- Standar EMI - Bagaimana semuanya dimulai?
- Apa itu Interferensi Elektromagnetik (EMI)?
- Jenis Interferensi Elektromagnetik (EMI)
- Sifat EMI
- Mekanisme Kopling EMI
- Interferensi dan Kompatibilitas Elektromagnetik
- Electromagnetic Shielding - Lindungi desain Anda dari EMI
- Pertimbangan Praktis Perlindungan
- Praktik Terbaik untuk Lulus Tes EMI
Sertifikasi biasanya merupakan salah satu tahapan yang paling mahal dan membosankan selama pengembangan produk perangkat keras baru. Ini membantu pihak berwenang untuk mengetahui bahwa produk tersebut mematuhi semua hukum dan pedoman yang ditetapkan seputar fungsi. Dengan cara ini, kinerja produk tertentu dapat dipastikan untuk mencegah bahaya, dan kerugian bagi penggunanya. Betapapun membosankannya tahap ini biasanya, penting bagi perusahaan produk untuk merencanakan ini sebelumnya untuk menghindari kerumitan menit terakhir. Untuk artikel hari ini, kita akan melihat Standar Desain EMIyang merupakan praktik yang sangat umum yang harus diingat oleh desainer untuk mengembangkan produk berkualitas. Kami akan melihat EMI secara rinci dan akan memeriksa jenisnya, Sifat, spesifikasi dan standar, mekanisme kopling dan pelindung, dan praktik terbaik untuk lulus Tes EMI.
Standar EMI - Bagaimana semuanya dimulai?
Standar EMI (Electromagnetic Interference) pada awalnya dibuat untuk melindungi sirkuit elektronik dari interferensi elektromagnetik yang dapat mencegahnya melakukan seperti yang semula dirancang. Gangguan ini kadang-kadang bahkan dapat membuat perangkat tidak berfungsi sama sekali sehingga berbahaya bagi pengguna. Ini pertama kali menjadi perhatian pada tahun 1950-an, dan terutama menarik bagi militer karena beberapa kecelakaan penting yang timbul dari kegagalan navigasi karena gangguan elektromagnetik dalam sistem navigasi, dan emisi radar yang menyebabkan pelepasan senjata secara tidak sengaja. Karena itu, militer ingin memastikan sistem tersebut kompatibel satu sama lain dan operasi salah satu sistem tidak memengaruhi yang lain karena hal itu dapat menyebabkan kematian dalam pesawat mereka.
Selain aplikasi militer, kemajuan baru-baru ini dalam solusi terkait Pengobatan dan Kesehatan seperti Alat Pacu Jantung dan jenis CIED lainnya, juga telah berkontribusi pada kebutuhan regulasi EMI karena gangguan pada perangkat seperti ini dapat menyebabkan situasi yang mengancam jiwa.
Ini di antara skenario lain yang mengarah pada pembentukan standar interferensi EMI dan dengan sejumlah besar badan pengatur EMC yang telah dibentuk.
Apa itu Interferensi Elektromagnetik (EMI)?
Interferensi Elektromagnetik dapat didefinisikan sebagai energi elektromagnetik yang tidak diinginkan yang mengganggu berfungsinya perangkat elektronik. Semua perangkat elektronik menghasilkan sejumlah radiasi elektromagnetik karena listrik yang mengalir melalui sirkuit dan kabelnya tidak pernah sepenuhnya terkendali. Energi dari perangkat "A" ini, baik yang disebarkan melalui udara sebagai radiasi elektromagnetik, atau digabungkan ke (atau dilakukan bersama) I / O atau kabel perangkat "B" lain, dapat mengganggu keseimbangan operasional di perangkat B, menyebabkan perangkat tersebut kerusakan terkadang dengan cara yang berbahaya. Energi dari perangkat A yang mengganggu pengoperasian perangkat B ini disebut sebagai Interferensi Elektromagnetik .
Gangguan kadang-kadang bahkan dapat berasal dari sumber alami seperti badai listrik tetapi lebih sering daripada tidak, biasanya disebabkan oleh tindakan perangkat lain yang berdekatan. Sementara semua perangkat elektronik menghasilkan beberapa EMI, kelas perangkat tertentu seperti ponsel, Layar LED dan Motor khususnya, lebih cenderung menghasilkan interferensi dibandingkan dengan yang lain. Karena tidak ada perangkat yang dapat beroperasi di lingkungan yang terisolasi, penting untuk memastikan perangkat kami mematuhi standar tertentu untuk memastikan interferensi dijaga seminimal mungkin. Standar dan peraturan ini dikenal sebagai Standar EMI dan setiap produk / perangkat yang akan digunakan / dijual di kawasan / negara yang menerapkan standar ini harus disertifikasi sebelum dapat digunakan.
