι το φιλτράρισμα EMI;
Το φιλτράρισμα EMI είναι μια σημαντική παράμετρος στο σχεδιασμό και την κατασκευή ηλεκτρονικού εξοπλισμού για τη διασφάλιση αξιόπιστης λειτουργίας και συμμόρφωσης με τους κανονισμούς ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας (EMC).
Το φιλτράρισμα EMI είναι η διαδικασία μείωσης ή εξάλειψης παρεμβολών που προκαλούνται από ηλεκτρομαγνητικά σήματα σε μια ηλεκτρονική συσκευή ή σύστημα. Είναι μια τεχνική που χρησιμοποιείται για το φιλτράρισμα ανεπιθύμητων ηλεκτρομαγνητικών σημάτων (θόρυβος) που μπορεί να επηρεάσουν τη λειτουργία του ηλεκτρονικού εξοπλισμού ή να προκαλέσουν ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές.
Τα φίλτρα EMI τοποθετούνται συνήθως στην είσοδο ή την έξοδο μιας συσκευής και μπορούν να τοποθετηθούν σε πάνελ ή PCB. Αποτελούνται από έναν συνδυασμό παθητικών στοιχείων όπως πυκνωτές, επαγωγείς και αντιστάσεις που έχουν σχεδιαστεί για να εξασθενούν ή να καταστέλλουν το EMI σε ένα συγκεκριμένο εύρος συχνοτήτων. Χρησιμοποιούνται συνήθως σε ηλεκτρονικό εξοπλισμό όπως τροφοδοτικά, εξοπλισμό ήχου, συστήματα υπολογιστών και άλλο ηλεκτρονικό εξοπλισμό με υψηλή αξιοπιστία και απαιτήσεις ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας.
Τα φίλτρα EMI είναι συνήθως φίλτρα χαμηλής διέλευσης που επιτρέπουν τη διέλευση σημάτων χαμηλής συχνότητας, ενώ εμποδίζουν τα σήματα υψηλής συχνότητας ή τον "θόρυβο". Οι πυκνωτές μπλοκάρουν ορισμένες συχνότητες ενώ επιτρέπουν σε άλλες να περάσουν. Οι πυκνωτές εκφορτίζονται στο επίπεδο γείωσης, μειώνοντας έτσι τα σήματα υψηλής συχνότητας. Οι επαγωγείς λειτουργούν διαφορετικά. απορροφούν ενέργεια υψηλής συχνότητας και τη μετατρέπουν σε θερμότητα, καταστέλλοντας έτσι τον θόρυβο υψηλής συχνότητας. Τα προσαρμοσμένα φίλτρα μπορούν να "συντονιστούν" ώστε να ικανοποιούν συγκεκριμένες απαιτήσεις συχνότητας "προσαρμόζοντας" τον συνδυασμό πυκνωτών και επαγωγέων.
Τα φίλτρα EMI μπορούν να χωριστούν σε δύο τύπους: φίλτρα διαφορικής λειτουργίας και φίλτρα κοινής λειτουργίας. Τα φίλτρα διαφορικής λειτουργίας εξασθενούν παρεμβολές που εμφανίζονται μεταξύ δύο γραμμών σήματος, ενώ τα φίλτρα κοινής λειτουργίας εξασθενούν παρεμβολές που εμφανίζονται μεταξύ μιας γραμμής σήματος και της γείωσης.
Τι είναι η θωράκιση EMI;
Η θωράκιση EMI είναι η διαδικασία μείωσης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που εκπέμπεται από ηλεκτρονικές συσκευές ή συστήματα και αποτρέποντας τα εξωτερικά ηλεκτρομαγνητικά σήματα να παρεμβαίνουν στη λειτουργία αυτών των συσκευών. Η θωράκιση EMI είναι απαραίτητη επειδή η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μπορεί να επηρεάσει τη λειτουργία άλλων ηλεκτρονικών συσκευών και να προκαλέσει δυσλειτουργίες ή σφάλματα Η θωράκιση .EMI περιλαμβάνει τη χρήση αγώγιμων υλικών, όπως ο χαλκός ή το αλουμίνιο, για την παρεμπόδιση ή την εξασθένηση των ηλεκτρομαγνητικών σημάτων από την είσοδο ή την έξοδο από τη συσκευή.
Η θωράκιση EMI μπορεί να επιτευχθεί τοποθετώντας αγώγιμη θωράκιση (που ονομάζεται κλωβός Faraday) γύρω από τη συσκευή ή επικαλύπτοντας τη συσκευή με αγώγιμο υλικό. Η αγώγιμη θωράκιση ή επίστρωση δημιουργεί ένα φράγμα που εμποδίζει τα ηλεκτρομαγνητικά σήματα να εισέλθουν ή να εξέλθουν από τον εξοπλισμό, μειώνοντας έτσι τον κίνδυνο ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών. Η θωράκιση EMI μπορεί να εφαρμοστεί σε ηλεκτρονικά εξαρτήματα, πλακέτες κυκλωμάτων, καλώδια ή ακόμα και ολόκληρες ηλεκτρονικές συσκευές ή συστήματα.
Φιλτράρισμα έναντι θωράκισης
Η επιλογή μεταξύ φιλτραρίσματος και θωράκισης εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως η ευαισθησία της συσκευής και η ποσότητα EMI που θα δημιουργηθεί. Η αγωγιμότητα, το μέγεθος και το κόστος παίζουν επίσης ρόλο στην επιλογή της καλύτερης λύσης EMI.
Το Shielding ακολουθεί μια ολοκληρωμένη προσέγγιση στη διαχείριση EMI, ενώ τα φίλτρα στοχεύουν συγκεκριμένες περιοχές EMI. Η θωράκιση αντανακλά την εισερχόμενη ενέργεια ενώ εξακολουθεί να δημιουργεί κάποια απορρόφηση. Αυτή η ενέργεια μετατρέπεται σε θερμότητα και επομένως απαιτεί κάποιο είδος θερμικής διαχείρισης. Επιπλέον, η ποιότητα του υλικού που χρησιμοποιείται για τη θωράκιση επηρεάζει όχι μόνο την απόδοση, αλλά και το βάρος του συστήματος, δηλαδή η πιο παχιά θωράκιση είναι πιο αποτελεσματική, αλλά και πιο βαριά. Ενώ η θωράκιση αντανακλά και καταστέλλει το EMI, τα φίλτρα εξαλείφουν το EMI αντιμετωπίζοντας τα ευάλωτα σημεία του συστήματος που δημιουργούν τις περισσότερες παρεμβολές. Ως αποτέλεσμα, τα φίλτρα μπορούν να προσαρμοστούν για να καλύψουν συγκεκριμένες ανάγκες.