Como fazer para evitar problemas de Compatibilidade Eletromagnética num projeto? Os circuitos tornam-se cada vez mais sensíveis e o meio em que vivemos mais saturado de sinais que podem interferir nos equipamentos eletrônicos. Veja neste artigo como proceder para evitar esses problemas.
Os equipamentos eletrônicos estão cada vez mais sensíveis e gradativamente encontramos no nosso meio equipamentos eletrônicos que emitem sinais com uma intensidade que pode causar problemas de EMI (Interferência Eletromagnética).
Os casos em que ocorrem problemas se multiplicam, deixando desesperados os projetistas que precisam tomar cuidados especiais com seus projetos para evitar que irradiem interferências e também que interferências externas afetem seu funcionamento.
A possibilidade de problemas de interferências eletromagnéticas aumentou muito nos últimos anos fazendo com que os cuidados com os projetos também aumentassem dramaticamente.
Se bem que na maioria dos casos a preocupação das indústrias é colocar em teste seus equipamentos para ver sua imunidade depois de fabricados, e observar se eles atendem as exigências dos padrões de EMC, este não é o procedimento mais recomendável.
É nos estágios de projeto e montagem de protótipo que as precauções devem começar.
Os problemas ocorrem desde o nível de chip, passando pelo nível de placa de circuito impresso e terminando na própria caixa que aloja o aparelho.
No nível de chip, os fabricantes normalmente se encarregam de já fornecer os seus componentes com os devidos recursos para a redução dos problemas, mas daí por diante as coisa podem ser complicada.
O QUE DEVE SER LEVADO EM CONSIDERAÇÃO
Uma simples trilha de uma placa de circuito impresso mal planejada pode funcionar como uma verdadeira antena tanto captando quanto irradiando interferências. A indutância associada a uma curva numa trilha juntamente com as capacitâncias parasitas do circuito, pode fazer perfeitamente com que ela ressoe em frequências indesejáveis causando problemas. Observe a figura 1.
Algumas regras básicas podem ajudar muito o projetista a evitar os problemas associados a EMI. Estas, que descrevemos a seguir são sugeridas pela EMC Directive e pelas normas IEC.
a) Começando pela fonte
A fonte de alimentação é um dos pontos críticos de qualquer equipamento, principalmente quando se trata de fonte chaveada. A comutação dos sinais de potência de uma forma abrupta possibilita geração de interferência, que tanto pode ser irradiada quanto se propagar pelo próprio equipamento.
A localização cuidadosa dos componentes capazes de irradiar maior nível de interferência, a utilização de blindagens e finalmente uma disposição de trilhas adequada, elimina a necessidade de se remediar um problema depois que o aparelho estiver pronto.
Na figura 2 mostramos como um indutor de uma fonte chaveada pode influir com seu campo magnético num componente sensível afetando seu funcionamento.
1. Um procedimento importante para fontes lineares ou chaveadas é manter todas as ligações as mais curtas possíveis para se evitar problemas causados por indutâncias parasitas.
Uma técnica muito adotada é o emprego de pares trançados para se transferir correntes com fases opostas pelo circuito de modo que os delas se cancelem, conforme ilustra a figura 3.
2. Mantenha longe a linha de alimentação de CA do retificador da linha de DC de forma a não haver interações entre os dois circuitos. Observe que o capacitor de filtro deve ser ligado o mais próximo possível do retificador e que, se necessário, podem ser usados capacitores adicionais junto aos pinos de alimentação dos componentes mais sensíveis, conforme indica a figura 4.
3. Lembre-se que os capacitores eletrolíticos possuem uma indutância parasita em série e que, portanto, são eficientes na filtragem apenas de sinais de baixas frequências. O uso de um capacitor cerâmico em paralelo é altamente recomendável para os circuitos de comutação rápida (fontes chaveadas e controles de potência) que operem com sinais de RF ou mesmo que estejam sujeitos a surtos e transientes muito rápidos veja a figura 5.
4. Se possível, alimente circuitos analógicos e digitais com fontes diferentes ou então use linhas de alimentação separadas. Este procedimento reduz a possibilidade de haver um acoplamento perigoso entre ambos.
