La interferencia electromagnética (EMI) es un problema que provoca dolores de cabeza, pero a menudo es inevitable, en muchos diseños de sistemas. Este problema es omnipresente y extremadamente dañino, y su impacto será más severo a medida que aumente la frecuencia de trabajo. La EMI se puede irradiar a través del aire, conducirse a través de líneas de señal y de energía, inyectarse en circuitos o usarse como antenas para emitirla nuevamente.
Si un producto genera o irradia EMI (es decir, "fuente de interferencia"), puede interferir con el funcionamiento normal de los sistemas cercanos, fallar las pruebas de cumplimiento y se le prohibirá su lanzamiento. Por el contrario, si un producto desempeña la función opuesta y se convierte en un receptor intencional o no de EMI (es decir, un "objeto perturbado"), puede experimentar fallas intermitentes inexplicables, fallas y un rendimiento inestable.
El impacto de estos problemas es muy amplio, desde situaciones un poco cómicas como el velocímetro inalámbrico de mi bicicleta, hasta situaciones potencialmente mortales, como aviones u hospitales, y que causan enormes pérdidas en las líneas de producción. Mi velocímetro opera en la banda de frecuencia de 432 MHz y, por alguna razón, en un tramo de carretera de 100 yardas entre una casa remota y las vías cercanas de Amtrak (con una línea aérea de 20 kV sobre las vías), la lectura muestra constantemente entre 65 y 85 MPH.
Cómo minimizar el impacto de la EMI
Reducir o eliminar las fuentes de EMI y sus efectos puede ser tanto simple como complejo. Los pasos básicos incluyen una conexión a tierra suficiente, un blindaje completo, una derivación razonable y, por supuesto, el uso de filtros. Además de estos pasos, suele existir el "Principio de Pareto": eliminar el 80% de la interferencia requiere sólo el 20% de esfuerzo, mientras que eliminar el 20% restante de la interferencia puede requerir el 80% de esfuerzo.
Cualquier espacio en la carcasa, como el espacio necesario para los enchufes y enchufes de los conectores, es como una puerta que permite que la energía EMI pase en ambas direcciones. Sin embargo, si la EMI sólo es causada por energía radiada, los conectores blindados pueden resolver el problema.
Hace décadas que se empezó a abordar este tema, utilizando inicialmente cables coaxiales y conectores clásicos SO-239 y PL-259 hembra y macho, así como conectores de la serie BNC. Sin embargo, estos conectores RF totalmente blindados solo admiten una señal cada uno y no son adecuados para su uso con fuentes de alimentación de CC ni señales que no sean de RF.
Una buena alternativa es "regresar al futuro" utilizando un tipo de conector que alguna vez dominó los enlaces de comunicación y otras interfaces: el conector tipo D ultra pequeño (D-Sub) producido por empresas como Molex (Figura 1). Antes de la aparición de los puertos USB y paralelo, los ingenieros y muchos consumidores utilizaban esta versión de 9 pines (conocida como DB-9) como dispositivo de interconexión para el protocolo serie RS-232.
Figura 1: Serie de adaptadores y conectores D-sub duraderos y ampliamente utilizados, con múltiples números de contacto, clasificaciones eléctricas, ancho de banda de filtrado EMI y métodos de terminación física; Los filtros Pi pueden resolver el problema de la EMI conducida. (Fuente de la imagen: Molex)
USB y Ethernet han reemplazado en gran medida al RS-232, por lo que este protocolo ahora está presente principalmente en sistemas heredados y rara vez se utiliza en diseños nuevos; Sin embargo, el conector D-sub ha sobrevivido. Hay muchas razones por las que este tipo de conector es duradero:
El diseño sin costuras de metal con metal proporciona un 100% de blindaje para los cables.
La estructura mecánica es resistente y duradera, y se puede bloquear de manera confiable entre conectores emparejados mediante pasadores y tornillos.
Hay varias versiones disponibles para seleccionar, incluidas 9 pines, 15 pines, 25 pines, 37 pines y 50 pines.
Proporcione múltiples métodos de terminación, incluidas copas de soldadura e inserción directa o pines de placa de circuito impreso (PCB) en ángulo recto.
Cuando bloquear por sí solo no es suficiente para resolver el problema
El blindaje de los conectores sub-D resuelve el problema de la energía EMI radiada, pero no puede resolver el problema de la EMI conducida. Por lo tanto, la serie de conectores y adaptadores D-sub Pi de alto rendimiento de Molex para filtrado EMI (consulte también la Figura 1) se ha convertido en una solución atractiva.
Estos conectores tienen filtros EMI integrados en sus contactos, por lo que no es necesario ocupar espacio adicional ni agregar componentes en la placa de circuito impreso. El cable de conexión a tierra y el cable aislado están ubicados en el mismo conector, lo que ahorra aún más espacio. Ofrecen una variedad de estructuras mecánicas y tipos de terminales para cumplir con los requisitos de diseño.
El filtro incorporado puede evitar que la EMI conducida pase a través del conector, reduciendo así la EMI en escenarios críticos como el control de motores de aviones, radio a bordo, equipos de imágenes, equipos de procesamiento y muchos otros escenarios de aplicaciones.
Las principales características del adaptador y conector incluyen:
Estructura: La carcasa de fundición a presión integrada y la estructura interna completamente soldada mejoran el rendimiento mecánico y eléctrico, evitando fallos de funcionamiento en entornos de alta vibración. Estos conectores cumplen con el estándar M24308 (MIL-DTL-24308). Su carcasa de poliéster rellena de fibra de vidrio también cumple con el estándar retardante de llama UL 94 V-0.
Resistencia eléctrica: Estos conectores pueden soportar rayos DO-160 Nivel IV y condiciones ambientales transitorias de CA en el estándar de prueba del entorno de hardware integrado.
Filtrado eléctrico: utilizando una configuración Pi de tres elementos (condensador, inductor y condensador), el filtro puede absorber el ruido de alta frecuencia de las líneas de alimentación y señal. Su pronunciada pendiente de atenuación ayuda a suprimir la EMI de banda ancha.
Condensadores de alimentación: para evitar la transmisión de señales innecesarias en el punto de interconexión, los condensadores de alimentación proporcionan una ruta de conexión a tierra de baja impedancia. Estos condensadores pueden reducir eficazmente la radiación conducida, especialmente en recintos blindados donde los condensadores tradicionales funcionan mal.
Componentes inductivos (ferrita, bobinas toroidales): Estos componentes absorben energía de alta frecuencia y la disipan en forma de calor, minimizando el acoplamiento accidental.
El usuario puede seleccionar la frecuencia de corte del filtrado EMI, ya que estos conectores proporcionan una amplia gama de valores de capacitancia, correspondientes a una amplia gama de frecuencias de corte y pérdidas de inserción relacionadas (Figura 2).