Jenis Interferensi Elektromagnetik (EMI)
Sebelum kita melihat standar dan peraturan, mungkin penting untuk memeriksa jenis EMI untuk lebih memahami jenis kekebalan yang harus dibangun ke dalam produk Anda. Gangguan elektromagnetik dapat dikategorikan menjadi beberapa jenis berdasarkan beberapa faktor diantaranya;
- Sumber EMI
- Durasi EMI
- Bandwidth EMI
Kami akan melihat masing-masing kategori ini satu demi satu.
1. Sumber EMI
Salah satu cara untuk mengkategorikan EMI menjadi beberapa tipe adalah dengan memeriksa sumber gangguan dan bagaimana itu dibuat. Di bawah kategori ini, pada dasarnya ada dua jenis EMI, EMI yang Terjadi Secara Alami dan EMI Buatan Manusia. The Tentu Terjadi EMI mengacu pada gangguan elektromagnetik yang terjadi sebagai akibat dari fenomena alam seperti pencahayaan, badai listrik, dan kejadian lain yang sejenis. Sedangkan EMI Buatan Manusia, mengacu pada EMI yang terjadi sebagai akibat dari aktivitas perangkat elektronik lain di sekitar perangkat (Penerima) yang mengalami gangguan. Contoh dari jenis EMI ini antara lain, interferensi Frekuensi Radio, EMI pada peralatan suara.
2. Durasi Interferensi
EMI juga dikategorikan ke dalam jenis berdasarkan durasi interferensi, yaitu periode waktu terjadinya interferensi. Berdasarkan hal tersebut, EMI biasanya dikelompokkan menjadi dua jenis, Continuous EMI dan Impulse EMI. The berkelanjutan EMI mengacu EMIS yang terus menerus dipancarkan oleh sumber. Sumber mungkin buatan manusia atau alami, tetapi interferensi dialami terus menerus, selama ada mekanisme penggandengan (Konduksi atau radiasi) antara sumber EMI dan penerima. Impuls EMIadalah EMI yang terjadi sesekali atau dalam durasi yang sangat singkat. Seperti EMI berkelanjutan, Impulse EMI juga bisa terjadi secara alami atau buatan manusia. Contoh termasuk gangguan impuls yang dialami dari sakelar, penerangan dan sumber serupa yang dapat memancarkan sinyal yang menyebabkan gangguan pada tegangan atau kesetimbangan arus dari sistem terdekat yang terhubung.
3. Bandwidth EMI
EMI juga dapat dikategorikan ke dalam tipe menggunakan bandwidth mereka. Bandwidth dari EMI mengacu pada rentang frekuensi yang dialami EMI. Berdasarkan hal tersebut, EMI dapat dikategorikan menjadi Narrowband EMI dan Broadband EMI. The Narrowband EMI biasanya terdiri dari satu frekuensi atau narrowband frekuensi gangguan, mungkin yang dihasilkan oleh bentuk osilator atau sebagai akibat dari sinyal palsu terjadi karena berbagai distorsi dalam pemancar. Dalam kebanyakan kasus, mereka biasanya memiliki pengaruh kecil pada komunikasi atau peralatan elektronik dan dapat disetel dengan mudah. Namun, mereka tetap menjadi sumber gangguan yang kuat dan harus dijaga dalam batas yang dapat diterima. The Broadband EMISadalah EMI yang tidak terjadi pada frekuensi tunggal / diskrit. Mereka menempati sebagian besar spektrum magnet, ada dalam berbagai bentuk, dan dapat muncul dari sumber buatan atau alam yang berbeda. Penyebab khas termasuk busur api dan korona dan itu mewakili sumber persentase masalah EMI yang baik dalam peralatan data digital. Contoh yang baik dari situasi EMI yang terjadi secara alami adalah "Sun Outage", yang terjadi sebagai akibat dari energi matahari yang mengganggu sinyal dari satelit komunikasi. Contoh lainnya termasuk; EMI sebagai akibat kerusakan sikat pada motor / generator, busur api pada sistem pengapian, saluran listrik rusak dan lampu fluoresen yang buruk.
