EMC - Corsi di Laurea a Distanza

Emissione Elettromagnetica
da parte di un circuito elettrico
Qualunque circuito in cui circoli corrente elettrica
variabile nel tempo emette energia elettromagnetica
nell’ambiente circostante (antenna trasmittente)
I
A
L’intensità del campo elettromagnetico
emesso cresce al crescere della
velocità di variazione della corrente
dI/dt (o della tensione dv/dt) e dell’area
A del circuito.
Il campo EM emesso, ad una certa
distanza dal circuito emittente,
decresce linearmente al crescere della
distanza
Si comprende quindi come qualsiasi circuito elettrico in cui circolino correnti
variabili nel tempo, sia questo un circuito in cui passino segnali elettrici sia
potenza elettrica, emette segnali elettromagnetici che inquinano l’ambiente
circostante, non solo nelle vicinanze ma anche a distanze non trascurabili.
L’emissione può essere “volontaria” , come nel caso di antenne trasmittenti per
inviare segnali a distanza, oppure “parassita”, cioè non voluta, ma purtroppo
inevitabile dato il funzionamento del circuito che comporta circolazione di
corrente elettrica.
Per cui ogni circuito, apparato, sistema che funzioni con corrente elettrica e
gestisca segnali elettrici, involontariamente contribuisce all’inquinamento
elettromagnetico dell’ambiente che lo ospita.
Le emissioni elettromagnetiche vengono indicate con l’acronimo EMI (Electro
Magnetic Interference)
1
Suscettibilità di un circuito
sottoposto ad un campo EM
•
Qualunque circuito che concateni un campo elettromagnetico
diventa sede di una tensione indotta Vn di intensità proporzionale al
campo incidente, che cresce con l’area del circuito e dipende dalla
giacitura del circuito rispetto alla direzione d’arrivo dell’onda EM
incidente
Campo
EM
In questo caso il
circuito si comporta
da antenna
ricevente.
A
Vn
Quindi ogni circuito, per il fatto stesso di esistere e di funzionare in un ambiente
elettromagneticamente inquinato, raccoglie energia dal campo elettromagnetico
presente nell’ambiente che lo ospita e la traduce in segnali elettrici proporzionali
al campo incidente.
Se il circuito in esame è una vera antenna ricevente i segnali raccolti sono
segnali voluti, in caso contrario sono da considerarsi disturbi. Infatti i segnali
raccolti dall’ambiente si sovrappongono a quelli utili che circolano nei circuiti
“vittima” e tendono a mascherarli e a deteriorarne la purezza.
Per definire la qualità di un segnale assume particolare importanza il rapporto tra
l’intensità del segnale e quella del disturbo che lo inquina detto ra pporto
segnale/rumore).
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Dipolo Elettrico
E
V
+
E
E
+
V
E
scheda
Vc
E
Se due conduttori (o un conduttore rispetto ad una ampia superficie
metallica, sono mantenuti ad una differenza di potenziale
a
radiofrequenza che varia nel tempo, nello spazio circostante si crea un
campo elettrico che varia anche esso nel tempo, e che si propaga
trasformandosi in irradiazione di tipo elettromagnetico.
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Compatibilitá Elettromagnetica
E’ la scienza che si occupa della convivenza tra un
apparato o un sistema e l’ambiente elettromagnetico
che lo ospita. Riveste due aspetti:
• Emissione: L’apparato (sistema) non deve emettere segnali
tali da inquinare l’ambiente elettromagnetico circostante oltre i
livelli ammessi
• Immunitá: l’apparato, o il sistema, pur in presenza dei
massimi livelli di inquinamento elettromagnetico previsti
nell’ambiente, deve funzionare correttamente.
• Le norme: fissano le caratteristiche elettromagnetiche
dell’ambientre e i metodi di verifica della rispondenza da parte
dei sistemi ed apparati.
I problemi di Compatibilità Elettromagnetica (EMC) risultano solitamente
essere rognosi ed antipatici per i progettisti Hardware. Spesso sembra che
possa valere di più la stregoneria che la scienza. Infatti in genere è difficile
avere dei modelli sufficientemente semplici ed accurati di quello che
succede, in quanto:
- le condizioni al contorno sono estremanete complesse
- il comportamento di componenti e sistemi ai fenomeni di EMC dipende
da fenomeni parassiti (capacità parassite, induttanze mutue parassite,
antenne parassite, ecc. ) e, quindi, scarsamente controllabili dal
progettista e dall’ingegnerizzatore
- quasi sempre sono coinvolti fenomeni di non linearità, e, come tali,
difficili da studiare.