5. Faça com que as trilhas que alimentam os circuitos de alta potência corram longe das trilhas que alimentam os circuitos de baixa potência.
6. Analise a possibilidade de agregar ao transformador de força (se usado) filtros eletrostáticos com sua ligação ao terra de modo a reduzir o acoplamento capacitivo entre os enrolamentos. O emprego de transformadores toroidais permite uma minimização do problema com a utilização dos enrolamentos em partes opostas do núcleo, de acordo com a figura 6.
Nas fontes chaveadas a capacitância entre os enrolamentos do transformador de ferrite também é causa de problemas de EMC. O uso de uma blindagem eletrostática no transformador pode ajudar a reduzí-los.
7. Filtros devem ser conectados ao chassi em pontos os mais próximos possíveis da entrada de energia.
b) Fiação
Os sinais que trafegam pelas trilhas e ligações internas de um equipamento podem tanto produzir EMI como também serem sensíveis à EMI que venha de fontes externas ou de outras etapas do próprio equipamento.
As interligações entre componentes e controles funcionam como antenas, cuja eficiência depende de diversos fatores. Conhecendo estes fatores podemos reduzir esta eficiência de modo que a quantidade de sinais prejudiciais que elas irradiem ou recebam seja minimizada.
É importante que o projetista de uma placa conheça os princípios básicos de linhas de transmissão, pois eles podem ser úteis para se evitar estes problemas.
A única diferença entre o engenheiro comum que vai evitar interferências de EMC e o engenheiro de telecomunicações, é que enquanto um precisa conhecer linhas de transmissão para tirar o máximo proveito delas, o outro faz justamente o contrário!
Analisemos então as principais precauções:
1. Aplique os princípios de funcionamento das linhas de transmissão na
distribuição das trilhas na sua placa tendo em mente que elas NÃO podem funcionar como antenas! Em especial, veja que a terminação das trilhas é um ponto importante, pois é nela que os sinais podem se refletir causando problemas. Se necessário, pense no uso de blindagens ou de planos de aterramento. Na figura 7 mostramos como podemos usar trilhas de terra para blindar uma trilha longa por onde passa um sinal capaz de receber ou irradiar interferência.
2. Pense na possibilidade de usar cabos trançados para cancelar os efeitos
dos sinais que devem ser transferidos, conforme sugerimos no caso das fontes de alimentação. Este procedimento também é válido para sinais de frequências algo elevadas.
3. Lembre-se que os programas que fazem o layout de placas de circuito impresso não levam em conta os problemas de EMC. Observe se a placa que seu software está criando não tem defeitos causados por trilhas mal colocadas.
4. Se o seu circuito opera com etapas de diferentes frequências de operação ou velocidades de comutação, mantenha mais próximas entre si aquelas em que a transferência de sinais de velocidade mais alta deve ser feita. Uma ideia é centralizar os circuitos de velocidade mais elevada e colocar na periferia os circuitos mais lentos.
c) Caixa
A caixa que aloja o circuito também deve ser alvo de cuidadosos estudos. Deve-se levar em consideração que atualmente a maioria dos equipamentos de uso portátil e doméstico tem caixas de plástico e apenas uns poucos usam caixas de metal.
A caixa de metal ajuda a eliminar problemas podendo atuar como blindagem, mas para as caixas de plástico eles bem podem ser maiores.
1. Se puder use a caixa como blindagem ligando à terra.
2. No caso de caixas plásticas pode-se prever a utilização de folhas de metal
coladas internamente para poderem funcionar como blindagens junto aos circuitos mais sensíveis.
CONCLUSÃO
É claro que o que vimos não engloba todas as possibilidades para evitar os
problemas de EMC que podem ocorrer com um projeto. Depois de tomadas todas as precauções, pode ocorrer ainda que seu equipamento seja sensível ou irradie sinais num nível indesejado.
No entanto, seguindo as recomendações básicas que demos, temos a certeza de que a possibilidade de que seu produto já tenha sérios problemas antes mesmo de entrar para a fase de testes, será reduzida.
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