Elektromagnetisk interferens
Kort sagt er elektromagnetisk interferens (EMI) effekten af elektromagnetiske felter (f.eks. radiofrekvens) på følsomt elektronisk udstyr og systemer. Det spreder sig over et overraskende bredt område og kan forårsage alvorlig skade på dit system. Heldigvis er der to mulige løsninger på dette problem: filtrering og afskærmning.
EMI-filtrering og -afskærmning er to forskellige teknikker, der bruges til at løse problemet med EMI i elektroniske enheder eller systemer. Med elektroniske systemer er der bekymring for udstrålede og ledede følsomheder samt udstrålede og ledede emissioner, som er EMI-støj fra systemet.
Men hvad er forskellen?
Filtrering
En kort historie om EMI, EMC og beskyttelsesbehov
I 1930'erne, hvor radioer hurtigt blev en husholdningsnødvendighed rundt om i verden, begyndte brugerne at lægge mærke til de mærkelige virkninger af frekvenser på andet elektronisk og elektrisk udstyr. Dette fænomen, kendt som "elektromagnetisk interferens", demonstrerede klart behovet for en måde at beskytte udstyr mod fejlagtige radiosignaler.
Løsningen på disse problemer kom i 1933, da International Special Committee on Radio Interference (CISPR) fra International Electrotechnical Commission (IEC) i Paris udsendte de tidligste anbefalinger til minimering af EMI. Emissionsbegrænsninger opstår, når systemer er forbundet med hinanden for at sikre, at støj, der genereres i et system, ikke forstyrrer ydeevnen af et andet.
Behovet for mere omfattende EMI-filtrering og afskærmningsmetoder og udstyr til forsvarsanvendelser blev erkendt så tidligt som i 1967, da hangarskibet USS Forrestal, indsat i Tonkin-bugten til støtte for amerikanske styrker i Vietnam, led en katastrofal brand, da en elektronisk anomali udløste en Zuni-raket. Dette resulterede i 134 dødsfald og næsten 200 sårede. Det blev senere fastslået, at årsagen til ulykken var et forkert installeret afskærmet kabelstik og flere elektromagnetiske felter på cockpittet, som fik raketten til at bryde i brand og antænde brændstoftanken på et nærliggende fly.
Senere, da mobiltelefoner og andre bærbare elektroniske enheder blev mere almindelige i 1990'erne, indså flere flyselskaber, at signaler fra disse og andre enheder kunne interferere med flyelektronik og dermed hindre flyets sikre flyvning eller navigationsevner. Militære ledere har fundet ud af, at elektromagnetisk interferens, hvad enten den er naturlig eller menneskeskabt, alvorligt kan forstyrre Global Positioning System (GNSS) teknologi, hvilket gør ubemandede luftfartøjer ude af stand til at flyve pålideligt. GNSS-interferens og EMI forårsaget af militære aktiviteter er et bemærkelsesværdigt problem inden for flysikkerhed i civil luftfart, der fortsætter den dag i dag.
Efter radiointerferens blev mange andre former for EMI anerkendt, herunder mikrobølge, infrarød og gamma- og røntgenstråler, som hver især kan elimineres med en række metoder og udstyr. CISPR-anbefalingerne danner grundlaget for den moderne internationale standard for EMI-forebyggelse og definere, hvordan elektronisk udstyr kan eksistere side om side uden interferens, der påvirker ydeevnen. Dette kaldes elektromagnetisk kompatibilitet.
Elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) definerer den acceptable driftsevne af elektrisk og elektronisk udstyr, når det udsættes for eksterne elektromagnetiske kilder, og når det begrænser uønsket elektromagnetisk energi, der genereres internt.
EMC består af tre aspekter: begrænsning af den elektromagnetiske interferensstråling, der genereres af udstyret, udstyrets modtagelighed over for eksterne kilder til elektromagnetisk interferens og udstyrets immunitet, når det opererer i et givet miljø.
Forskellige typer af elektromagnetisk interferens
EMI kan generelt kategoriseres i fire typer baseret på kilden eller båndbredden af det originale signal. Smalbånds-EMI genereres af mobiltelefon-, radio- eller tv-transmissioner, mens bredbånds-EMI har et bredere radiospektrum og genereres af utilsigtet stråling fra signalkilder såsom krafttransmissionslinjer. Afhængigt af strålingskilden kan EMI kategoriseres som tilsigtet, utilsigtet, inter-system eller intra-system:
Utilsigtet eller "ikke-funktionel" EMI genereres af utilsigtet udstyr såsom svejseudstyr, jævnstrømsmotorer, computere og elledninger.
