Interferenza elettromagnetica
In poche parole, l'interferenza elettromagnetica (EMI) è l'effetto dei campi elettromagnetici (ad es. radiofrequenza) su apparecchiature e sistemi elettronici sensibili. Si diffonde su un'area sorprendentemente ampia e può causare seri danni al sistema. Fortunatamente, ci sono due possibili soluzioni a questo problema: il filtraggio e la schermatura.
Il filtraggio e la schermatura EMI sono due diverse tecniche utilizzate per affrontare il problema delle EMI nei dispositivi o sistemi elettronici. Con i sistemi elettronici, ci sono preoccupazioni circa le sensibilità irradiate e condotte, nonché le emissioni irradiate e condotte, che sono rumore EMI dal sistema.
Ma qual è la differenza?
Filtraggio
Una breve storia di EMI, EMC e esigenze di protezione
Negli anni '30, quando le radio divennero rapidamente una necessità domestica in tutto il mondo, gli utenti iniziarono a notare gli strani effetti delle frequenze su altre apparecchiature elettroniche ed elettriche. Questo fenomeno, noto come "interferenza elettromagnetica", ha dimostrato chiaramente la necessità di un modo per proteggere le apparecchiature da segnali radio errati.
La soluzione a questi problemi arrivò nel 1933, quando il Comitato speciale internazionale sulle interferenze radio (CISPR) della Commissione elettrotecnica internazionale (IEC) di Parigi emise le prime raccomandazioni per ridurre al minimo le interferenze elettromagnetiche. I limiti di emissione si verificano quando i sistemi sono interconnessi per garantire che il rumore generato in un sistema non interferisca con le prestazioni di un altro.
La necessità di metodi e apparecchiature più completi di filtraggio EMI e schermatura per applicazioni di difesa è stata riconosciuta già nel 1967, quando la portaerei USS Forrestal, dispiegata nel Golfo del Tonchino a sostegno delle forze statunitensi in Vietnam, subì un catastrofico incendio quando un dispositivo elettronico l'anomalia ha innescato un razzo Zuni. Ciò ha provocato 134 morti e quasi 200 feriti. Successivamente è stato stabilito che la causa principale dell'incidente era un connettore del cavo schermato installato in modo errato e più campi elettromagnetici sul ponte di volo, che hanno causato l'incendio del razzo e l'accensione del serbatoio del carburante di un aereo vicino.
Successivamente, quando i telefoni cellulari e altri dispositivi elettronici portatili sono diventati più comuni negli anni '90, diverse compagnie aeree si sono rese conto che i segnali di questi e altri dispositivi potevano interferire con l'avionica, ostacolando così il volo sicuro o le capacità di navigazione degli aerei. I leader militari hanno scoperto che l'interferenza elettromagnetica, naturale o artificiale, può interferire seriamente con la tecnologia del sistema di posizionamento globale (GNSS), rendendo i veicoli aerei senza equipaggio incapaci di volare in modo affidabile. L'interferenza GNSS e l'EMI causate da attività militari è un problema notevole nella sicurezza del volo dell'aviazione civile che continua ancora oggi.
Dopo l'interferenza radio, sono state riconosciute molte altre forme di EMI, tra cui microonde, infrarossi, raggi gamma e raggi X, ognuno dei quali può essere eliminato con una serie di metodi e apparecchiature. Le raccomandazioni CISPR costituiscono la base del moderno standard internazionale per Prevenzione EMI e definire come le apparecchiature elettroniche possono coesistere senza interferenze che influiscono sulle prestazioni. Questa si chiama compatibilità elettromagnetica.
La compatibilità elettromagnetica (EMC) definisce la capacità operativa accettabile delle apparecchiature elettriche ed elettroniche se esposte a fonti elettromagnetiche esterne e quando si limita l'energia elettromagnetica indesiderata generata internamente.
L'EMC consiste di tre aspetti: limitare la radiazione di interferenza elettromagnetica generata dall'apparecchiatura, la suscettibilità dell'apparecchiatura a fonti esterne di interferenza elettromagnetica e l'immunità dell'apparecchiatura durante il funzionamento in un determinato ambiente.
Diversi tipi di interferenza elettromagnetica
L'EMI può generalmente essere classificata in quattro tipi in base alla sorgente o alla larghezza di banda del segnale originale. L'EMI a banda stretta è generata da trasmissioni di telefoni cellulari, radio o TV, mentre l'EMI a banda larga ha uno spettro radio più ampio ed è generata da radiazioni involontarie provenienti da sorgenti di segnale come le linee di trasmissione di potenza. A seconda della fonte di radiazione, l'IME può essere classificata come intenzionale, non intenzionale, inter-sistema o intra-sistema:
L'IME non intenzionale o "non funzionale" è generata da apparecchiature non intenzionali come saldatrici, motori CC, computer e linee elettriche.
