FocusonPCB - Vicenza, 15-16 maggio 2024
Torna a Vicenza il 15 e 16 maggio 2024 Focus on PCB, la terza edizione della fiera dedicata all'intera filiera dei circuiti stampati. Nata dalla volontà del Gruppo PCB Assodel…
Il problema del rumore e dell’interferenza elettromagnetica (EMI, ElectroMagnetic Interference) è intrinsecamente legato al processo di comunicazione.
Sin dagli albori delle radiocomunicazioni, si era riscontrato che uno spark elettrico genera un segnale elettromagnetico che ha un ampio spettro armonico che interferisce con i dispositivi elettrici ed elettronici in modo più o meno grave.
In particolare, il problema dell’interferenza nei segnali radio è stato studiato con maggiore dettaglio dopo il ben noto esperimento di Marconi.
Intorno agli anni Trenta, con la crescente diffusione dei motori elettrici e delle linee ferroviarie ad alimentazione elettrica, il problema si cominciava a manifestare con maggiore intensità. Durante la seconda guerra mondiale, con l’impiego di apparati elettronici e radar, i problemi si intensificarono notevolmente.
Ma è nell’era dei circuiti integrati e dell’elettronica digitale che i concetti di compatibilità elettromagnetica (EMC = ElectroMagnetic Compatibility) diventano ancora più importanti per il corretto funzionamento di moltissimi dispositivi di uso comune.
Nell’era del digitale tale problema è ancora più presente perché i dispositivi digitali tipicamente funzionano generando impulsi. I dispositivi digitali utilizzano forme d’onda impulsive per rappresentare i numeri binari e il tempo di transizione tra i due possibili livelli influisce sul contenuto spettrale del segnale, tanto più breve è il tempo di transizione tanto più ampio lo spettro di frequenza dell'impuslo.
In sostanza, il contenuto spettrale di un dispositivo digitale generalmente occupa un ampio range di frequenza e può essere causa di interferenza in dispositivi elettrici ed elettronici posti nelle vicinanze.
In generale, si può asserire che un sistema elettronico in grado di funzionare compatibilmente con altri sistemi e di non produrre o essere suscettibile di fenomeni di interferenza viene detto elettromagneticamente compatibile con l’ambiente in cui opera.
Un sistema si può definire elettromagneticamente compatibile con il suo ambiente se soddisfa tre criteri:
Progettare dispostivi per renderli elettromagneticamente compatibili, non solo li rende più performanti, ma fa si che essi abbiano anche i requisiti legali che sono necessari ormai in molti Paesi. Infatti i dispositivi devono essere conformi e rientrare entro certi limiti che le norme mondiali prescrivono, altrimenti non possono essere commercializzati.
Ci sono molte applicazioni in cui l’aspetto della compatibilità elettromagetica non va trascurato, immaginate una sala operatoria in cui i dispositivi elettromedicali interferiscono tra loro!
E’ inutile progettare un apparecchio elettronico che abbia nuove e strabilianti funzioni se poi non può essere venduto sul mercato perché non a norma.
Nel processo di trasferimento di energia elettromagnetica si possono individuare tre elementi essenziali:
L’interferenza si verifica allorquando il segnale ricevuto causa al ricevitore un comportamento non desiderato.
E’ bene considerare che il trasferimento non intenzionale di energia causa interferenza solo se l’ampiezza del segnale è sufficientemente elevata e/o il contenuto spettrale del segnale interferente in ingresso al ricevitore è tale da causare un malfunzionamento del ricevitore stesso
La trasmissione non intenzionale o la ricezione di energia elettromagnetica non è necessariamente “dannosa”; è il comportamento non desiderato del ricevitore che costituisce interferenza.
Inoltre, è molto importante capire se una sorgente può essere definita come intenzionale o non intenzionale, ossia se emette il segnale intenzionalmente oppure no. Una sorgente o un ricevitore possono comportarsi in entrambi i modi.
