A interferência eletromagnética (EMI) é um problema que causa dor de cabeça, mas geralmente é inevitável em muitos projetos de sistemas. Este problema é omnipresente e extremamente prejudicial, e o seu impacto tornar-se-á mais grave à medida que a frequência de trabalho aumentar. A EMI pode ser irradiada pelo ar, conduzida através de linhas de sinal e energia e injetada em circuitos ou usada como antenas para emiti-la novamente.
Se um produto gerar ou irradiar EMI (ou seja, "fonte de interferência"), ele poderá interferir na operação normal de sistemas próximos, falhar nos testes de conformidade e ser proibido de ser lançado. Pelo contrário, se um produto estiver na função oposta e se tornar um receptor intencional ou não de EMI (ou seja, um "objeto perturbado"), ele poderá sofrer falhas intermitentes inexplicáveis, falhas e desempenho instável.
O impacto destas questões é abrangente, desde situações um pouco cómicas, como o velocímetro sem fios da minha bicicleta, até situações potencialmente fatais, como aviões ou hospitais, e causando enormes perdas nas linhas de produção. Meu velocímetro opera na faixa de frequência de 432 MHz e, por algum motivo, em um trecho de estrada de 100 metros entre uma casa remota e os trilhos próximos da Amtrak (com uma linha aérea de 20 kV acima dos trilhos), a leitura mostra consistentemente entre 65 e 85 MPH.
Como minimizar o impacto da EMI
Reduzir ou eliminar fontes de EMI e seus efeitos pode ser simples e complexo. As etapas básicas incluem aterramento suficiente, blindagem abrangente, desvio razoável e, claro, o uso de filtros. Além dessas etapas, geralmente existe o “Princípio de Pareto”: eliminar 80% de interferência requer apenas 20% de esforço, enquanto eliminar os 20% restantes de interferência pode exigir 80% de esforço.
Qualquer lacuna na caixa, como a necessária para plugues e soquetes de conectores, é como uma porta que permite a passagem de energia EMI em ambas as direções. No entanto, se a EMI for causada apenas pela energia irradiada, os conectores blindados podem resolver o problema.
Décadas atrás, as pessoas começaram a abordar esse problema, inicialmente usando cabos coaxiais e conectores clássicos SO-239 e PL-259 fêmea e macho, bem como conectores da série BNC. No entanto, esses conectores RF totalmente blindados podem suportar apenas um sinal cada e não são adequados para uso com fontes de alimentação CC e sinais não RF.
Uma boa alternativa é “voltar ao futuro” usando um tipo de conector que já dominou os links de comunicação e outras interfaces: o conector ultra pequeno tipo D (D-Sub) produzido por empresas como a Molex (Figura 1). Antes do surgimento das portas USB e paralelas, engenheiros e muitos consumidores usavam esse conector versão de 9 pinos (conhecido como DB-9) como um dispositivo de interconexão para o protocolo serial RS-232.
Figura 1: A série de conectores e adaptadores D-sub amplamente utilizados e duráveis, com vários números de contato, classificações elétricas, largura de banda de filtragem EMI e métodos de terminação física; Os filtros Pi podem resolver o problema de EMI conduzida. (Fonte da imagem: Molex)
USB e Ethernet substituíram amplamente o RS-232, portanto este protocolo está agora presente principalmente em sistemas legados e raramente é usado em novos designs; No entanto, o conector D-sub sobreviveu. Existem muitas razões pelas quais este tipo de conector é durável:
O design de metal com metal sem costura fornece 100% de blindagem para os fios.
A estrutura mecânica é robusta e durável e pode ser travada de forma confiável entre conectores emparelhados usando pinos e parafusos.
Existem várias versões disponíveis para seleção, incluindo 9 pinos, 15 pinos, 25 pinos, 37 pinos e 50 pinos.
Fornece vários métodos de terminação, incluindo copos de solda e pinos de placa de circuito impresso (PCB) de inserção direta ou em ângulo reto.
Quando bloquear por si só não é suficiente para resolver o problema
A blindagem dos conectores D-sub resolve o problema da energia EMI irradiada, mas não pode resolver o problema da EMI conduzida. Portanto, a série de adaptadores e conectores D-sub Pi de alto desempenho da Molex para filtragem EMI (veja também a Figura 1) tornou-se uma solução atraente.
Esses conectores possuem filtros EMI integrados em seus contatos, portanto não há necessidade de ocupar espaço adicional ou adicionar componentes na placa de circuito impresso. O fio terra e o fio isolado estão localizados no mesmo conector, economizando ainda mais espaço. Eles oferecem uma variedade de estruturas mecânicas e tipos de terminais para atender aos requisitos de projeto.
O filtro integrado pode impedir que a EMI conduzida passe pelo conector, reduzindo assim a EMI em cenários críticos, como controle de motor de aeronave, rádio integrado, equipamento de imagem, equipamento de processamento e muitos outros cenários de aplicação.
Os principais recursos do adaptador e conector incluem:
Estrutura: O invólucro fundido integrado e a estrutura interna totalmente soldada melhoram o desempenho mecânico e elétrico, evitando mau funcionamento em ambientes de alta vibração. Esses conectores estão em conformidade com o padrão M24308 (MIL-DTL-24308). Seu invólucro de poliéster preenchido com fibra de vidro também atende ao padrão retardador de chama UL 94 V-0.
Resistência elétrica: Esses conectores podem suportar quedas de raios DO-160 Nível IV e condições ambientais transitórias de CA no padrão de teste de ambiente de hardware integrado.
Filtragem elétrica: Usando uma configuração Pi de três elementos (capacitor, indutor e capacitor), o filtro pode absorver ruído de alta frequência das linhas de energia e sinal. Sua inclinação acentuada de atenuação ajuda a suprimir EMI de banda larga.
Capacitores de alimentação: Para evitar transmissão desnecessária de sinal no ponto de interconexão, os capacitores de alimentação fornecem um caminho de aterramento de baixa impedância. Esses capacitores podem reduzir efetivamente a radiação conduzida, especialmente em gabinetes blindados onde os capacitores tradicionais apresentam desempenho insatisfatório.
Componentes indutivos (ferrite, bobinas toroidais): Esses componentes absorvem energia de alta frequência e a dissipam na forma de calor, minimizando o acoplamento acidental.
A frequência de corte da filtragem EMI pode ser selecionada pelo usuário, pois esses conectores fornecem uma ampla faixa de valores de capacitância, correspondendo a uma ampla faixa de frequências de corte e perdas de inserção relacionadas (Figura 2).