Elektromagnetisk interferens
Enkelt sagt er elektromagnetisk interferens (EMI) effekten av elektromagnetiske felt (f.eks. radiofrekvens) på sensitivt elektronisk utstyr og systemer. Det sprer seg over et overraskende bredt område og kan forårsake alvorlig skade på systemet ditt. Heldigvis er det to mulige løsninger på dette problemet: filtrering og skjerming.
EMI-filtrering og skjerming er to forskjellige teknikker som brukes for å løse problemet med EMI i elektroniske enheter eller systemer. Med elektroniske systemer er det bekymringer for utstrålte og ledede følsomheter samt utstrålte og ledede utslipp, som er EMI-støy fra systemet.
Men hva er forskjellen?
Filtrering
En kort historie om EMI, EMC og beskyttelsesbehov
På 1930-tallet, da radioer raskt ble en husholdningsnødvendighet rundt om i verden, begynte brukerne å legge merke til de merkelige effektene av frekvenser på annet elektronisk og elektrisk utstyr. Dette fenomenet, kjent som "elektromagnetisk interferens", demonstrerte tydelig behovet for en måte å beskytte utstyr mot feilaktige radiosignaler.
Løsningen på disse problemene kom i 1933, da International Special Committee on Radio Interference (CISPR) fra International Electrotechnical Commission (IEC) i Paris utstedte de tidligste anbefalingene for å minimere EMI. Utslippsbegrensninger oppstår når systemer er sammenkoblet for å sikre at støy generert i ett system ikke forstyrrer ytelsen til et annet.
Behovet for mer omfattende EMI-filtrering og skjermingsmetoder og utstyr for forsvarsapplikasjoner ble anerkjent så tidlig som i 1967, da hangarskipet USS Forrestal, utplassert i Tonkinbukta til støtte for amerikanske styrker i Vietnam, led en katastrofal brann da en elektronisk anomali utløste en Zuni-rakett. Dette resulterte i 134 dødsfall og nesten 200 skader. Det ble senere fastslått at grunnårsaken til ulykken var en feil installert skjermet kabelkontakt og flere elektromagnetiske felt på flydekket, noe som førte til at raketten tok fyr og antente drivstofftanken til et fly i nærheten.
Senere, ettersom mobiltelefoner og andre bærbare elektroniske enheter ble mer vanlig på 1990-tallet, innså flere flyselskaper at signaler fra disse og andre enhetene kunne forstyrre flyelektronikken, og dermed hindre sikker flyvning eller navigasjonsevne til fly. Militære ledere har funnet ut at elektromagnetisk interferens, enten naturlig eller menneskeskapt, kan alvorlig forstyrre Global Positioning System (GNSS)-teknologien, og gjøre ubemannede luftfartøyer ute av stand til å fly pålitelig. GNSS-interferens og EMI forårsaket av militære aktiviteter er et bemerkelsesverdig problem innen flysikkerhet i sivil luftfart som fortsetter til i dag.
Etter radiointerferens ble mange andre former for EMI anerkjent, inkludert mikrobølge, infrarød og gamma- og røntgenstråler, som hver kan elimineres med en rekke metoder og utstyr. CISPR-anbefalingene danner grunnlaget for den moderne internasjonale standarden for EMI-forebygging og definere hvordan elektronisk utstyr kan sameksistere uten forstyrrelser som påvirker ytelsen. Dette kalles elektromagnetisk kompatibilitet.
Elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) definerer den akseptable funksjonsevnen til elektrisk og elektronisk utstyr når det utsettes for eksterne elektromagnetiske kilder og når det begrenser uønsket elektromagnetisk energi generert internt.
EMC består av tre aspekter: begrense den elektromagnetiske interferensstrålingen som genereres av utstyret, utstyrets mottakelighet for eksterne kilder til elektromagnetisk interferens, og immuniteten til utstyret når det opererer i et gitt miljø.
Ulike typer elektromagnetisk interferens
EMI kan generelt kategoriseres i fire typer basert på kilden eller båndbredden til det originale signalet. Smalbånds-EMI genereres av mobiltelefon-, radio- eller TV-sendinger, mens bredbånds-EMI har et bredere radiospektrum og genereres av utilsiktet stråling fra signalkilder som kraftoverføringslinjer. Avhengig av kilden til stråling, kan EMI kategoriseres som tilsiktet, utilsiktet, inter-system eller intra-system:
Utilsiktet eller "ikke-funksjonell" EMI genereres av utilsiktet utstyr som sveiseutstyr, likestrømsmotorer, datamaskiner og kraftledninger.
