Den elektromagnetiske kompatibiliteten eller EMC (engelsk, elektromagnetisk kompatibilitet eller EMC ) er evnen til en enhet eller et elektrisk , eller elektronisk system , til å fungere som beregnet i miljøet elektromagnetisk som enheten er designet for uten å produsere utålelige elektromagnetiske forstyrrelser.
God elektromagnetisk kompatibilitet beskriver en tilstand av "godt elektromagnetisk nabolag":
De forskjellige forskriftene krever at det overholdes et nivå av elektromagnetisk kompatibilitet ( europeiske direktiver , FCC for USA osv.). Til støtte for dette regelverket har standarder etablert metoder for å vurdere forstyrrelser, samt grenser for forstyrrelsesnivået som ikke skal overskrides eller tolereres i et gitt miljø.
Elektromagnetisk kompatibilitet gjelder ikke de biologiske og miljømessige effektene av elektromagnetiske felt .
Elektromagnetisk fenomen som kan forårsake funksjonelle forstyrrelser på et apparat, apparat eller system eller å påvirke levende eller inert materie negativt. En elektromagnetisk forstyrrelse kan være støy, et uønsket signal eller en modifisering av selve forplantningsmediet.
Mesteparten av elektrisk og elektronisk utstyr genererer elektromagnetiske felt som er merkbare i omgivelsene; alle disse feltene skaper reell forurensning som noen ganger forstyrrer driften av annet utstyr.
Kompatibiliteten må sikres i begge retninger, den ene ledes til å definere to typer fenomener:
Når en elektromagnetisk inkompatibilitet vises, må disse tre elementene vurderes:
Når minst ett av disse elementene mangler, gjenopprettes CEM.
Konfigurasjonen av "kilde / kobling / offer" -modellen avhenger av skalaen den blir sett på:
Denne typen nedbrytning er ikke ubegrenset: vi ender alltid med å komme til ultimate kilder (funksjonelle signaler, naturlige eller forsettlige fenomener). Ditto for ofrene.
For å karakterisere oppførselen til en enhet uavhengig av de andre , brytes koblingene nødvendigvis i to underkoblinger: kilde / miljø og miljø / offer, og det er derfor standardene påkaller forskjellige typer miljøer. Bolig, lett kommersiell eller industriell i de fleste tilfeller i sivil sektor.
Koblinger er klassifisert i to kategorier:
Grensen mellom de to har et element av vilkårlighet, visse standarder som klassifiserer visse koblinger etter elektrisk eller magnetisk felt (men ikke alle ...) i "lednings" -boksen.
Videre, for koblinger ved stråling, skiller standardene også mellom nærfelt og fjerne felt: En kilde til elektromagnetiske forstyrrelser skaper ofte opprinnelig enten et elektrisk felt eller et magnetfelt. Men i en viss avstand fra denne kilden vil den observerte bølgen være en "plan" elektromagnetisk bølge (også kalt "fjern"), en kombinasjon av et H-felt og et E-felt, med E / H-forholdet = 120 π (≈377 Ω). Denne avstanden er av størrelsesorden av bølgelengden. Dermed vil vi for høye frekvenser alltid ha en plan bølge så snart vi beveger oss litt bort fra kilden.
Standarden kan kreve en følsomhetstest til E-feltet, til H-feltet eller til planbølgen (eller langt felt). Standardene vil kreve planbølgetester ved de høyeste frekvensene, siden vi i høyfrekvenser alltid vil ha en "plan" bølge.
Dette er forstyrrelsene som hovedsakelig kommer fra:
Generelt sett, i forskrifter, bør enhetens immunitet være tilstrekkelig for å unngå funksjonsnedsettelse utover spesifikasjonen under eksponering for denne typen forstyrrelser.
Forbigående forstyrrelserDette er forstyrrelser som hovedsakelig kommer fra:
I regelverket er det generelt akseptert at følsomheten til enheten tillater en midlertidig forringelse av funksjonen, men med selvgjenoppretting av denne funksjonen når forstyrrelsen er over (uten brukerinnblanding).