- Anche le misure sono rese difficili e scarsamente ripetibili a causa della
complessità ambientale.
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Tipi di disturbi EM
• Disturbi intenzionali :
– Trasmissioni
Radiotelevisive
– Telefonia Cellulare
– Ponti radio
– Radar
– Sistemi di navigazione
– Ecc.
• Disturbi naturali:
– Fenomeni atmosferici
(fulmini)
– Scariche elettrostatiche
– Radiazione cosmica
• Artificiali, non voluti
– Emissione da apparati
elettrici ed elettronici
– Linee aeree ad alta
tensione
– Ecc
Disturbo è qualunque segnale parassita che si trova in un circuito, quindi un
segnale non voluto in quel circuito.
Un segnale elettromagnetico creato per scopi d’utilità (ad. esempio trasmissioni
radiotelevisive) diventa un disturbo per tutti i circuiti ed apparati che non
utilizzano quel segnale, e che anzi possono malfunzionare in sua presenza.
Tra i disturbi artificiali non voluti vanno considerate le emissioni dovute ai circuiti
di clock, all’attività dei BUS e delle schede digitali, agli alimentatori a
commutazione, alle brusche interruzioni di carichi induttivi, alle spazzole dei
motori in continua, alle scariche nei gas, all’effetto Corona sulle linee ad alta
tensione ecc.
L’entità del disturbo cresce con la rapidità di variazione della corrente o della
tensione che lo ha generato.
Le norme prevedono una serie di prove sia per verificare l’entità dei disturbi
artificiali emessi, sia per testare la suscettibilità degli apparati e sistemi alle
diverse tipologie di disturbo.
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Unità di misura in EMC
• Disturbi elettrici:
– Le tensioni si misurano in V
– Le correnti in A
• Disturbi Elettromagnetici
– I campi elettrici si misurano in V/m
– I campi magnetici in A/m
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Disturbi condotti e disturbi irradiati
Disturbi Irradiati
Rete
condotti
condotti
I/O
Disturbo è qualsiasi segnale non voluto: si è soliti parlare di disturbi
condotti per definire tensioni e correnti, non volute, presenti sui conduttori
che entrano o escono dall’apparato, mentre si dicono disturbi irradiati i
campi elettromagnetici presenti nell’ambiente in cui l’apparato opera.
La distinzione tra disturbi condotti e disturbi irradiati è in larga parte priva
di significato, in quanto ad ogni tensione o corrente (Disturbo condotto)
variabile nel tempo corrisponde un campo elettromagnetico irradiato nello
spazio circostante, così come ogni campo elettromagnetico induce sui
conduttori (che si comportano da antenna ricevente, un corrispondente
segnale elettrico condotto.
Alle frequenze basse è più facile definire e misurare segnali elettrici in
termini di tensioni e correnti, alle frequenze alte campi elettromagnetici
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Principali norme di EMC
• Direttiva Europea 89/336/CEE sull’EMC
– Norme CENELEC
– Norme ETSI
• Norme Militari
– MIL-STD 461
– MIL-STD 462
• Norme Avioniche
– DO 160
• Norme Auto
– Direttiva Europea
– Norme di ciascuna Casa
La Direttiva Europea si applica a tutti gli apparati elettrici ed elettronici
“messi in commercio” e intende garantire che essi soddisfino determinati
requisiti, sia per quanto riguarda l’emissione, sia per la suscettibilità. Cioè i
disturbi elettromagnetici da essi generati devono essere limitati ad un livello che
permetta agli altri apparati di funzionare in modo conforme alla loro destinazione,
e, d’altro canto, devono soddisfare determinati requisiti di protezione, cioè avere
un adeguato livello di immunità ai disturbi elettromagnetici. Le norme che si
utilizzano per la verifica della conformità sono emesse da opportuni Enti, in
particolare il CENELEC per gli tutti gli apparati elettrici ed elettronici, mentre per
gli apparati di telecomunicazioni e di radiocomunicazioni si utilizzano norme
ETSI.