Sifat EMI
EMI seperti dijelaskan sebelumnya, adalah gelombang elektromagnetik yang terdiri dari komponen medan E (Listrik) dan H (Magnetik), berosilasi pada sudut kanan satu sama lain seperti yang ditunjukkan di bawah ini. Masing-masing komponen ini merespons secara berbeda terhadap parameter seperti frekuensi, voltase, jarak, dan arus, oleh karena itu, sangat penting untuk memahami sifat EMI, untuk mengetahui mana di antara mereka yang dominan sebelum masalahnya dapat diatasi dengan jelas.
Misalnya, untuk komponen medan listrik, atenuasi EMI dapat ditingkatkan melalui material dengan konduktivitas tinggi, tetapi dikurangi dengan material dengan permeabilitas yang meningkat, yang sebaliknya meningkatkan atenuasi untuk Komponen Medan Magnet. Dengan demikian, peningkatan permeabilitas dalam sistem dengan EMI yang didominasi bidang-E akan mengurangi atenuasi tetapi atenuasi akan meningkat pada EMI yang didominasi bidang-H. Namun, karena kemajuan terbaru dalam teknologi yang digunakan dalam pembuatan komponen elektronik, medan listrik biasanya merupakan komponen utama gangguan.
Mekanisme Kopling EMI
Mekanisme Coupling EMI menjelaskan bagaimana EMI mendapatkan dari sumber ke penerima (perangkat yang terpengaruh). Memahami sifat EMI bersama dengan bagaimana ia digabungkan dari sumber ke penerima adalah kunci untuk mengatasi masalah tersebut. Didukung oleh dua komponen (H-field dan E-field), EMI digabungkan dari sumber ke penerima melalui empat tipe utama EMI Coupling yaitu Konduksi, Radiasi, Capacitive Coupling dan Inductive Coupling. Mari kita lihat mekanisme kopling satu demi satu.
1. Konduksi
Kopling Konduksi terjadi ketika emisi EMI diteruskan di sepanjang konduktor (kabel dan kabel) yang menghubungkan sumber EMI dan penerima secara bersamaan. EMI yang digabungkan dengan cara ini biasa terjadi pada jalur catu daya dan biasanya berat pada komponen medan-H. Kopling Konduksi pada saluran listrik dapat berupa Konduksi Mode Umum (gangguan muncul dalam fase pada jalur + ve dan -ve atau jalur tx dan rx) atau Konduksi Mode Diferensial (gangguan muncul di luar fase pada dua konduktor). Solusi paling populer untuk interferensi Conduction Coupled adalah penggunaan filter dan pelindung pada kabel.
2. Radiasi
Radiation Coupling adalah bentuk EMI Coupling yang paling populer dan umum dialami. Tidak seperti konduksi, Ini tidak melibatkan koneksi fisik antara sumber dan penerima karena gangguan dipancarkan (dipancarkan) melalui ruang ke penerima. Contoh bagus dari radiasi EMI adalah pemadaman matahari yang disebutkan sebelumnya.
3. Kopling kapasitif
Ini terjadi antara dua perangkat yang terhubung. Kopling kapasitif terjadi ketika tegangan yang berubah di sumber secara kapasitif mentransfer muatan ke korban
4. Kopling Induktif / Magnetik
Ini mengacu pada jenis EMI yang terjadi sebagai akibat interferensi penginduksi konduktor pada konduktor lain di dekatnya berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.
Interferensi dan Kompatibilitas Elektromagnetik
Standar EMI dapat dikatakan sebagai bagian dari standar Regulatory yang disebut dengan Electromagnetic Compatibility (EMC). Ini berisi daftar standar kinerja yang harus dipenuhi perangkat untuk menunjukkan bahwa mereka dapat hidup berdampingan dengan perangkat lain dan bekerja seperti yang dirancang tanpa juga mempengaruhi kinerja perangkat lain. Dengan demikian standar EMI pada dasarnya adalah bagian dari standar EMC umum. Meskipun nama biasanya digunakan secara bergantian, perbedaan yang jelas ada di antara mereka tetapi ini akan dibahas dalam artikel tindak lanjut.
Berbagai negara dan benua / Zona ekonomi, memiliki variasi yang berbeda dari standar ini, tetapi untuk artikel ini, kami akan mempertimbangkan standar Federal Communications Commission (FCC). Menurut Bagian 15 dari Judul 47: Telekomunikasi, dari Standar FCC, yang mengatur frekuensi radio "tidak disengaja", ada dua kelas perangkat; Kelas A dan B.
Perangkat Kelas A adalah perangkat yang dimaksudkan untuk digunakan di industri, kantor, di mana pun kecuali di rumah, sedangkan perangkat CLass B adalah perangkat yang dimaksudkan untuk digunakan di rumah, terlepas dari penggunaannya di lingkungan lain.