Kobling er prosessen der energien fra disruptoren når offeret. Hver gang vi snakker om strøm, spenning eller felt, vil vi ikke glemme at dette er elektriske størrelser som varierer over tid.
Vanlig impedanskoblingI dette tilfellet har forstyrrendes elektriske krets en felles impedans med offerets elektriske krets. Ved terminalene til denne vanlige impedansen er det en spenning som genereres av strømmen som strømmer i den forstyrrende kretsen. Siden denne impedansen også er tilstede i offerets kretsløp, opplever dette offeret denne parasittiske spenningen. Eksempel: to enheter er koblet til 230 V- nettverket : en disruptor som genererer parasittiske spenninger på nettverksspenningen, og et offer som bruker nettverksspenningen, og som samtidig gjenoppretter denne parasittiske spenningen.
Kapasitiv koblingI dette tilfellet er det en spenning på en forstyrrende krets som kan produsere forstyrrelser. Det er også en kapasitans mellom denne forstyrrende kretsen og en annen krets, som vil være offeret. Ved denne kapasiteten når forstyrrende elektrisk energi offerkretsen.
Eksempel: fenomenet kapasitiv overhør . En leder som tilhører den forstyrrende kretsen, er i samme kabel som en leder som tilhører offerkretsen. Disse to lederne er tette, det er en kapasitans mellom dem, som er ansvarlig for koblingen. Jo høyere impedansen til offerkretsen er, desto høyere blir koblingen på grunn av spenningsdelerbroen som består av kapasitansen og impedansen til offeret.
Induktiv koblingI dette tilfellet er det en strøm i den forstyrrende kretsen som kan produsere forstyrrelser. I nærheten av denne kretsen er et offerkrets. Strømmen til lederen til den forstyrrende kretsen produserer et magnetfelt rundt det. Dette magnetfeltet induserer en strøm i offerkretsen.
Eksempel: Induktiv overhør . Lederen til den forstyrrende kretsen er i samme kabel som lederen til offerkretsen, og induserer en parasittisk spenning i sistnevnte. Jo lavere impedansen til offerkretsen er, desto mer vil denne spenningen indusere en betydelig forstyrringsenergi i offerkretsen.
Kobling med elektrisk feltDenne koblingen kalles også felt-til-ledningskobling.
Det er et hendende elektrisk felt som vil forårsake forstyrrelser på offerets krets. La oss umiddelbart merke at den kapasitive koblingen som er nevnt ovenfor er av samme art, siden koblingskapasitansen bringer feltlinjer til offeret. Forskjellen her er at disruptoren er lenger borte: I stedet for å identifisere disruptoren selv, identifiserer vi det elektriske feltet som kommer fra den.
Eksempel: det elektriske impulsfeltet fra en tennplugg fra motoren når antennen til en bilradiomottaker.
MagnetfeltkoblingDenne koblingen kalles også felt-til-sløyfekobling.
Det er et magnetfelt som kommer fra en forstyrrelse som krysser offerkretsen, og induserer derfor en parasittisk spenning i denne kretsen. Det er induksjon . Legg også merke til at denne koblingen er av samme art som den induktive koblingen som er sitert ovenfor ... I stedet for å identifisere forstyrreren selv, identifiserer vi magnetfeltet som den har generert.
Eksempel: en tordenbolt nær offeret (og ikke over). Lyn er en elektrostatisk utladning preget av en strøm på flere titusener av ampere, og en økningstid av størrelsen på et mikrosekund. Spenningen indusert i en sløyfe er derfor høy på grunn av den store variasjonen i strømstyrken, men også på grunn av hurtig økning av denne strømmen.
