Utilizzo della schermatura EMI per ridurre le emissioni irradiate nei progetti elettronici

Il rumore elettronico è ovunque. Come progettista, devi avere a portata di mano tutti gli strumenti possibili per proteggere la tua attrezzatura da esso. Questo articolo riguarda le schermature EMI, strumenti che possono essere ampiamente utilizzati per migliorare il comportamento elettromagnetico del proprio dispositivo e per proteggerlo dalle interferenze esterne.

Secondo le equazioni di Maxwell, ogni volta che una corrente elettrica circola in un conduttore, viene generato un campo magnetico. Inoltre, ogni volta che esiste un campo magnetico, esiste anche un campo elettrico. A causa dell'aspetto irradiato di questi campi elettrici e magnetici, sono ampiamente conosciuti comeemissioni irradiate.

Queste emissioni irradiate possono causare problemi ai circuiti o all'intero circuito stampato (PCB). In un circuito ideale troverai solo i segnali, la corrente e le tensioni prodotte dal circuito stesso. Nel mondo reale, ci sarà rumore. Ciò si verifica quando il segnale di un circuito è disturbato da un altro.

Per la natura dei segnali elettromagnetici è impossibile evitare la presenza del rumore, ma è possibile ridurne notevolmente gli effetti.

È fondamentale che un dispositivo non influenzi gli altri durante il suo funzionamento, così come è fondamentale che il dispositivo non venga influenzato a sua volta da altri. La suscettibilità elettromagnetica è la capacità di un circuito o di un sistema di continuare a funzionare anche se influenzato da interferenze. Questa suscettibilità sarà determinata dal livello di rumore applicato. A seconda dell'applicazione (automobilistica, medica, militare, ecc.) sono accettabili diversi livelli di suscettibilità.

Ogni circuito, dispositivo o sistema deve essere adeguatamente progettato per irradiare il meno possibile in termini di emissioni e per essere suscettibile solo a un livello elevato di campi elettromagnetici.

La certificazione di compatibilità elettromagnetica (EMC) è un passo necessario per qualsiasi prodotto immesso sul mercato. Ogni prodotto deve essere sottoposto a test EMC per garantire che non influenzi altre apparecchiature durante l'installazione (ad esempio, un test sulle emissioni) e che il suo funzionamento sia normale anche con la presenza di altri sistemi nell'area circostante (ad esempio, un test di sensibilità).

I progetti elettronici vengono solitamente installati all'interno di involucri. Le custodie metalliche sono efficaci nel confinare i campi elettromagnetici, ma non sono perfette. L'unione tra il circuito stampato e l'involucro presenta fori o asole attraverso i quali possono passare i campi elettromagnetici. La schermatura EMI può coprire comodamente questi fori.

Inoltre, esiste un problema comune a molti progetti di prodotto: la certificazione EMC viene presa in considerazione solo nelle ultime fasi del ciclo di progettazione. A questo punto, i progetti elettromeccanici sono congelati e l’ingegnere EMC non ha quasi più spazio per modificare il prodotto per risolvere i problemi elettromagnetici. Per questo motivo, spesso è necessario disporre di una serie di strumenti per risolvere i problemi di radiazione senza modificare un PCB. In queste situazioni le schermature EMI giocano un ruolo fondamentale.

La tendenza globale nel settore dell'elettronica è quella di essere piccola e veloce. I PCB hanno circuiti digitali sempre più veloci con tempi di salita molto brevi. Minore è il tempo di salita, maggiore è la larghezza di banda e, quindi, minore è la lunghezza d'onda. I problemi sorgono quando le lunghezze d'onda presenti nei circuiti sono paragonabili alle dimensioni fisiche del PCB. Se queste lunghezze d'onda sono sufficientemente piccole, possono raggiungere l'esterno e produrre interferenze con altre apparecchiature.

Queste aperture possono essere chiuse utilizzando la schermatura EMI, ovvero un materiale magnetico che aiuta a coprire questi piccoli fori e migliora l'effetto gabbia di Faraday dell'involucro meccanico.

Esistono una miriade di schermature EMI, tutte con materiali e forme diverse. Tutti, però, hanno lo stesso obiettivo comune: confinare i campi elettromagnetici.

Gli elementi schermanti agiscono come una barriera che blocca le emissioni elettromagnetiche. Questo processo di blocco è in realtà un'enorme attenuazione che dipende dalla frequenza dell'onda elettromagnetica e dal materiale dell'elemento schermante.