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
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
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
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
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.