Dalam hal emisi gabungan konduksi, untuk perangkat Kelas B yang dimaksudkan untuk digunakan di rumah, emisi diharapkan dibatasi pada nilai yang ditunjukkan pada tabel di bawah. Informasi berikut ini diperoleh dari Electronic Code of Federal Regulation Website.
Untuk perangkat Kelas A, batasannya adalah;
Untuk emisi radiasi, perangkat Kelas A diharapkan tetap berada dalam batas di bawah untuk frekuensi yang ditentukan;
Frekuensi (MHz) |
µV / m |
30 sampai 88 |
100 |
88 hingga 216 |
150 |
216 sampai 960 |
200 |
960 ke atas |
500 |
Sedangkan untuk perangkat Kelas B, batasannya adalah;
Frekuensi (MHz) |
µV / m |
30 sampai 88 |
90 |
88 hingga 216 |
150 |
216 sampai 960 |
210 |
960 ke atas |
300 |
Info lebih lanjut tentang standar ini dapat ditemukan di halaman badan pengatur yang berbeda.
Mematuhi standar EMC untuk perangkat ini, memerlukan perlindungan EMI pada empat level: level komponen individu, level papan / PCB, level sistem, dan level sistem keseluruhan. Untuk mencapai ini, dua langkah utama; Electromagnetic Shielding and Grounding biasanya digunakan, meskipun tindakan penting lainnya seperti penyaringan juga digunakan. Karena sifat tertutup dari sebagian besar perangkat elektronik, pelindung EMI biasanya diterapkan pada tingkat sistem untuk menampung EMI terpancar dan Terkonduksi untuk memastikan kepatuhan dengan Standar EMC. Karena itu, kami akan melihat pertimbangan praktis seputar pelindung sebagai ukuran untuk perlindungan EMI.
Electromagnetic Shielding - Lindungi desain Anda dari EMI
Pelindung adalah salah satu langkah utama yang diterapkan untuk mengurangi EMI pada produk elektronik. Ini melibatkan penggunaan selungkup / pelindung logam untuk elektronik atau kabel. Dalam peralatan / situasi tertentu di mana melindungi seluruh produk mungkin terlalu mahal atau tidak praktis, komponen paling penting yang dapat menjadi sumber / sink EMI dilindungi. Ini terutama umum di sebagian besar modul dan chip komunikasi pra-sertifikasi.
Perisai Fisik mengurangi EMI dengan melemahkan (melemahkan) sinyal EMI melalui pantulan dan penyerapan gelombangnya. Perisai logam dirancang sedemikian rupa sehingga mampu memantulkan komponen medan-E sekaligus memiliki permeabilitas magnetis yang tinggi sehingga dapat menyerap komponen medan-H EMI. Pada kabel, kabel sinyal dikelilingi oleh lapisan konduktif luar yang dibumikan pada salah satu atau kedua ujungnya, sedangkan untuk penutup, rumah logam konduktif bertindak sebagai pelindung interferensi.
Idealnya, penutup EMC yang sempurna adalah yang terbuat dari bahan padat seperti baja, sepenuhnya disegel di semua sisi tanpa kabel sehingga tidak ada gelombang yang masuk atau keluar, tetapi beberapa pertimbangan, seperti kebutuhan, biaya rendah pada penutup, manajemen panas, pemeliharaan, kabel listrik dan data antara lain membuat cita-cita tersebut menjadi tidak praktis. Dengan setiap lubang yang dibuat, dengan kebutuhan ini menjadi titik masuk / keluar potensial untuk EMI, Desainer dipaksa untuk mengambil beberapa langkah untuk memastikan kinerja perangkat secara keseluruhan masih dalam kisaran yang diizinkan dari standar EMC di penghujung hari..
Pertimbangan Praktis Perlindungan
Seperti disebutkan di atas, beberapa pertimbangan praktis diperlukan saat melindungi dengan selungkup atau kabel pelindung. Untuk produk dengan kemungkinan EMI kritis (Kesehatan, Penerbangan, Daya, Komunikasi, Militer, dan sebagainya), tim desain produk harus terdiri dari individu-individu dengan pengalaman yang relevan dalam perisai dan situasi EMI umum. Bagian ini akan memberikan gambaran umum tentang beberapa tip yang mungkin atau pelindung EMI.
