Le interferenze elettromagnetiche lasciano a terra SpaceShipTwo di Virgin Galactic: evitate che accada anche a voi

Ho avuto ancora una volta la prova di quanto sia importante controllare le interferenze elettromagnetiche (EMI, dette anche interferenze di radiofrequenza o RFI) nei sistemi elettronici dopo aver letto la trascrizione di una call di presentazione dei risultati finanziari di Virgin Galactic, in cui si diceva "Durante il volo di collaudo di dicembre, il motore a razzo si è arrestato all'inizio della sequenza di accensione, perché il computer di bordo ha perso la connessione . . . abbiamo identificato e isolato il problema. Si è trattato di un riavvio del computer, causato con molta probabilità da interferenze elettromagnetiche". Secondo la trascrizione, era stato installato un nuovo sistema informatico di controllo del volo, che era uno dei componenti sotto test.

La trascrizione continuava: "Le interferenze elettromagnetiche sono un problema relativamente comune nei voli aerospaziali. In gennaio procederemo con le modifiche previste per ridurre i livelli di EMI e proteggere maggiormente determinati sistemi . . . Pensiamo di riuscire a completare i lavori entro 8-9 settimane, pertanto il nostro prossimo volo di collaudo si terrà a maggio [era stato originariamente programmato per febbraio]".

Figura 1: SpaceShipTwo di Virgin Galactic, nota anche come VSS Unity, torna al suolo dopo un volo supersonico di collaudo nel 2019. (Immagine per gentile concessione di Virgin Galactic)

Trovare e risolvere i problemi causati dalle interferenze elettromagnetiche può essere difficile. Sebbene si sia riusciti a identificare che l'interruzione della missione dovuta a un riavvio del nuovo sistema informatico di controllo fu causata dalle EMI, senza ulteriori dati è difficile capire in che modo l'azienda sia giunta a questa conclusione e quale influenza abbiano avuto esattamente le interferenze sul sistema. Ciononostante, la situazione dimostra chiaramente l'importanza di inserire pratiche solide di rilevamento e mitigazione delle EMI già nelle prime fasi della progettazione. Rimane comunque difficile prevenire tutte le interferenze, quindi il passaggio successivo consiste nel mitigarle quando vengono rilevate.

Filtrare le interferenze elettromagnetiche

Per fortuna, i progettisti hanno diverse possibilità per gestire le EMI, tra cui filtri per il segnale e le linee dati, filtri di ingresso potenza per controllare l'emissione di interferenze elettromagnetiche e kit di componenti di filtraggio EMI comuni per progettare soluzioni di filtro RF personalizzate. Vediamone tre, un prodotto per ognuna di queste aziende: Bourns, TE Connectivity Corcom Filters e TDK.

Filtri di rete EMI: i progettisti di computer, sistemi di telecomunicazioni, audio, video e industriali possono utilizzare i filtri di rete EMI T di Bourns che offrono dieci diversi intervalli di attenuazione a 25 dB (Figura 2).

Figura 2: I filtri di rete EMI T forniscono ai progettisti dieci alternative a 25 dB di intervallo di attenuazione e ottimi livelli di filtraggio del rumore alle alte frequenze. (Immagine per gentile concessione di Bourns Inc.)

Questi filtri per rete a T sono offerti con campi di frequenza di attenuazione da 800 a 1000 MHz per EMI220T-RC e da 15 a 200 MHz per EMI103T-RC. Se un circuito stampato o sottocircuito è suscettibile a un intervallo specifico di frequenze EMI, l'aggiunta di uno di questi filtri compatti potrebbe mitigare il problema.

Filtri di ingresso potenza: i convertitori di potenza di commutazione possono essere un'importante fonte di interferenza. È possibile ricorrere a filtri di ingresso potenza per garantire un filtraggio avanzato e offrire diversi livelli di mitigazione delle EMI. Inoltre, sostituire un filtro esistente con uno con prestazioni più elevate potrebbe eliminare le emissioni dannose.

Le serie X, Y, Z di TE Connectivity Corcom Filters offrono tre livelli di prestazioni pensati per garantire la conformità della maggior parte delle apparecchiature digitali (incluse quelle con alimentatori a commutazione) con determinati limiti di emissioni EMI. Nello specifico:

• La serie X è progettata per garantire la conformità con i limiti di emissioni previsti da FCC Comma 15J, Classe B.
• La serie Y è progettata per garantire la conformità con i limiti di emissioni previsti da EN55022, Livello A e FCC Comma 15J, Classe B.
• La serie Z è progettata per garantire la conformità con i limiti di emissioni previsti da EN55022, Livello B e FCC Comma 15J, Classe B.

I filtri sono disponibili con montaggio su scheda a foro passante o montaggio esterno (Figura 3).

Figura 3: Le serie X, Y, Z dei filtri di ingresso potenza di TE Connectivity Corcom sono disponibili con montaggio su scheda (a sinistra) e montaggio esterno (a destra). (Immagine per gentile concessione di TE Connectivity Corcom Filters)

Ad esempio, 3EXP (a sinistra) è un filtro di linea monofase a 3 A, 250 V c.a., a bassa dispersione (<0,5 mA), configurato per il montaggio a foro passante.

Kit per progetti con filtri RF personalizzati

Naturalmente il problema delle EMI potrebbe essere dovuto a una maggiore suscettività di un nuovo sistema alle emissioni di sottosistemi adiacenti, come una sezione RF. Sono spesso riuscito a utilizzare filtri standard per gestire le EMI legate all'alimentazione, ma nel caso delle sezioni RF è spesso necessario ricorrere a progetti con filtri personalizzati. Per aiutare i progettisti in queste situazioni, TDK Corp. offre RF-KIT, un kit di filtri RF per sistemi che funzionano a 900 MHz e 2,4 GHz. Il kit comprende 290 pezzi: 29 valori per ciascuno di 10 diversi filtri a montaggio superficiale, tra cui balun, multiplexer e filtri RF.

Figura 4: TDK Corp. semplifica la progettazione di filtri personalizzati per le bande a 900 MHz e 2,4 GHz con un kit di progettazione di 290 pezzi di filtri RF. (Immagine per gentile concessione di TDK Corp.)

Conclusione

I problemi causati dalle interferenze elettromagnetiche possono essere difficili da identificare e risolvere, nonché disastrosi per le prestazioni dei sistemi. Come mostra l'esperienza di SpaceShipTwo, è importante testare attentamente e identificare i problemi legati alle EMI il prima possibile nel processo di progettazione. Se questo tipo di problema si presenta nelle fasi avanzate del ciclo di progettazione, può causare seri ritardi. Per fortuna, i progettisti possono percorrere diverse strade per mitigare sia la suscettività EMI che le emissioni.