Le norme militati (NATO) MIL STD 461 riportano i limiti sia di emissione che di
suscettibilità ammessi per i diversi impieghi in ambito militare, mentre le MIL STD
462 riportano i metodi di misura per la verifica della conformità. Le norme
vengono frequentemente aggiornate, e in tal caso l’aggiunta di una lettera in
progressione alfabetica indica le successive edizioni aggiornate (ad es. MIL-STD
461B)
8
I costi dell’EMC
• Il costo di un prodotto può essere molto
aumentato dall’esigenza di soddisfare le norme
EMC
• Il costo dell’EMC è tanto minore quanto prima si
affronta il problema: è indispensabile che si
tenga conto dell’EMC all’atto della impostazione
e progettazione del prodotto.
• Le prove di sviluppo e di qualifica hanno costi
elevati.
La prima affermazione è vera non solo per i prodotti che devono
soddisfare norme particolarmente severe, quali i prodotti per avionica o le
centraline elettroniche per impieghi automobilistici, dove il costo originario
del prodotto, il suo peso e volume può tranquillamente essere raddoppiato
a causa delle esigenze di EMC, ma anche per i prodotti destinati al
mercato civile, che dovendo soddisfare alla Direttiva Europea richiedono
l’utilizzo di tecniche realizzative, di tecnologie e di componenti che ne
incrementano notevolmente il costo.
Durante la fase di impostazione e di progetto di un nuovo prodotto si
dispone della massima libertà e si possono adottare molte soluzioni senza
incremento di costo (o con modesto impatto sui costi) che permettono di
soddisfare alle esigenze di EMC: impostazione delle schede e degli
sbrogliati, scelta dei componenti e delle relative tecnologie, strategie di
grounding ecc... Gli interventi a posteriori per correggere un’impostazione
errata hanno costi proibitivi.
Non tutte le Aziende, e soprattutto le piccole e medie, hanno la possibilità
di disporre in proprio delle attrezzature per prove di sviluppo, e i costi dei
laboratori esterni sono elevatissimi.
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I costi dell’EMC
• Conviene che il prodotto sia stato progettato in
modo da passare le prove al primo tentativo.
• Le prove di sviluppo su prototipi che non siano
ingegnerizzati esattamente come il prodotto
finale non sono significative.
• I simulatori possono aiutare se si forniscono loro
modelli adeguati.
• Non credere alla stregoneria!
Il costo delle prove di sviluppo, nonché la loro scarsa affidabilità se non
sono state fatte sulla versione definitiva del prodotto, rende a maggior
ragione necessaria una progettazione accurata, in modo da evitare di
dover in seguito modificare lay-out di schede o di sistema e di introdurre
nuovi componenti, schermature o filtraggi, con costi elevatissimi.
In molti casi è meglio una buona simulazione (ad es.. SPICE per la
valutazione delle emissioni condotte e dell’efficacia dei filtri) che una prova
su un prototipo non definitivo. Attenzione però ad introdurre tutti i
parametri parassiti e a valutarne correttamente il valore.
Non credere alla stregoneria: ogni intervento deve avere una ben precisa
motivazione fisica e deve essere intrapreso solo con chiara conoscenza
dei suoi effetti su tutte le prestazioni EMC (emissioni, suscettibilità, ESD
ecc.) del sistema e non solo su quella che si vuole curare. Diffidare dai
luoghi comuni: si fa così, perché non lo so, ma è noto che così si deve
fare.
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Cultura diffusa in EMC
• L’esperto in EMC deve avere una solida cultura
in fisica, molto estesa ed interdisciplinare.
• L’esperto non è sufficiente: in Azienda tutti
coloro che collaborano alla realizzazione di un
prodotto devono essere consci delle
problematiche EMC e non devono sottovalutarle.
L’esperto di EMC deve conoscere a perfezione la normativa e i relativi
metodi di misura, e tenersi su questa aggiornato, ma deve anche e
soprattutto indicare ai progettisti ed ingegnerizzatori le azioni da
intraprendere. Occorre che abbia dimestichezza con fenomeni che
spaziano dalla continua ai GHz, dai µv (µA) alle centinaia di kv (kA), dai
nW a potenze spaventose (fulmini) ecc. Deve comprendere le
problematiche elettromagnetiche, ma anche microelettroniche e delle
relative tecnologie, di sistema, di misura e di diagnostica.