-Intentional EMI (IEMI) er EMI som sendes ut av spesialdesignet utstyr, ofte som en del av elektroniske krigføringssystemer som elektroniske mottiltak og elektromagnetisk puls (EMP) våpen.
-Intersystem EMI er interferens generert mellom to komponenter i et system eller en enhet, mens intersystem EMI oppstår mellom to eller flere uavhengige systemer.
Ulike typer EMI
Hva er EMI-filtrering?
EMI-filtrering er en viktig faktor ved design og produksjon av elektronisk utstyr for å sikre pålitelig drift og samsvar med forskrifter for elektromagnetisk kompatibilitet (EMC).
EMI-filtrering er prosessen med å redusere eller eliminere interferens forårsaket av elektromagnetiske signaler i en elektronisk enhet eller et elektronisk system. Det er en teknikk som brukes til å filtrere ut uønskede elektromagnetiske signaler (støy) som kan forstyrre driften av elektronisk utstyr eller forårsake elektromagnetisk interferens.
EMI-filtre er vanligvis plassert ved inngangen eller utgangen til en enhet og kan være panelmontert eller PCB-montert. De består av en kombinasjon av passive komponenter som kondensatorer, induktorer og motstander designet for å dempe eller undertrykke EMI i et spesifikt frekvensområde. De brukes ofte i elektronisk utstyr som strømforsyninger, lydutstyr, datasystemer og annet elektronisk utstyr med høy pålitelighet og EMC-krav.
EMI-filtre er vanligvis lavpassfiltre som lar lavfrekvente signaler passere mens de blokkerer høyfrekvente signaler eller "støy". Kondensatorer blokkerer visse frekvenser mens de lar andre passere. Kondensatorer utlades i jordplanet, og reduserer dermed høyfrekvente signaler. Induktorer fungerer annerledes; de absorberer høyfrekvent energi og konverterer den til varme, og undertrykker dermed høyfrekvent støy. Egendefinerte filtre kan "innstilles" for å møte spesifikke frekvenskrav ved å "tweake" kombinasjonen av kondensatorer og induktorer.
EMI-filtre kan deles inn i to typer: differensialmodusfiltre og fellesmodusfiltre. Differensial-modus-filtre demper interferens som oppstår mellom to signallinjer, mens common-mode-filtre demper interferens som oppstår mellom en signallinje og jord.
Hva er EMI-skjerming?
EMI-skjerming er prosessen med å redusere elektromagnetisk stråling som sendes ut av elektroniske enheter eller systemer og forhindre eksterne elektromagnetiske signaler fra å forstyrre driften av disse enhetene. EMI-skjerming er nødvendig fordi elektromagnetisk stråling kan forstyrre driften av andre elektroniske enheter og forårsake funksjonsfeil eller feil .EMI-skjerming innebærer bruk av ledende materialer, som kobber eller aluminium, for å blokkere eller dempe elektromagnetiske signaler fra å komme inn eller ut av enheten.
EMI-skjerming kan oppnås ved å plassere ledende skjerming (kalt et Faraday-bur) rundt enheten eller ved å belegge enheten med ledende materiale. Den ledende skjermingen eller belegget skaper en barriere som hindrer elektromagnetiske signaler fra å komme inn i eller forlate utstyret, og reduserer dermed risikoen for elektromagnetisk interferens. EMI-skjerming kan brukes på elektroniske komponenter, kretskort, kabler eller til og med hele elektroniske enheter eller systemer.
Filtrering vs. skjerming
Valget mellom filtrering og skjerming avhenger av en rekke faktorer, for eksempel enhetens følsomhet og mengden EMI som vil bli generert. Konduktivitet, størrelse og kostnad spiller også en rolle for å velge den beste EMI-løsningen.
Shielding tar en omfattende tilnærming til EMI-administrasjon, mens filtre retter seg mot spesifikke EMI-områder. Skjerming reflekterer innkommende energi samtidig som den genererer noe absorpsjon. Denne energien omdannes til varme og krever derfor en eller annen form for termisk styring. I tillegg påvirker kvaliteten på materialet som brukes til skjerming ikke bare ytelsen, men også vekten av systemet, dvs. tykkere skjerming er mer effektivt, men også tyngre. Mens skjerming reflekterer og undertrykker EMI, eliminerer filtre EMI ved å adressere de sårbare punktene i systemet som genererer mest interferens. Som et resultat kan filtre tilpasses for å møte spesifikke behov.