1. Desain Kabinet dan Kandang
Seperti disebutkan di atas, tidak mungkin untuk merancang penutup tanpa lubang tertentu untuk berfungsi sebagai kisi ventilasi, lubang kabel, pintu, dan untuk hal-hal seperti sakelar, antara lain. Bukaan pada penutup ini, terlepas dari ukuran atau bentuknya, di mana gelombang EM dapat masuk atau keluar dari penutup, dalam istilah EMI, disebut sebagai slot. Slot harus dirancang sedemikian rupa sehingga panjang dan orientasinya relatif terhadap Frekuensi RFI tidak mengubahnya menjadi pemandu gelombang, sedangkan ukuran dan pengaturannya dalam kasus kisi ventilasi harus menjaga keseimbangan yang tepat antara aliran udara yang diperlukan untuk menjaga persyaratan termal sirkuit dan kemampuan untuk mengontrol EMI berdasarkan redaman sinyal yang diperlukan dan Frekuensi RFI yang terlibat.
Dalam aplikasi Kritis seperti peralatan militer, slot seperti pintu dll biasanya dibubuhi gasket khusus yang disebut Gasket EMI. Mereka datang dalam berbagai jenis termasuk, wire mesh rajutan, dan gasket spiral metalik tetapi beberapa faktor desain (biasanya biaya / manfaat) dipertimbangkan sebelum pemilihan paking dibuat. Secara keseluruhan, jumlah slot harus sesedikit mungkin dan ukurannya harus sekecil mungkin.
2. Kabel
Penutup tertentu mungkin diperlukan untuk memiliki lubang kabel; ini juga harus menjadi faktor dalam desain penutup. Di
Selain itu, kabel juga berfungsi sebagai alat penghantar EMI seperti pada peralatan kritis, kabel menggunakan braided shield yang kemudian diarde. Meskipun pendekatan ini mahal, namun lebih efektif. Namun, dalam situasi biaya rendah, solusi off the shelf seperti manik - manik ferit ditempatkan di lokasi tertentu di tepi kabel. Pada level Papan PCB, filter juga diterapkan di sepanjang kabel daya input.
Praktik Terbaik untuk Lulus Tes EMI
Beberapa praktik desain EMI, terutama di tingkat dewan, untuk menjaga EMI tetap terkendali meliputi;
- Gunakan Modul Pra-Sertifikasi. Khususnya untuk komunikasi, menggunakan modul yang sudah bersertifikat mengurangi jumlah pekerjaan yang perlu dilakukan tim dalam melindungi dan mengurangi biaya sertifikasi untuk produk Anda. Tip Pro: Alih-alih merancang catu daya baru untuk proyek Anda, rancang proyek agar kompatibel dengan catu daya yang ada. Ini menghemat biaya dalam sertifikasi catu daya.
- Pertahankan loop saat ini kecil. Kemampuan konduktor untuk menggabungkan energi dengan induksi dan radiasi diturunkan dengan loop yang lebih kecil, yang bertindak sebagai antena
- Untuk pasangan jejak papan sirkuit cetak tembaga (PC), gunakan jejak lebar (impedansi rendah) yang sejajar di atas dan di bawah satu sama lain.
- Temukan filter di sumber gangguan, pada dasarnya sedekat mungkin dengan modul daya. Nilai komponen filter harus dipilih dengan mempertimbangkan rentang frekuensi atenuasi yang diinginkan. Sebagai contoh, kapasitor beresonansi sendiri pada frekuensi tertentu, di luar itu kapasitor bertindak induktif. Jaga kabel kapasitor bypass sependek mungkin.
- Tempatkan komponen pada PCB dengan pertimbangan yang diberikan pada kedekatan sumber kebisingan ke sirkuit yang berpotensi rentan.
- Posisikan kapasitor decoupling sedekat mungkin dengan konverter, terutama kapasitor X dan Y.
- Gunakan bidang tanah bila memungkinkan untuk meminimalkan sambungan yang terpancar, meminimalkan luas penampang dari node sensitif, dan meminimalkan luas penampang dari node arus tinggi yang dapat memancar seperti yang dari kapasitor mode umum
- Perangkat pemasangan permukaan (SMD) lebih baik daripada perangkat bertimbal dalam menangani energi RF karena induktansi yang berkurang dan penempatan komponen yang lebih dekat tersedia.
Secara keseluruhan, penting untuk memiliki individu dengan pengalaman desain ini di tim Anda selama proses pengembangan karena membantu menghemat biaya dalam sertifikasi dan juga memastikan stabilitas dan keandalan sistem Anda dan kinerjanya.