>Siemens LOGO verkar ha ett skydd också mot EMC och strömspikar, misstänker jag.
Lite som att påstå att regn måste skyddas mot paraplyer.
Om man tror att regn kan skydda mot paraplyer eller att man kan skydda elektronik mot EMC så har man nog lite att läsa på vad vad EMC står för.
Det är iofs vanligt bland icke-tekniker att man hört talas om förkortningen EMC i samband med att elektronik går upp i rök när närbelägen transient-källa aktiveras så man kanske gör kopplingen att man måste skydda sej
mot EMC
Att benämningarna i sej inte är dödsviktiga är en sak men det blir ibland helt tokigt och man kan ana att det inte finns någon god förståelse när man förväxlar normer med mätmoder inom ett visserligen mycket tekniskt krävande teknik-område, vilket man bör kunna om man ska ge sej ut i verkliga världen med sin produkt.
En allmän orientering om vad EMC är och vad dess vanligaste undergrupper står för.
Om man börjar med att uttyda vad förkortningen av EMC står för så kan man nog utan så stor teknisk kunskap ana att det i vart fall inte står för transienter och störningar.
C i EMC står för engelskans "kompatibilitet". Lite motsatsen till störning och det vill man ju inte skydda sej mot.
Electro
Magnetic
Compatibility är enklast förklarat en uppsättning mät-normer av EM. Varför skydd sej mot normer ?
Mätnormerna ger referens till hur pass väl två olika elektroniska enheter kan samexistera inom ett visst utrymme utan att de riskerar störa eller förstöra sej själv eller omgivningen.
Även icke elektroniska enheter kan komma i fråga för dessa normer men vi kan lämna dom så länge.
En "enhet" är oftast en fristående utrustning såsom dator, bil, flygplan, mobiltelefon eller fjärrkontroll.
Bokstaven C i EMC står för kompatibilitet => mätnormerna ger en mätmetod och ofta gränsvärden hur pass bra olika enheter kan samexistera, flygplan och mobiltelefon t.ex.
Mätnormerna i sej jämför inte alla flygplans-typer relativt alla mobiltelefoner, hur väl dessa kan samexistera utan man mäter varje enhet för sej.
Det man mäter är elektriska och magnetiska fält men dessa mätningar delas upp i en mängd underkategorier, närfält, fjärrfält, strålat och ledningsbundet.
Här finns en mängd förkortningar som beskriver olika underkategorier, EMI,ESD,EMR,EMS och EMP är några av de vanligare.
I EMC definerade mätningar och utvärderingar kan se olika ut beroende på i vilken riktning man mäter, till eller ifrån objektet och det finns olika kategorier som gör att t,ex mätnormer specar olika mätuppställningar om utrustning ska användas mobilt, på sjukhus eller på brandfarlig plats och mycket annat. Dessutom tillkommer industriella aspekter, liksom ett flertal regelverk för olika militära specifikationer såsom EMSEC som i sin tur även sorterar under COMSEC, tidigare känt som Tempest eller i Sverige som RöS (
RÖjande Signalering).
Det finns en mängd andra klassningar på mätnormer som är satt av t.ex. fordonsindustrin eller det lite mera exotisk rymdindustrin. Den senare innebär att man tar hänsyn till att service-barheten inte är densamma som på jorden och på vad sätt hårdvaran degenereras pga av kort och långvarig strålning av olika slag.
Under EMC finns olika typer av EM-händelser definierade, t.ex. transienter av olika slag. En vanlig typ av transient är ESD, höga spänningsurladdningar till följd av hantering eller miljö, där det finns mätmoder för allt från fullskaliga urladdning via åsk-blixtar till de nivåer som kan förekomma när man klappar katten.
Mätningar av ESD är oftast av närfälts-karaktär men det finns även specat moder för fjärrfält. En sådan fjärrfält-mod är EMP, den EM-puls som evt. kan uppstå när stor mängd energi snabbt frigörs. Vanligen bekant som resultat av en typ av höghöjd kärnvapen-explosion men explosioner på marknivå kan också ge samma fenomen och även åskurladdningar brukar ses som närbesläktad del av EMP.
För mycket av enklare elektronik typ mobiltelefon görs enklare tester med t.ex. ESD-pistol med ett antal förutbestämda spänningsöverslag, antal, spänning och varighet, där man sedan undersöker om hårdvaran överlevde, utan att analysera eventuell degenerering. Många andra mätnormer tillämpas inte heller på mobilen såsom EMP, men däremot kan vissa andra mätningar göras för ruggade telefoner som ska tåla extremare omgivningar, temperatur, gas, brandsäkerhet osv.
En "störning", oavsiktligt avgiven eller mottagen EM kallas generellt för EMI där
I står för interferens. Störningen kan vara hårdvarudestruktiv så att mätobjekten avlider eller slutar fungera som tänkt eller bara leder till tillfälligt felaktig funktion. En sådan interferens kan vara både internt genererad i utrustningen eller utifrån pålagd.