L’esperto in EMC però non è sufficiente: è necessaria una cultura EMC
diffusa, e cioè che tutti coloro che partecipano alla progettazione e
realizzazione di un prodotto, dai progettisti agli ingegnerizzatori, dai
masteristi sino all’operaio che realizza le interconnessioni tra moduli, siano
consci che l’EMC non è un pallino di qualche fissato, che un conduttore
non presenta impedenza nulla, che un percorso per un conduttore non è
equivalente ad un altro. Occorre che ciascuno sia, al proprio livello, a
conoscenza dei principi fondamentali per una realizzazione EMCefficiente.
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Prevenire è meglio che reprimere
• Prevenzione: Progetto EMC efficace
–
–
–
–
–
Scelta della filosofia di grounding
Organizzazione Hard e Soft dell’apparato o sistema
Scelta delle tecnologie
Pianificazione delle schede e sbrogliatura
Tecniche di interconnessione tra schede, apparati e con il
mondo esterno
– Impaccamento e disposizione componenti e interconnessioni
• Repressione:
– Barriere protettive schermanti e filtranti
– Ogni intervento a posteriori
Gli interventi cosiddetti preventivi riguardano scelte da fare all’atto del
progetto del sistema o apparato: si tratta di scelte spesso a costo nullo o
comunque molto contenuto, in quanto si possono sfruttare tutti i gradi di
libertà che il progetto laascia per ottimizzare le prestazioni EMC.
Gli interventi repressivi, invece, sono quelli che si fanno a posteriori, una
volta che si è verificato, sui primi prototipi, che l’apparato o sistema non
rispetta le specifiche EMC. Questi interventi richiedono una
reingegnerizzazione del progetto e sono quindi a costo elevato.
L’utilizzo di schermature e filtraggi è sempre, ove possibile, da evitare,
cercando di fare ogni sforzo per ottenere le prestazioni richieste senza la
loro necessità. Schermi e filtri fanno crescere di molto il costo e il peso
dell’apparato, e spesso ne diminuiscono l’affidabilità.
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Minimizzazione delle emissioni
• Ridurre per quanto possibile la velocità dei
segnali
• Ridurre per quanto possibile l’area dei circuiti più
pericolosi
• Curare gli anelli di modo comune
• Mantenere equipotenziali a RF tutte le masse e i
riferimenti di tensione
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14
Minimizzazione della
suscettibilità
• Scelta dei componenti attivi e delle tecnologie
meno suscettibili
• Minimizzazione delle aree dei circuiti più
suscettibili
• Cura negli anelli di modo comune
• Filtraggio per evitare che i disturbi raggiungano i
componenti attivi suscettibili
• Dispositivi limitatatori per i surge.
14
17
Inviluppo dello spettro di una successione
periodica di impulsi
A
τ
t
T
tr
tr
dB
(2Aτ/T)dB
20 dB/decade
τ sen(nπτ / T ) sen(nπtr / T )
⋅
nπτ / T
nπtr / T
An = 2 A ⋅
T
40 dB/decade
1/πτ
1/πtr
f (log)
L'analisi di Fourier su una successione periodica di impulsi porta ad uno
spettro rigato, con righe distanti tra loro 1/T, e con ampiezza Andell'nesima riga come dalla formula indicata.
Si può notare un primo fattore del tipo (sen x)/x, dove x=nπτ/T, che
dipende dal duty cyle τ/T, seguito da un altro fattore dello stesso tipo ma
dipendente dal tempo di salita (e di discesa, supposti identici) della forma
d'onda.
Lo spettro, rigato, ha inviluppo definito dal prodotto dei due fattori (senx)/x
definiti in precedenza, ma se riportato in scale logaritmiche sta tutto al di
sotto delle linee rappresentate in figura, cioè è sicuramente inferiore ad
una costante pari a (2A/τ)dB sino ad una frequenza 1/πt, per poi essere
comunque inferiore ad una retta che scende con pendenza 20 dB/decade
sino ad una frequenza 1/πtr, ed infine ad una retta con pendenza 40
dB/decade.
L’assumere per l’inviluppo dello spettro questa approssimazione è
un’ipotesi ampiamente conservativa, in quanto l’inviluppo del tipo (sen x)/x
presenta dei vuoti che migliorano sensibilmente, ad alcune frequenze, le
prestazioni sia in termini di emissione che di suscettibilità rispetto a quanto
previsto da questo modello.
