Usando blindagem EMI para reduzir emissões irradiadas em projetos eletrônicos

O ruído eletrônico está em toda parte. Como designer, você precisa ter em mãos todas as ferramentas possíveis para proteger seu equipamento. Este artigo é sobre blindagens EMI, ferramentas que podem ser amplamente utilizadas para melhorar o comportamento eletromagnético do seu dispositivo e protegê-lo de interferências externas.

De acordo com as equações de Maxwell, toda vez que uma corrente elétrica circula por um condutor, é gerado um campo magnético. Além disso, sempre que existe um campo magnético, também existe um campo elétrico. Devido ao aspecto irradiado desses campos elétricos e magnéticos, eles são amplamente conhecidos comoemissões irradiadas.

Essas emissões irradiadas podem causar problemas nos circuitos ou em toda a placa de circuito impresso (PCB). Em um circuito ideal, você encontrará apenas os sinais, correntes e tensões produzidas pelo próprio circuito. No mundo real, haverá ruído. Isso ocorre quando o sinal de um circuito é perturbado por qualquer outro.

Devido à natureza dos sinais eletromagnéticos, é impossível evitar a presença de ruído, mas é possível reduzir consideravelmente os seus efeitos.

É fundamental que um dispositivo não afete outros quando estiver funcionando, assim como é fundamental que o dispositivo não seja afetado por outros. Suscetibilidade eletromagnética é a capacidade de um circuito ou sistema continuar funcionando mesmo sendo impactado por interferências. Esta suscetibilidade será determinada pelo nível de ruído aplicado. Dependendo da aplicação – automotiva, médica, militar, etc. – diferentes níveis de suscetibilidade são aceitáveis.

Cada circuito, dispositivo ou sistema deve ser adequadamente projetado para irradiar o mínimo possível em termos de emissões e ser suscetível apenas a um alto nível de campos eletromagnéticos.

A certificação de compatibilidade eletromagnética (EMC) é uma etapa necessária para qualquer produto que chega ao mercado. Todo produto deve ser submetido a testes de EMC para garantir que não afetará nenhum outro equipamento durante a instalação (ou seja, um teste de emissões) e que sua operação será normal mesmo com a presença de outros sistemas na área circundante (ou seja, um teste de suscetibilidade).

Os projetos eletrônicos geralmente são instalados dentro de gabinetes. Invólucros metálicos são bons para confinar campos eletromagnéticos, mas não são perfeitos. A união entre a placa de circuito impresso e o invólucro apresenta furos ou fendas e os campos eletromagnéticos podem passar através deles. A blindagem EMI pode cobrir convenientemente esses buracos.

Além disso, existe um problema comum em muitos projetos de produtos: a certificação EMC só é levada em consideração nas últimas etapas do seu ciclo de projeto. Neste ponto, os projetos eletromecânicos estão congelados e o engenheiro de EMC quase não tem espaço para modificar o produto para resolver problemas eletromagnéticos. Por isso, muitas vezes é necessário ter um conjunto de ferramentas para resolver problemas de radiação sem modificar uma PCB. Nessas situações, as blindagens EMI desempenham um papel fundamental.

A tendência global em eletrônicos é ser pequena e rápida. Os PCBs têm circuitos digitais cada vez mais rápidos com tempos de subida muito curtos. Quanto menor o tempo de subida, maior será a largura de banda e, portanto, menor será o comprimento de onda. Os problemas surgem quando os comprimentos de onda presentes nos circuitos são comparáveis ​​às dimensões físicas do PCB. Se esses comprimentos de onda forem pequenos o suficiente, eles podem chegar ao exterior e produzir interferência em outros equipamentos.

Estas aberturas podem ser fechadas utilizando blindagem EMI, ou seja, um material magnético que ajuda a cobrir esses pequenos orifícios e melhora o efeito gaiola de Faraday do invólucro mecânico.

Existem inúmeras blindagens EMI, todas com diferentes materiais e formatos. Todos eles, porém, têm o mesmo objetivo comum: confinar os campos eletromagnéticos.

Os elementos de blindagem atuam como uma barreira que bloqueia as emissões eletromagnéticas. Este processo de bloqueio é, na realidade, uma enorme atenuação que depende da frequência da onda eletromagnética e do material do elemento de blindagem.