Interferência eletromagnética

Introdução

As condições a que um equipamento eletroeletrônico está submetido podem ser agrupadas em três classes principais: mecânicas (vibração, choques. etc.), ambientais (temperatura, umidade, insolação, fungos, etc.) e elétricas (variações da fonte, potência, ruído, etc.). Todos estes fatores combinados afetam o desempenho do equipamento. Dentre estas condições, uma muito importante a qual deve ser considerada em todas as fases da vida do equipamento (projeto, testes, utilização e manutenção). é a condição elétrica da interferência eletromagnética.

O nome genérico dado a toda energia eletromagnética, que cause resposta indesejável (ruído elétrico), sem considerar o ruído inerente ao próprio componente (tais como o ruído: térmico, shot, recombinação), é Interferência Eletromagnética, em inglês EMI (Eletroimagnetic Interference), a qual pode ser gerada por: centelhamento nas escovas de motores, chaveamento de circuitos de potência, lâmpadas fluorescentes, descargas atmosféricas, ignição automotiva, descargas eletrostáticas entre pessoas e entre pessoas e equipamento, transmissores de radar, etc.

A interferência eletromagnética é muito importante, principalmente em sistemas digitais e sistemas analógicos que envolvam sinais de freqüências superiores a VHF (30 a 300 MHz); pois em virtude de estarem envolvidos pulsos com tempo de transição da ordem de nanosegundos, irradiação de sinais, acoplamentos parasitas, etc.; toda trilha na placa de circuito impresso pode transformam-se em uma antena de transmissão e recepção de ruídos.

A interferência eletromagnética provoca a aceleração da degeneração dos circuitos integrados devido aos transientes e surtos de tensões e correntes provocados no equipamento influenciado, degradação do desempenho de um equipamento, canal de transmissão ou sistema. A atenuação/eliminação da interferência eletromagnética prolonga a vida do equipamento.

Para que exista a interferência eletromagnética tem de existir um meio de acoplamento entre a fonte de interferência e o circuito receptor do ruído - circuito vítima. Genericamente a interferência pode ser reduzida pela atuação isolada ou simultânea, em um destes três elementos envolvidos na interferência eletromagnética:

a) na Fonte - por desacoplamento. blindagem. ou alterando o projeto de forma a que a fonte fique menos ruidosa.

b) no Meio de acoplamento - se o acoplamento for por irradiação - podemos aumentar as distâncias envolvidas e alterar posições relativa; se o acoplamento for por condução - podemos filtrar;

c) no Circuito Vítima - por desacoplamento local. Isolação, blindagem, ou alterando o projeto utilizando componentes menos suscetíveis.

Conforme figura 1.

1.1 Tipos de Interferência Eletromagnética

O ruído pode checar ao circuito vítima por conducão e/ou irradiação.

O ruído irradiado é o ruído que che-a ao circuito vítima em forma de radiacão eletromagnética como pulso (EMP - Eletromagnetic Pulses) e interferência de radiofreqüência (radiofreqüência - ondas eletromagnéticas de aproximadamente 3 kHz a 30O GHz).

O ruído conduzido é o ruído que chega ao circuito vítima em forma de tensão espúria (estranha), normalmente pela linha de alimentação de CA ou/e CC.

A fonte de interferência pode ser externa ou interna ao sistema sob análise.

1.1.1 Fatores que contribuem para interferência eletromagnética

- Tensão - valores elevados para fontes de tensão implicarão em maiores excursões do sinal da fonte, o que levará a maiores possibilidades de emissão de campos eletromagnéticos. Valores baixos para fontes de tensão pode afetar suscetibilidade do sistema;

- Freqüência - quanto maior for a freqüência maior a emissão. Sinais periódicos geram mais emissão. Circuitos digitais de elevada freqüência criam pulsos estreitos de grande amplitude (spikes) quando os transistores comutam. Circuitos analógicos criam spikes quando as correntes na carga mudam;

- Aterramento - para que um sistema eletroeletrônico funcione adequadamente ele deve dispor de um sistema de alimentação que atenda as solicitações de energia de forma completa. O Terra/Retomo/GND é suposto ser um ponto ou plano equipotencial usado como referência de tensão dentro de um sistema, mas isto na realidade não acontece, pois devido a indutâncias parasitas e a circulação de elevadas correntes, será gerada quedas de tensão entre os diversos pontos. Este comportamento não ideal provoca interferência de modo-comum. A maioria dos problemas de compatibilidade eletromagnética (EMC – Eletromagnetic Compatibility) envolvendo emissão, suscetibilidade (sensibilidade à interferência) tem como fator principal um aterrametno inadequado;

- O componente eletronico – a escolha da tecnologia e o tipo de encapsulamento têm grande influencia nos fatores que afetam a imunidade do sistema, por exemplo, os componentes SMD – por causa das dimensões reduzidas apresentam indutâncias menores do que os componentes convencionais r podem ser colocados mais próximos dos outros componentes, reduzindo assim a área dos aneis de corrente no circuito;

- Projeto de circuito impresso – o adequado layout do circuito impresso é essencial para prevenir problemas de interferência eletromagnética, como será demonstrado em capítulo posterior;

- Desacoplamento da fonte de alimentação – a comutação dos circuitos provoca transientes de corrente, os quais devem ser filtrados, provocando variações nas tensões das trilhas e do terra. Valores elevados de di/dt geram sinais de amplo espectro eletromagnético, o que provocará irradiação em estruturas e cabos. A variação da corrente em um condutor de indutancia L resulta uma queda adicional de tensão de:

E = L di ; a qual pode ser minimizada pela redução e L ou di/dt.

Dt

1.2 Fontes de Interferência Eletromagnética e Sistemas de Proteção

1.2.1 A origem da interferencia eletromagnética

A origem da interferencia eletromagnética pode ser agrupada em:

a) Interferência eletromagnética entre sistemas - quando um sistema interfere em outro (considerando neste caso as fontes naturais de interferência tais como: descargas atmosféricas, radiações cósmicas, radiações