Silenziare le EMI alla fonte

Progettare in modo proattivo applicazioni elettroniche silenziose è molto meno costoso che eliminare retroattivamente le interferenze elettromagnetiche (EMI) indesiderate dopo non aver superato i test di compatibilità elettromagnetica (EMC).

Si stima che fino al 50% delle applicazioni non superi il test EMC al primo tentativo. Le spese per i nuovi test, le prove su scheda, il tempo di laboratorio e i ritardi dei progetti possono essere molto elevate, a queste si aggiungono i costi dei ritardi di produzione e distribuzione. Una buona regola pratica da seguire è la seguente: le migliori correzioni delle EMC avvengono prima del primo prototipo.

I progettisti possono ridurre l'incertezza e i tentativi a caso selezionando componenti da una unica linea di prodotti EMC già comprovati, ad esempio quella offerta da Würth Elektronik. L'esteso portafoglio dell'azienda comprende ben oltre 5.000 componenti EMC come ferriti, induttori, condensatori, assorbitori, materiali schermanti e altro - tutti progettati e testati per l'interfunzionalità.

Con la continua spinta verso la miniaturizzazione, la compatibilità elettromagnetica (EMC) sta diventando sempre più un problema. Ad esempio, i nodi di sensori IoT sono sempre più comuni nelle case intelligenti e negli ambienti industriali, medicali e agricoli, ma sono soggetti alle interferenze elettromagnetiche.

I sensori IoT si basano su piccole schede a circuiti stampati, layout densi, alimentatori a commutazione, microcontroller e radio wireless integrate, praticamente fonte di un gran numero di potenziali rumori. Una piccola scheda può incorporare convertitori c.c./c.c., antenne e segnali ad alta velocità, tutti in competizione tra loro per compromettere l'integrità del segnale.

Le soluzioni EMI come le patch WE-EMIP e gli array di ferrite di Würth, possono contribuire a portare ordine nel potenziale caos riducendo le emissioni, preservando l'integrità del segnale e consentendo percorsi più lineari verso la conformità.

Orientamenti per la progettazione

Si immagini un sensore ambientale che trasmette dati tramite una radio Bluetooth Low Energy (BLE). L'uso di un regolatore di commutazione sbagliato può irradiare rumore. L'antenna BLE è sensibile alle interferenze e le linee di comunicazione digitali possono emettere EMI attraverso i rail di alimentazione.

Ecco una guida semplificata su come implementare i componenti di Würth in un progetto predisposto per la compatibilità elettromagnetica:

• Le ferriti su chip WE-CBF di Würth possono essere collocate in serie con le linee di alimentazione—generalmente in corrispondenza dell'ingresso e dell'uscita del regolatore buck—per attenuare il rumore di commutazione ad alta frequenza. Ciò aiuta a sopprimere le EMI condotte per mantenere puliti i rail di alimentazione e limitare le emissioni attraverso tracce su PCB o cavi.
• I condensatori di disaccoppiamento e a effetto di massa possono essere abbinati alle ferriti per attenuare i transitori su VCC e ridurre il ripple. Il condensatore elettrolitico in alluminio 860040573003 di Würth Elektronik è progettato per sopprimere le interferenze EMI e a radiofrequenza (RFI), garantendo un funzionamento stabile di alimentatori, elettrodomestici, contatori intelligenti e dispositivi IoT che richiedono un filtraggio di linea affidabile.
• La patch dell'assorbitore EMI 371001 WE-EMIP (Figura 1) può essere applicata direttamente sopra o in prossimità di componenti rumorosi quali regolatori di commutazione o moduli System-on-Chip (SoC) BLE per assorbire le EMI irradiate e isolare le antenne e i circuiti sensibili dalle interferenze localizzate.

Figura 1: La patch WE-EMIP di Würth è un metodo semplice per isolare i componenti sensibili dalle interferenze elettromagnetiche (EMI). (Immagine per gentile concessione di Würth Elektronik)

• Un induttore di modo comune come la serie WE-CMB HC 74482210002 può sopprimere il rumore sull'ingresso della rete elettrica c.a. per usi quali la prevenzione dei disturbi sulla rete elettrica da parte dei dispositivi di domotica o per garantire energia pulita in ambienti industriali con alti livelli di rumore.
• I componenti sensibili alle interferenze elettromagnetiche (EMI), come MCU, SoC, moduli wireless e oscillatori di clock, possono essere schermati utilizzando una copertura in acciaio stagnato di 14,12 x 14,12 x 2,00 mm a montaggio superficiale, come la serie WE-SHC 3600213120S (Figura 2) per applicazioni embedded compatte.

Figura 2: La serie WE-SHC 3600213120S di Würth scherma i componenti sensibili alle interferenze elettromagnetiche in un involucro compatto, a montaggio superficiale. (Immagine per gentile concessione di Würth Elektronik)

La gamma di varistori per la protezione dei circuiti di Würth Elektronik protegge dai transitori di tensione dovuti a fulmini o eventi ESD. I progettisti possono anche sfruttare gli induttori per bobina di arresto a filtro di Würth per la soppressione in modo differenziale. Sono disponibili anche kit di progettazione di filtri che incorporano specifici assortimenti di componenti passivi, come ferriti, induttori e condensatori. Sono studiati appositamente per la soppressione delle interferenze elettromagnetiche in vari casi d'uso, offrendo ai progettisti metodi pratici e operativi per prototipare e valutare varie soluzioni EMC.

L'azienda offre anche componenti complementari in grado di semplificare lo sviluppo di sensori ambientali compatti e connessi. Tra questi si annoverano i moduli radio pre-certificati per la connettività IoT cellulare, Wi-Fi e Bluetooth, così come i sensori di temperatura e umidità basati su MEMS che assicurano un'acquisizione dati affidabile e a basso consumo in un fattore di forma compatto.

Conclusione

I componenti di Würth Elektronik costituiscono un kit completo per la realizzazione di applicazioni robuste e conformi alle norme EMC, studiate su misura per le esigenze dei moderni sistemi elettronici e IoT. Questi componenti risolvono sfide chiave quali la soppressione delle interferenze elettromagnetiche (EMI) e la protezione dai transitori di tensione, migliorando al contempo l'affidabilità e le prestazioni dei sensori ambientali compatti e connessi. L'ampio catalogo di prodotti EMC e i kit di progettazione dell'azienda sono un ottimo punto di riferimento per i progettisti per soddisfare le loro esigenze.