Les EMI ont eu raison du SpaceShipTwo de Virgin Galactic : ne vous laissez pas avoir

J'ai une fois de plus pris conscience de l'importance du contrôle des interférences électromagnétiques (ou EMI, également appelées perturbations radioélectriques ou RFI) dans les systèmes électroniques en lisant la transcription de la récente conférence sur les résultats de Virgin Galactic, qui comprenait cette déclaration : « Au cours du vol d'essai de décembre, le moteur de la fusée s'est arrêté au moment où il lançait la séquence d'allumage, parce que l'ordinateur embarqué du moteur de la fusée a perdu la connexion. . . Nous avons identifié et isolé le problème comme étant un redémarrage de l'ordinateur, probablement causé par des interférences électromagnétiques. » Selon la transcription, un nouveau système informatique de pilotage avait été installé et faisait partie des composants testés.

La transcription se poursuit ainsi : « Les EMI sont un problème relativement courant dans le secteur aérospatial. En janvier, nous avons procédé à des modifications visant à réduire les niveaux d'EMI et à mieux protéger certains systèmes. . . Nous estimons qu'il nous faudra huit à neuf semaines pour achever cette opération, ce qui laisse penser que notre prochain vol d'essai aura lieu en mai [il était initialement prévu pour février]. »

Figure 1 : Le SpaceShipTwo de Virgin Galactic, également appelé VSS Unity, revient sur Terre après un vol d'essai supersonique en 2019. (Source de l'image : Virgin Galactic)

Le dépannage des problèmes liés aux EMI peut être délicat. Bien qu'il ait été déterminé que le redémarrage du nouveau système informatique de contrôle à l'origine de la panne a été causé par les EMI, il est difficile de savoir, sans plus de données, comment il a été établi que le problème provenait réellement des EMI et comment celles-ci ont précisément affecté le système. Quoi qu'il en soit, cela montre clairement l'importance des bonnes pratiques en matière de détection et d'atténuation des EMI dès la conception. Il reste malgré tout difficile d'éviter tous les cas d'EMI. De ce fait, l'étape suivante consiste à les atténuer dès leur détection.

Filtrage des EMI

Heureusement, les concepteurs disposent de plusieurs options pour faire face aux EMI, notamment les filtres sur les lignes de signaux et de données, les filtres d'entrée d'alimentation pour le contrôle des émissions EMI et les kits de composants de filtrage EMI courants pour la conception de solutions de filtrage RF personnalisées. Examinons trois modèles : un de Bourns, un de TE Connectivity Corcom Filters et un de TDK.

Filtres de réseau EMI : les concepteurs d'ordinateurs, d'équipements de télécommunications, d'équipements audio et vidéo, et de systèmes industriels peuvent utiliser les filtres de réseau EMI T de Bourns qui offrent dix plages d'atténuation différentes de 25 décibels (dB) (Figure 2).

Figure 2 : Les filtres de réseau EMI T offrent aux concepteurs dix plages d'atténuation différentes de 25 dB et un excellent filtrage du bruit à hautes fréquences. (Source de l'image : Bourns Inc.)

Ces filtres de réseau T sont proposés avec des plages de fréquences d'atténuation s'étendant de 800 à 1000 mégahertz (MHz) pour l'EMI220T-RC et de 15 à 200 MHz pour l'EMI103T-RC. Si une carte à circuit ou un sous-circuit est sensible à une plage de fréquences EMI spécifique, l'ajout d'un de ces filtres compacts peut atténuer le problème.

Filtres d'entrée d'alimentation : les convertisseurs à découpage peuvent être une source importante d'EMI. Des filtres d'entrée d'alimentation standard peuvent être utilisés pour fournir un filtrage amélioré ainsi que différents niveaux d'atténuation des EMI. Il est possible que le remplacement d'un filtre existant par un filtre plus performant puisse éliminer les émissions nocives.

Les séries X, Y, Z de TE Connectivity Corcom Filters offrent trois niveaux de performances destinés à assurer la conformité de la plupart des équipements numériques (y compris ceux dotés d'alimentations à découpage) avec les limites spécifiques d'émissions EMI. Plus précisément :

• La série X est conçue pour être conforme aux limites d'émissions conduites FCC partie 15J, classe B.
• La série Y est conçue pour être conforme aux limites d'émissions conduites EN55022, niveau A et FCC partie 15J, classe B.
• La série Z est conçue pour être conforme aux limites d'émissions conduites EN55022, niveau B et FCC partie 15J, classe B.

Les filtres sont disponibles dans des configurations à montage traversant ou à montage externe (Figure 3).

Figure 3 : Les séries X, Y et Z de filtres d'entrée d'alimentation de TE Connectivity Corcom sont disponibles en version à montage sur carte (à gauche) et en version à montage externe (à droite). (Source de l'image : TE Connectivity Corcom Filters)

Par exemple, le 3EXP (à gauche) est un filtre antiparasite monophasé de 3 ampères (A) à faible fuite (< 0,5 milliampère [mA]), 250 VCA, configuré pour un montage traversant.

Kit pour la conception de filtres RF personnalisés

Bien entendu, le problème des EMI peut résulter d'une sensibilité accrue d'un nouveau système informatique aux émissions d'autres sous-systèmes adjacents, comme une section RF. Si j'ai souvent pu utiliser des filtres standard pour remédier aux EMI d'alimentation, dans le cas des sections RF, il est souvent nécessaire de concevoir des filtres personnalisés. Pour aider les concepteurs, TDK Corp. propose le RF-KIT, un kit de composants de filtres RF pour les systèmes fonctionnant à 900 MHz et 2,4 gigahertz (GHz). Le kit inclut 290 pièces, soit 29 valeurs pour chacun des 10 composants de filtres à montage en surface différents, notamment des symétriseurs, des multiplexeurs et des filtres RF.

Figure 4 : TDK Corp. simplifie la conception de filtres personnalisés pour les bandes 900 MHz et 2,4 GHz avec un kit de conception de filtres RF de 290 pièces. (Source de l'image : TDK Corp.)

Conclusion

Les problèmes d'EMI peuvent être difficiles à identifier et à résoudre, et peuvent compromettre les performances du système. Comme le montre l'expérience du SpaceShipTwo, il est important de réaliser des tests minutieux et d'identifier les problèmes d'EMI le plus tôt possible dans le processus de conception. Les perturbations liées aux EMI qui surviennent plus tard dans le cycle de conception peuvent entraîner d'importants retards. Heureusement, les concepteurs disposent de plusieurs moyens pour atténuer la sensibilité aux EMI et leurs émissions.