-EMI intenzionale (IEMI) è EMI emessa da apparecchiature appositamente progettate, spesso come parte di sistemi di guerra elettronica come contromisure elettroniche e armi a impulsi elettromagnetici (EMP).
-L'EMI tra sistemi è un'interferenza generata tra due componenti di un sistema o dispositivo, mentre l'EMI tra sistemi si verifica tra due o più sistemi indipendenti.
Diversi tipi di EMI
Cos'è il filtro EMI?
Il filtraggio EMI è una considerazione importante nella progettazione e produzione di apparecchiature elettroniche per garantire un funzionamento affidabile e la conformità alle normative sulla compatibilità elettromagnetica (EMC).
Il filtraggio EMI è il processo di riduzione o eliminazione delle interferenze causate dai segnali elettromagnetici in un dispositivo o sistema elettronico. È una tecnica utilizzata per filtrare segnali elettromagnetici indesiderati (rumore) che possono interferire con il funzionamento di apparecchiature elettroniche o causare interferenze elettromagnetiche.
I filtri EMI sono generalmente posizionati all'ingresso o all'uscita di un dispositivo e possono essere montati su pannello o su PCB. Sono costituiti da una combinazione di componenti passivi come condensatori, induttori e resistori progettati per attenuare o sopprimere le interferenze elettromagnetiche in un intervallo di frequenza specifico. Sono comunemente utilizzati in apparecchiature elettroniche come alimentatori, apparecchiature audio, sistemi informatici e altre apparecchiature elettroniche con elevata affidabilità e requisiti EMC.
I filtri EMI sono in genere filtri passa-basso che consentono il passaggio dei segnali a bassa frequenza bloccando i segnali ad alta frequenza o il "rumore". I condensatori bloccano determinate frequenze consentendo il passaggio di altre. I condensatori si scaricano nel piano di massa, riducendo così i segnali ad alta frequenza. Gli induttori funzionano in modo diverso; assorbono l'energia ad alta frequenza e la convertono in calore, sopprimendo così il rumore ad alta frequenza. I filtri personalizzati possono essere "sintonizzati" per soddisfare requisiti di frequenza specifici "modificando" la combinazione di condensatori e induttori.
I filtri EMI possono essere suddivisi in due tipi: filtri in modalità differenziale e filtri in modalità comune. I filtri in modalità differenziale attenuano l'interferenza che si verifica tra due linee di segnale, mentre i filtri in modalità comune attenuano l'interferenza che si verifica tra una linea di segnale e la terra.
Cos'è la schermatura EMI?
La schermatura EMI è il processo di riduzione delle radiazioni elettromagnetiche emesse da dispositivi o sistemi elettronici e impedisce ai segnali elettromagnetici esterni di interferire con il funzionamento di questi dispositivi. La schermatura EMI è necessaria perché le radiazioni elettromagnetiche possono interferire con il funzionamento di altri dispositivi elettronici e causare malfunzionamenti o errori La schermatura EMI prevede l'uso di materiali conduttivi, come rame o alluminio, per bloccare o attenuare i segnali elettromagnetici in entrata o in uscita dal dispositivo.
La schermatura EMI può essere ottenuta posizionando una schermatura conduttiva (chiamata gabbia di Faraday) attorno al dispositivo o rivestendo il dispositivo con materiale conduttivo. La schermatura o il rivestimento conduttivo crea una barriera che impedisce ai segnali elettromagnetici di entrare o uscire dall'apparecchiatura, riducendo così il rischio di interferenze elettromagnetiche. La schermatura EMI può essere applicata a componenti elettronici, circuiti stampati, cavi o persino a interi dispositivi o sistemi elettronici.
Filtraggio contro schermatura
La scelta tra filtraggio e schermatura dipende da una varietà di fattori, come la sensibilità del dispositivo e la quantità di EMI che verrà generata. Anche la conduttività, le dimensioni e il costo giocano un ruolo nella scelta della migliore soluzione EMI.
La schermatura adotta un approccio completo alla gestione delle EMI, mentre i filtri mirano a specifiche aree EMI. La schermatura riflette l'energia in entrata pur generando un certo assorbimento. Questa energia viene convertita in calore e richiede quindi un qualche tipo di gestione termica. Inoltre, la qualità del materiale utilizzato per la schermatura influisce non solo sulla resa, ma anche sul peso del sistema, ovvero una schermatura più spessa è più efficace, ma anche più pesante. Mentre la schermatura riflette e sopprime le interferenze elettromagnetiche, i filtri eliminano le interferenze elettromagnetiche agendo sui punti vulnerabili del sistema che generano la maggior parte delle interferenze. Di conseguenza, i filtri possono essere personalizzati per soddisfare esigenze specifiche.
