Compatibilidade Eletromagnética


A compatibilidade eletromagnética (EMC – Electromagnetic Compatibility), fundamentalmente, é a ausência da interferência eletromagnética (EMI – Electromagnetic Interference). Já o EMI é o processo no qual a energia eletromagnética é acoplada entre dispositivos eletrônicos de forma radiada e/ou conduzida de maneira involuntária.

Logo, ao afirmar que um produto possui compatibilidade eletromagnética, diz-se que o mesmo é compatível com o seu ambiente eletromagnético e não causa interferências em outros produtos nem a si próprio. Este produto também é imune às emissões eletromagnéticas provenientes de fontes externas. Podemos citar aqui exemplos de EMI como sistemas de sons que sofrem uma interferência de sinal de celular GSM gerando um ruído bem conhecido e interferência em televisões gerando uma imagem de puro ruído (conhecido popularmente como chuvisco) ocasionados por raios ou ausência do sinal transmitido.

Para identificar se um dispositivo eletrônico possui EMC satisfatória é importante realizar o estudo que determina a capacidade de um dispositivo eletrônico de ser imune a emissões externas, conhecido por susceptibilidade eletromagnética (EMS – Electromagnetic Susceptibility). Neste contexto, EMC abrange tanto EMI quanto EMS, e os testes podem ser estruturados conforme indica a figura abaixo:

Estrutura de testes de EMC

Estrutura de testes de EMC

Durante a realização de testes de EMC, o produto ou protótipo é chamado de equipamento sob teste (EUT – Equipment Under Test).

Interferência Eletromagnética
Os efeitos de EMI têm origem na combinação das disciplinas de RF (Radiofrequência) e circuitos digitais. Isso significa que as geometrias, como por exemplo, trilhas de uma placa de circuito impresso (PCB – Print Circuit Board), blindagem e antenas de um EUT, devem ser estudadas sob a óptica de RF. Porém, estas geometrias atuam como um canal de comunicação de um sinal elétrico, cuja análise deve ser feita fundamentada na teoria de circuitos.

Com a natural tendência e evolução de dispositivos sem fio trabalhando em velocidades cada vez mais elevada (seja na transmissão de dados ou até mesmo na velocidade de sinais digitais) a potencialidade de problemas devido a EMI vem aumentando significativamente. Os mais diversos segmentos da indústria (automotivo, aeroespacial, appliances etc.) precisam certificar os produtos eletrônicos em determinadas normas de EMC estabelecidas por órgãos como FCC, IEC, CISPR e no Brasil ANATEL.

Como solucionar problemas de EMI
A simulação computacional entra como ferramenta fundamental para mitigar problemas de EMI uma vez que permite a visualização de campos eletromagnéticos – campos que são dificilmente obtidos e visualizados experimentalmente – possibilitando a certificação virtual dos produtos nas fases iniciais de desenvolvimento, sem a necessidade de um protótipo físico.

Veja na figura abaixo o campo elétrico gerado por sinais digitais e antenas em uma PCB (Placa de Circuito Impresso) de alguns smarthphones calculado pelo ANSYS HFSS.

Campo elétrico em smartphones calculado pelo ANSYS HFSS

Campo elétrico em smartphones calculado pelo ANSYS HFSS

O software ANSYS HFSS tem a capacidade de simular estruturas 3D e também circuitos. Com isso é possível observar a forma de onda de um sinal em qualquer ponto do produto. Na figura abaixo temos um sinal digital de uma memória DDR3 sofrendo interferência de um transmissor Bluetooth posicionado próximo as trilhas de dados. Por meio da simulação computacional podemos verificar se o produto atende as normas de EMC reduzindo assim o número de protótipos físicos e testes de certificação.

Diagrama de olho de um sinal digital sob EMI de um transmissor Bluetooth

Diagrama de olho de um sinal digital sob EMI de um transmissor Bluetooth

O conteúdo eletrônico de um automóvel, por exemplo, cresce 15% por ano em média e isso faz crescer a preocupação em relação a EMI. Os veículos devem ser imunes a ruídos eletromagnéticos externos, garantindo assim o correto funcionamento da arquitetura eletroeletrônica. Desta forma, pode-se evitar problemas como ruídos no sistema de som ou até mesmo ativação de sistemas de segurança (airbag, por exemplo) de maneira involuntária.

Veja como a FCA Brazil utiliza o ANSYS HFSS para realizar testes virtuais de imunidade radiada aqui.

Teste virtual de imunidade radiada automotivo realizado pela FCA no ANSYS HFSS.

Teste virtual de imunidade radiada automotiva realizado pela FCA no ANSYS HFSS.

Na área aeroespacial, além de todos os sistemas embarcados, uma grande quantidade de antenas está presente nas aeronaves. A interferência entre os sistemas de RF é conhecida como antena cosite que envolve as antenas de todo o sistema de transmissão e recepção.

O módulo opcional ANSYS RF Option agora também integra o ANSYS EMIT, software líder para identificação de RF cosite e interferência eletromagnética entre múltiplos transmissores/receptores. O software permite a identificação de problemas através da análise de sistemas incluindo modelos de multifidelidade para acoplamento de antenas, sistemas de RF, cabos, filtros e amplificadores.

A possibilidade de linkar modelos HFSS com o EMIT permite realizar análises de extrema acurácia. A análise abaixo de RF cosite realizada no ANSYS EMIT de uma aeronave não tripulada mostra a matriz de acoplamento de antenas e a origem de EMI devido a produto de intermodulação.

Análise de RF Cosite no ANSYS EMIT

Análise de RF Cosite no ANSYS EMIT

Os problemas de EMC podem parecer complexos, porém, com o auxílio de ferramentas de simulação computacional é possível investigarmos com mais detalhes e rapidamente as possíveis fontes de ruído e como podemos melhorar a imunidade ou diminuir as emissões de um produto.

O vídeo abaixo ilustra de uma maneira didática, por meio da simulação, diversos casos de EMI que fazem parte do nosso dia a dia.

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