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2At/T
0 dB
-10 dB
-20 dB
-30 dB
-40 dB
-50 dB
-60 dB
-70 dB
f0/10
f
f0
10f0
1/πτ
100f0
1k f0
10k f0
1/πτr
Per poter effettuare stime con facilità, si può semplificare questo modello
matematico dello spettro, considerandone l'inviluppo e commettendo così
un errore per eccesso nella valutazione dell'ampiezza delle righe.
In scale logaritmiche (Bode), l'ampiezza delle righe è contenuta al di sotto
della curva indicata, con uno spettro che è considerabile costante sino ad
una frequenza 1/πτ, che decresce di 20 dB/decade (inversamente prop.
alla frequenza) sino a f=πtr, e quindi decresce con pendenza 40
dB/decade.
Poiché sia l'irradiazione di un circuito sia i disturbi indotti sui circuiti vicini
crescono con la frequenza, si desume che, dato un segnale, la porzione
dello spettro interessante per i fenomeni EMC si estende almeno sino alla
frequenza 1/πtr, e quindi che più che la frequenza di ripetizione del
segnale interessa il tempo minimo di salita e discesa della forma d'onda.
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Problemi di "Grounding"
0V
Masse
Terra
Purtroppo nella pratica comune si è soliti chiamare con il nome di "massa"
o di "terra" indifferentemente molte cose che invece hanno significato ben
diverso l'una dall'altra e che è bene non siano confuse:
-Riferimento di tensione a 0V: i circuiti, per scambiarsi informazioni,
devono misurare le tensioni rispetto ad un riferimento comune, che si
definisce a 0V. Questo riferimento è costituito da una rete di conduttori
che si diffonde in tutto l'apparato, e che dovrebbe essere equipotenziale.
Purtroppo le cadute di potenziale dovute all'impedenza dei conduttori,
soprattutto a RF, non mantengono l'equipotenzialità del riferimento.
- Masse: sono tutti gli oggetti metallici presenti (contenitore, dissipatori di
calore ecc.) che non hanno funzione elettrica ma che possono avere
accoppiamenti parassiti con i circuiti dell'apparato.
- Terra: tutte le masse accessibili da un utente, per ragioni di sicurezza
elettrica, devono essere riferite alla terra dell'edificio o dell'impianto.
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Vie di accoppiamento tra apparato e
ambiente EM
Rete
0V
0V
Terra
Disturbi condotti sulla rete
Si prendono ora in esame i principali meccanismi di accoppiamento tra
ambiente e sistema, ipotizzando di avere due apparati, (o due parti o
schede dello stesso apparato) che devono scambiarsi informazioni. Nella
figura sono evidenziati il riferimento di tensione, le masse e la terra.
Gli apparati e i sistemi, se non alimentati da batteria interna, ricevono
l'alimentazione da fonte esterna di potenza che serve anche altri
utilizzatori.
Da un lato l'apparato durante il suo funzionamento non deve emettere,
su questi fili, segnali non voluti di entità superiore a quanto ammesso dalle
norme, dall'altro pur in presenza di disturbi condotti sui fili di
alimentazione, dovuti all'attività degli altri utilizzatori o da fenomeni naturali
(es fulmini) o dal non perfetto funzionamento dell'alimentatore, l'apparato
deve poter funzionare correttamente.
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Vie di accoppiamento tra
apparato e ambiente EM
Rete
0V
Terra
0V
I
Disturbi condotti sulla terra
Sull'impianto di terra circolano correnti dovute alle emissioni di
modo comune di tutti gli apparati connessi allo stesso impianto.
Poiché l'impedenza dei conduttori di terra non è nulla, ma è
sensibile soprattutto alle alte frequenze (un tratto di conduttore
presenta un'induttanza stimabile in circa 10nH per cm di
lunghezza) le correnti che vi transitano provocano cadute di
potenziale che si presentano come tensioni di disturbo tra i
riferimenti di tensione a 0V degli apparati che devono scambiarsi
segnali, con possibili errori o diafonie.Questo effetto è
maggiormente sentito se le masse sono connesse agli 0V.
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Vie di accoppiamento tra
apparato e ambiente EM
Rete
0V
0V
Terra
Disturbi condotti sulle interconnessioni
Sulle linee di interconnessione possono essere presenti segnali
non voluti, dovuti a:
- accoppiamenti parassiti che avvengono all'interno degli apparati
stessi con circuiti molto emittenti (ad es Clock, alimentatori a
commutazione ecc.);
-accoppiamenti parassiti di tipo induttivo o capacitivo con altre
linee di connessione che viaggiano nelle vicinanze e che sono
sedi di correnti o di tensioni fortemente variabili nel tempo.