-Intentional EMI (IEMI) er EMI, der udsendes af specialdesignet udstyr, ofte som en del af elektroniske krigsførelsessystemer såsom elektroniske modforanstaltninger og elektromagnetiske puls (EMP) våben.
-Intersystem EMI er interferens genereret mellem to komponenter i et system eller en enhed, mens intersystem EMI forekommer mellem to eller flere uafhængige systemer.
Forskellige typer EMI
Hvad er EMI-filtrering?
EMI-filtrering er en vigtig overvejelse ved design og fremstilling af elektronisk udstyr for at sikre pålidelig drift og overholdelse af regler for elektromagnetisk kompatibilitet (EMC).
EMI-filtrering er processen med at reducere eller eliminere interferens forårsaget af elektromagnetiske signaler i en elektronisk enhed eller et elektronisk system. Det er en teknik, der bruges til at bortfiltrere uønskede elektromagnetiske signaler (støj), der kan forstyrre betjeningen af elektronisk udstyr eller forårsage elektromagnetisk interferens.
EMI-filtre er normalt placeret ved indgangen eller udgangen af en enhed og kan være panelmonteret eller PCB-monteret. De består af en kombination af passive komponenter såsom kondensatorer, induktorer og modstande designet til at dæmpe eller undertrykke EMI i et specifikt frekvensområde. De bruges almindeligvis i elektronisk udstyr såsom strømforsyninger, lydudstyr, computersystemer og andet elektronisk udstyr med høj pålidelighed og EMC-krav.
EMI-filtre er normalt lavpasfiltre, der tillader lavfrekvente signaler at passere igennem, mens de blokerer for højfrekvente signaler eller "støj". Kondensatorer blokerer visse frekvenser, mens de tillader andre at passere. Kondensatorer aflades i jordplanet og reducerer derved højfrekvente signaler. Induktorer virker anderledes; de absorberer højfrekvent energi og omdanner den til varme og undertrykker dermed højfrekvent støj. Brugerdefinerede filtre kan "tunes" til at opfylde specifikke frekvenskrav ved at "tweake" kombinationen af kondensatorer og induktorer.
EMI-filtre kan opdeles i to typer: differential-mode-filtre og common-mode-filtre. Differential-mode filtre dæmper interferens, der opstår mellem to signallinjer, mens common-mode filtre dæmper interferens, der opstår mellem en signallinje og jord.
Hvad er EMI-afskærmning?
EMI-afskærmning er processen med at reducere elektromagnetisk stråling udsendt af elektroniske enheder eller systemer og forhindre eksterne elektromagnetiske signaler i at forstyrre driften af disse enheder.EMI-afskærmning er nødvendig, fordi elektromagnetisk stråling kan forstyrre driften af andre elektroniske enheder og forårsage funktionsfejl eller fejl .EMI-afskærmning involverer brug af ledende materialer, såsom kobber eller aluminium, til at blokere eller dæmpe elektromagnetiske signaler fra at komme ind i eller forlade enheden.
EMI-afskærmning kan opnås ved at placere ledende afskærmning (kaldet et Faraday-bur) omkring enheden eller ved at belægge enheden med ledende materiale. Den ledende afskærmning eller belægning skaber en barriere, der forhindrer elektromagnetiske signaler i at komme ind i eller forlade udstyret, og dermed reducere risikoen for elektromagnetisk interferens.EMI-afskærmning kan anvendes på elektroniske komponenter, printkort, kabler eller endda hele elektroniske enheder eller systemer.
Filtrering vs. afskærmning
Valget mellem filtrering og afskærmning afhænger af en række faktorer, såsom enhedens følsomhed og mængden af EMI, der vil blive genereret. Ledningsevne, størrelse og omkostninger spiller også en rolle i valget af den bedste EMI-løsning.
Shielding har en omfattende tilgang til EMI-styring, mens filtre er rettet mod specifikke EMI-områder. Afskærmning reflekterer indkommende energi, mens den stadig genererer en vis absorption. Denne energi omdannes til varme og kræver derfor en form for termisk styring. Derudover påvirker kvaliteten af det anvendte materiale til afskærmning ikke kun outputtet, men også vægten af systemet, dvs. tykkere afskærmning er mere effektiv, men også tungere. Mens afskærmning afspejler og undertrykker EMI, eliminerer filtre EMI ved at adressere de sårbare punkter i systemet, der genererer mest interferens. Som et resultat kan filtre tilpasses til at opfylde specifikke behov.