I sammanhanget ska nämnas att man inom normerna som finns för EMC skiljer på EM-signalvägars karaktär där man anger fyra huvudgrupper:
1. Konduktiv galvanisk koppling
2. Kapacitiv närfältskoppling (höga spänningar).
3. Induktiv närfältskoppling (höga strömmar).
4. Strålad fjärrfältskoppling.
Mätmoderna är närfält som typiskt i ett mätlab mäts med kort loop, fjärrfält mäts vanligen med bikon och trådbundet med LISN.
Däremellan förekommer ett antal fasta mätavstånd, mättuppställningar och gränsvärden som specificeras av olika länders EMC tillsynsorganisationer/regulatorer.
I USA finns den för resten av världen ofta normgivande regulatorn vad gäller EMC för småelektronik, FCC. Inom EU har vi ETSI, TRAI i Indien, KCC i Korea, ACMA i Australien och SRRC-MII i Kina.
Det är vanligt att man först väljer att få sin utrustning godkänd av FCC och om det går vägen så är det oftast relativt små problem med resten av världen, om man nu vill sälja på alla marknader.
Indirekt kan komma in andra regulatorer att ta hänsyn till som övervakar radiofrekvensanvändning, brand och miljö såsom för Europa: EU, CEPT, ITU och UL för brand.
Ursprungs och branddirektiv samt miljö-drektiv typ RoHS2 börjar nu bli snårigt då det inverkar på många av de materialval man kan göra för att bäst hantera EMC.
Öka kompatibiliteten för interferens är vad man vill åstadkomma på PCB-nivå såväl som för helheten, ett flygplan t.ex. för att få högre grad av EMC och därmed ofta bättre driftsäkerhet.
På PCB-nivå kan man analysera EMI och det finns flera datorprogram som kan göra teoretiska värderingar. Det är allt från att välja PCB-material, lager-ordning, vakt-ringar skärmning, avkoppling och jord-sektionering (kraft, signal, analog, digital RF mm) Som PCB-designer tittar man mycket på resulterande loop-arean för den signal man vill skydda eller skydda från omgivningen och vilka andra signaler den delar jordströmmar med.
En avkopplingskondensator kan med resulterande loop-area öka ett problem istället för tvärs om. Många tänker även att en avkopplingskondensator är något man avc rutin generellt använder nära signalkällors signalväg och spänningsmatning utan att fundera över vad en kondensator utför. Detta kan bli stora problem när det blir kompata designer. En kondensator tar inte bort en oönskad spänningspuls eller delar av dess frekvensspektrum, den omvandlar spänningspulsen till en ström-puls som absorberas i signalkällan som värme men genom att den vägen går genom jord är risken stor att strömstöten även induceras i andra signalers jordslingor eller för den delen, mellan två närliggande bondledningar i chippet.
Det är ett inte alls ovanligt fenomen då ett chip kan ha flera olika sektionerade jordledningar och spänningsmatningar som inte alltid fäst så stor uppmärksamhet att det kan vara olämpligt att dra alla jordledning till samma jord utan sektionering.
Det är samma med olika nivåer av skärmning där man inte alltid fundera över vilken jordpotential skärmen kopplas till och vad det kan innebära för t.ex. anslutna skärmade kablar.
Ett vanligt design-problem på PCB-nivå är hur GPIO ska skyddas så att de varken skadar omgivning eller omgivningen skadar det som finns på kretskortet.
En fördel är om man vet karkatären på signalerna och frekvensområden, trådat eller trådlöst.
Som exempel om omgivningen ställer krav på hög ESD-tålighet så är det bra att designa skyddet efter detta och här finns ett antal enkla tumregler för olika typer av interferens.
En sådan är att nästan all ESD-energi som avsätts på kretskortet finns under 30 MHz. Om signalvägen man vill skydda är en RF-utgång för WiFi så fås ett billigt och enkelt skydd genom att placera dioder eller en induktor på 15nH till jord så nära yttre kanten av PCB som möjligt.
Problemet är att man måste se till att jorden i detta sammanhang är lågimpediv, vilket kan vara riktigt svårt att åstadkomma oavsett antal jordlager. Det generella är att man jordar i flytande jordö som peppras med plätteringar till ett obrutet RF-jordplan för att få minsta ledningsinduktans i jordslingan. Det går tyvärr ofta inte av utrymmes-skäl att skapa stora öar men man får ta det som ges och beroende på hur kritsik tillämpningen är bör man räkna på induktorns resistans neråt 1-10 MHz för att kolla så att inte skadliga lågnivåer kan induceras. Detta kan ju t.ex. skada RF-slutsteg om en närmast DC-nivå kortvarigt överlagras.
Det finns mängder med färdiga beskrivningar hur man skyddar mer lågfrekventa signalvägar från och till omvärlden men man kan ruinera hela skyddet om det implementeras utan tanke på PCB.