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Vie di accoppiamento tra
apparato e ambiente EM
Rete
Campo EM
0V
0V
Terra
Disturbi irradiati di modo differenziale
I disturbi elettromagnetici presenti nello spazio circostante possono
accoppiarsi con le linee di interconnessione, che funzionano da antenne
ad anello (loop), e traducono questi segnali in equivalenti tensioni che,
presentandosi come modo differenziale, sono del tutto indistinguibili dai
segnali utili e quindi possono disturbare il funzionamento degli apparati.
D'altro lato, la presenza di segnali sotto forma di tensioni e correnti
variabili sulle linee di interconnessione comporta un segnale irradiato che
costituisce l'emissioni irradiata di modo differenziale.
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Vie di accoppiamento tra
apparato e ambiente EM
Rete
Campo EM
0V
0V
Disturbi irradiati di modo comune
Esiste però un altro anello, in genere molto grande, costituito dalla linea di
connessione del riferimento di tensione, dalle masse e dalla terra, che,
concatenando un campo elettromagnetico di disturbo, può tradurlo in un
segnale elettrico che si trova, come modo comune, tra le due masse degli
apparati che devono scambiarsi informazioni.
Dualmente, in presenza di una corrente di modo comune che circoli
sull'impianto di terra, l'anello di cui sopra può divenire un'antenna
trasmittente che emette segnali irradiati.
Questo tipo di accoppiamento, a causa della notevole area dell'anello, è
in genere molto efficace, soprattutto alle frequenze meno elevate, ed è
una delle cause più importanti sia di emissione che di suscettibilità.
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Misure di emissione irradiata
Camera schermata
anecoica o
semianecoica
antenna
DUT
Ric.
Acc.
Le misure di emissione irradiate vengono condotte o in sito aperto (che deve avere definite
caratteristiche di scarsa presenza di disturbi ambientali, assenza di edifici e oggetti metallici nelle
vicinanze ecc.) oppure in camera anecoica o semianecoica.
Una camera anecoica è un ambiente con pareti metalliche, rivestite all’interno di materiali che
assorbono le onde elettromagnetiche, in modo che queste non vengano riflesse e il dispositivo
irraggiante si comporti come in ambiente aperto.
Per simulare meglio le condizioni dell’ambiente aperto si preferisce una camera semianecoica,
cioè una camera con pareti anecoiche tranne il pavimento, che riflette le onde EM come lo
farebbe la terra all’aperto.
Ogni accessorio, necessario a far funzionare l’apparato in prova (DUT), viene posto fuori dalla
camera in modo che le sue irradiazioni non vengano a sommarsi a quelle del DUT.
La misura viene effettuata tramite un’antenna ricevente posta a una distanza prefissata
dall’apparato in prova; l’antenna, tarata, è collegata ad un ricevitore che misura l’intensità di
campo rilevata dall’antenna nel punto di misura. Il ricevitore, selettivo, permette di analizzare
sequenzialmente ogni frequenza all’intero dello spettro didi interesse
Per rilevare la situazione di maggior emissione, il DUT è posto su una tavola rotante in modo da
rivolgere verso l’antenna ogni lato.
Nel caso di misure in camera semianecoica l’antenna viene spostata verticalmente in modo da
rilevare, frequenza per frequenza, l’altezza da terra in cui si rileva il massimo di emissione.
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Misure di emissione condotta verso la sorgente di
energia esterna (alternata o continua)
Pinza
amperometrica
Rete
o
batt.
D.U.T.
LISN
Misura
tensione
Misura
corrente
Per misurare le emissioni condotte verso la fonte di alimentazione occorre far
interporre una rete normalizzata (LISN Line Impedance Stabilization Network) in
modo che si veda, dai terminali di alimentazione del DUT, un’impedenza nota
che simuli le condizioni di normale impiego, e in modo che gli eventuali disturbi
presenti sulla rete non vadano a interferire con la misura.
I disturbi emessi possono essere misurati, tramite opportune pinze di corrente, in
termini di corrente presenti sui cvi di alimentazione, oppure intermini di tensioni
ai capi della LISN
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Prove di suscettibilità
• A radiofrequenza, CW o modulata,
irradiata o condotta (BCI Bulk Current
Injection, con CDN Coupling, Dec. Net.)