Se la sorgente è intenzionale o non intenzionale dipende dal mezzo di accoppiamento, così come dal tipo di sorgente o dal ricevitore con cui si opera.
Per eliminare l’interferenza si possono seguire tre vie:
I sistemi elettrici ed elettronici sono costituiti da sottosistemi che sono interconnessi tra loro.
Il modo più semplice di connetterli è utilizzare un cavo o un qualunque altro mezzo metallico.
I segnali non desiderati possono essere irradiati oppure captati dai cavi di alimentazione, di interconnessione oppure dai contenitori metallici.
Si pensi alle correnti che scorrono su un cavo di alimentazione di un qualsiasi dispositivo elettronico e che al momento della connessione alla rete pubblica vengano iniettate in essa. La rete, a sua volta, è costituita da molti cavi di lunghezza diversa che possono trasformarsi in efficienti antenne, in questo caso il fenomeno di trasmissione dell’energia da condotta (dal cavo di alimentazione del dispositivo) si può trasformare in irradiata (dal cavo di distribuzione della rete).
I processi di interferenza sono complicati e difficilmente definibili in modo univoco.
Lo strumento più efficace per capire gli effetti dell’interferenza è utilizzare un modello matematico, che se ritenuto valido, si utilizza in fase di progettazione.
E’ importante scegliere un modello che ci permetta di capire il fenomeno fisico e poi metta in evidenza proprietà non immediatamente individuabili.
Il modello matematico rappresenta correttamente un fenomeno fisico soltanto nel caso in cui esso sia in grado di “predire” i risultati ottenuti in modo sperimentale.
Al fine della prevenzione delle interferenze è utile distinguere quattro diversi fenomeni di trasferimento dell’energia:
Affinché un prodotto possa essere immesso nel mercato europeo esso deve soddisfare i requisiti per la marcatura CE.
Al fine di tale soddisfacimento un prodotto deve recepire anche i requisiti della Direttiva EMC 2004/108/CE.
La Direttiva Europea sulla compatibilità elettromagnetica è una direttiva di armonizzazione totale, ovvero le cui disposizioni erano destinate a sostituire le leggi nazionali in vigore prima della sua applicazione.
La Direttiva EMC è stata recepita in Italia con Decreto legislativo n° 476 del 04/12/1992. Essa stabilisce che tutti gli apparati elettrici ed elettronici immessi sul mercato a partire dal 1° gennaio 1996 devono soddisfare i requisiti essenziali di compatibilità elettromagnetica.
Tali requisiti tendono a soddisfare la definizione stessa di compatibilità elettromagnetica, per cui un apparato, componente o installazione elettrica/elettronica è elettromagneticamente compatibile se ha la capacità di funzionare correttamente nel suo ambiente elettromagnetico senza altresì introdurre disturbi che possano interferire con il funzionamento di altre apparecchiature presenti nello stesso ambiente
Dalla definizione di compatibilità elettromagnetica, si desume che una apparecchiatura deve praticamente:
Di conseguenza, le prove EMC si distinguono fondamentalmente in:
Le prove di emissione sono fondamentalmente quattro:
Le prove di immunità più rilevanti sono:
Per quanto riguarda i requisiti per la suscettività alle ESD si può fare riferimento alla CEI EN 61000-4-2.
All’interno di tutte queste norme vengono illustrati le configurazioni per eseguire le prove e i limiti e le forme d’onda da applicare ai vari dispostivi che devono essere immessi nel mercato.
Da questa carrellata generale sulla compatibilità elettromagnetica si capisce che dietro l’immissione di un nuovo prodotto elettrico/elettronico sul mercato, in fase di progettazione si devono seguire delle guide molto rigide sia in ambito di marcatura CE sia in ambito di immunità ed emissione di segnale elettromagnetico che permettono poi all’utilizzatore un uso sicuro dell’apparecchio acquistato.