Ofta bortglömt är fördelen en ferrit-pärla kan medföra för efterföljande skyddsåtgärder. Beroende på ferrit-typ men allmänt så skapar ferriten förutom en induktans även en betydlig resistiv bit som biter udden av energirika störningar i frekvens intervall upp till 100-2000 MHz genom att absorbera dessa som värme. Det har många fördelar gentemot många andra skydd baserat t.ex. kondensatorer som kan skapa signaldeformering, reflektioner och fördröjning på mottagen/avgiven signal. Detta gäller om det är tidskritiska funktioner, klockor , triggers. Tyvärr så är ferriter, baluner mm oftast betraktade som för dyra på prispressade produkter så oftast får man som designer gör så gott det går med kondensatorer, induktanser och kondensatorer. För effektelektronik och konkreta nätdelar för anslutning till fast elnät så tillkommer en mängs andra olika skydd, allt från offer-motstånd, hela sortimentet av spänningsberoende komponenter, VDR, glimlampor och konventionella nätfilter.
Avgivna signalvägar liksom spänningsmatning är och ska hanteras som signalingångar från omgivningen då de är det ur ett flertal kopplingsmöjligheter och kan påverka funktion på olika sätt.
Om optimal EMC inte måste vägas mot kostnad, komplexitet och designerns förmåga att förstå hur EMI hanteras skulle alla apparater tåla alla typer av EMP/ESD/EMI/EMR och aldrig gå sönder för att någon vänder batterier bakfram eller lägger in datorhöljets ojordade 110 Volt som mikrofon-signal.
För en enskild krets, såsom en MCU finns ofta applikationsexempel med grundläggande design-information om man måste hantera evt kringkomponenter på specifikt sätt för god EMC-design.
God EMC är till stor del något som kommer automatiskt när man lär sej förstå hur signaler i olika former hanteras. Ofta mycket lärorikt att i efterhand felsöka och korrigera ett kretskort som har EMC-problem. Proba med loopar och elektriska prober och jämför konsekvenserna av olika åtgärder ger ibland mycket mer insikt än vad teoretiskt beräknande ger.
Om man vill designa en krets som ska uppfylla EMC villkoren för att få användas på en oljerigg eller flygplan eller bil så finns allt sådant standardiserat för varje grupp men som vanligt är dessa standarder lite svåråtkomliga då de kostar pengar. Inte ovanligt att ett papper kostar en tusenlapp och det sedan grovt bara innehåller hänvisningar till 10 andra standarder. så det kan bli dyrt om man behöver en komplett standard.
Är man oskrivet blad vad gäller EMC får man börja med att lära sej lite teori. Finns massor med EMC-kurser både IRL och online men man kan också hitta mycket på egen hand.
Antag att man vill sälja in en diodblinkare till FORD. Utöver generella fordons-standrader så har FORD givit ut en liten snabb-kurs för icke-EMC-tekniker:
https://www.fordemc.com/docs/download/E ... %20PCB.pdf
Varje större chip-tillverkare har grundläggande information och åtminstoine TI har några rätt välkända kompendier i både bok och PDF-form.
Generella PCB-design-råd i allmänhet finns här t.ex.:
https://www.academyofemc.com/emc-design-guidelines
Vill man veta hur EMC i allmänhet mäts och hur gränsvärden sätts i olika sammanhang så är detta en snabbkurs:
http://ntuemc.tw/upload/file/20120419205638f3e25.pdf
Som vanligt lite långt text men EMC är inte något som man lär sej på en eftermiddag utan är ett eget teknikområde med flera tunga delområden där ofta nishade teknik-nivån är hög.
Det är ett komplext ämne och många gör inte annat än att bygga kunskap inom ett begränsat EMC-område. ABB Västerås har t.ex. forskning och erbjuder tjänster av EMC specifikt för elkraft-industrins behov.
Att mäta enligt fastställda EMC-normer är ofta enklare än att designa väl för små EMC-relaterad problem, mätning kräver måttligt EMC-kunnande men man måste vara desto bättre mätingenjör, kunna tolka komplicerade normer och specifikationer och hantera en hel del avancerat instrument.
Sverige har relativt många andra länder få mätlaboratorier som erbjuder ackrediterad EMC-certifiering inom någon gren eller som erbjuder sej lösa EMC-problem.
Vi har ett antal lab som erbjuder pre-certifiering för t.ex. FCC. Forna SP i Borås har laggt ned en hel del av sitt tjänte-utbud och bytt namn till RISE:
https://www.ri.se/sv/test-demo/emc-och- ... munikation
Vill man skaffa sej mer EMC-insikt som föeretagsutbildning så rekommenderar jag dessa, som jag känner till hyggligt:
https://www.emcservices.se
De är såvitt jag vet även ackrediterade att mäta t.ex. den relativt nya EN 55032 och andra närliggande Europeiska Normer, EN-xxxx, och kan erbjuda viss design-hjälp för att åtgärda EMC-problem.
SEMKO har bytt namn till Intertek och förefaller ha gått samma väg som SP.
Om xxSEC och närliggande problem samt FCC erbjuder jag vissa tjänster och förmedlar andra.