• Burst (transitori veloci, a bassa energia)
• Surge (transitori di lunga durata, ad
elevata energia, come fulmini).
• Scariche elettrostatiche
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Suscettibilità irradiata a RF
(HIRF)
Camera schermata
anecoica
antenna
RF
gen.
DUT
Acc.
Si utilizza una camera completamente anecoica. Questa volta l’antenna emette
segnali elettromagnetici, generati dal generatore esterno alla camera anecoica, in
modo da ottenere sul DUT un campo elettromagnetico di intensità fissata dalle
norme. Il DUT viene fatto ruotare in modo da presentare verso l’antenna tutte le
diverse orientazioni.
Si deve verificare che, pur con i livelli di campo previsti dalla normativa, il DUT
continui a mantenere la funzionalità necessaria ad espletare i compiti cui è
deputato.
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Misure di suscettibilità condotta B.C.I (Bulk Current
Injection)
Pinza
amperometrica
Rete
o
batt.
D.U.T.
LISN
Generatore
disturbi
Misura
corrente
I disturbi sono iniettati, trasmite opportuna pinza, sotto forma di correnti sui cavi
di interconnessione, mentre una pinza amperometrica verifica che l’intensità del
disturbo sia congruente con quanto previsto dalle norme.
Il disturbo può essere sia continuo che impulsivo, di forma normalizzata, per
verificare la suscettibilità a burst o a surge ( ad es. fulmini)
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Misura sucettibilità condotta tramite CDN
(Coupling Decoupling Network)
Aus.
CDN
D.U.T.
Disturbo
Un altro modo di inietare i disturbi è tramite opportuni filtri detti Coupling
decoupling networks (CDN). Questi filtri devono permettere al DUT di scambiare
potenza o segnali con gli apparati ausiliari esterni, mentre i disturbi devono poter
pervenire solo al DUT, e i CDN devono impedire ai disturbi di arrivare agli
apparati ausiliari.
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Schermature
• Per separare elettromagneticamente due ambienti si può
ricorrere a degli schermi, cioè a barriere impermeabili ai
campi elettromagnetici.
• Qualunque metallo ottimo conduttore è un efficace
schermo elettromagnetico.
• Un contenitore chiuso completamente metallico (gabbia
di Faraday) è uno schermo quasi perfetto tra interno ed
esterno
• L’efficacia schermante è ridotta da fori ed aperture sulla
scatola metallica, e sopratutto da conduttori isolati che
attraversino le pareti dello schermo.
Il problema di contenere campi elettromagnetici è analogo al problema di
contenere liquidi: se si vuole separare due ambienti elettromagntici occorre
disporre di un contenitore perfettamente chiuso, senza fori né aperture.
Poiché qualunque contenitore schermante deve avere fori sia per l’aerazione, sia
per permettere il passaggio di cavi e comandi, sia per potere, tramite coperchi e
pareti amovibili accedere all’interno, l’effetto schermante risulta fortemente
compromesso da queste inevitabili aperture.
Un’apertura è tanto più dannossa, nei riguardi dell’effetto schermante, quanto più
ha dimensioni lineari grandi e confrontabili con la lunghezza d’onda della
frequenza più alta in gioco.
29
Perdita di effetto schermante dovuto a
reoforo che attraversa lo schermo
Un qualunque conduttore che attraversi lo schermo, per esempio
attraverso un connettore, oppure il cavo di alimentazione ecc.,
indipendentemente dal segnale che porta (anche se non porta alcun
segnale) funziona da antenna ricevente-trasmittente tra il campo esterno e
quello interno,costituendo una via di accoppiamento che vanifica così la
funzione schermante del contenitore metallico.
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Filtro PB “Turaforo”
Il condensatore C cortocircuita a RF il reoforo con la parete
schermante, ed evita quindi differenze di potenziale tra reoforo e
parete che implicherebbero accoppiamento tra interno ed esterno
Per evitare che il reoforo che attraversa la parete schermante funzioni da
antenna reirradiante occorre che venga amntenuto equipotenziale, a
Radio Frequenza, con la parete metallica mediante un filtro passsabasso,
spesso semplicemente un condensatore, che funziona da “tappabuco” del
foro attraverso il quale passa il conduttore, e che lascia transitare solo il
segnale utile cortocircuitando alla tensione della massa metallica tutti i
segnali a RF>
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