Kobling etter elektromagnetisk feltOfte avgir en forstyrrer både elektriske felt (på grunn av spenninger) og magnetiske felt (på grunn av strømmer); Det er hele disse to feltene som når offeret. Imidlertid, selv om en disruptor i utgangspunktet bare avgir et elektrisk felt, viser Maxwells ligninger at det i en viss avstand fra denne kilden også vil vises et magnetfelt for å danne en elektromagnetisk planbølge (se elektromagnetisk bølge ). Det er det samme hvis forstyrreren bare avgir et magnetfelt i starten. Denne transformasjonen finner sted i en avstand som tilsvarer en ikke ubetydelig brøkdel av bølgelengden. Den er derfor stor for lave frekvenser, men kort for høye frekvenser. Dette er en av grunnene til at EMC-målingene ikke er de samme for lave frekvenser og for høye frekvenser. For høye frekvenser vil vi nesten alltid ha å gjøre med en elektromagnetisk planbølge.
Vi hører ofte om de to formeringsformene: differensialmodus og vanlig modus. Vi kunne ha tatt med disse to definisjonene i koblingsmodusene, men viktigheten av disse to begrepene, spesielt den vanlige modusen, fortjener å bli definert med presisjon.
Formering i differensialmodusTenk på to ledere som er koblet til en elektrisk eller elektronisk enhet. En spenning sies å påføres i symmetrisk (eller differensiell) modus på denne enheten hvis spenning presenteres mellom de to lederne. For eksempel tilføres strømforsyningsspenningen i differensialmodus. Eller til og med spenningen på et par telefonledninger.
Hvis vi ser på kabelen som består av settet med to ledere, er den algebraiske summen av strømmen i denne kabelen null, siden det er en strøm som "går" i den første lederen, og en strøm "retur" med samme intensitet, men motsatt, i andre dirigent.
For å unngå EMC-problemer er det tilstrekkelig at de to lederne er tilstrekkelig nærme.
Vanlig modus forplantningUtbredelsen av en vanlig modusforstyrrelse anses av de fleste EMC-ingeniører å være hovedproblemet med EMC.
Eller en kabel som består av flere ledere, koblet til en elektrisk eller elektronisk enhet. Anta at eksterne elektromagnetiske felt induserer en parasittstrøm i alle ledere på denne kabelen. Denne strømmen kommer inn i offerenheten gjennom denne kabelen. Vær oppmerksom på at i differensialmodus er det i kabelen en leder for den "utgående" strømmen og en leder for "retur" -strømmen. Dette er ikke tilfelle her: det elektromagnetiske feltet har indusert strømmer i fase i alle ledningene på kabelen. Siden det ikke er noen returleder av denne strømmen i denne kabelen, må spørsmålet stilles med hvilken bane den vanlige modusstrømmen vil stenge, siden en strøm i prinsippet går gjennom en lukket krets.
Siden denne strømmen har "gått inn" i enheten, vil den nødvendigvis komme ut av enheten:
Denne strømmen, via disse tre mulige stiene, vil til slutt komme tilbake "til jorden". Den vil da sirkulere i jorden, og vil komme tilbake for å fullføre kretsen, i prinsippet til den andre enden av den aktuelle kabelen. Enden på kabelen vil være enheten kabelen kom fra, for eksempel strømforsyningen osv. Kretsen er dermed lukket.
Denne strømmen sies å være "vanlig modus". Kretsen kan være veldig stor:
Så overflaten på denne kretsen kan være stor, det skyldes det:
Som et resultat kan eksterne forstyrrelser skape høye strømmer i denne kretsen og forstyrre enheten (offerenheten). Faktisk vil denne urovekkende strømmen som kommer inn i enheten, hvis ingenting gjøres, passere gjennom det elektroniske kortet og forstyrre de elektroniske kretsene som det omfatter.
Inntil nå har vi sett på at enheten er et offer. Tenk deg at det er selve enheten som genererer en forstyrrelse i denne kretsen, for eksempel ved å generere en RF-strøm på kabelen. Denne strømmen vil strømme i den vanlige moduskretsen som er nevnt ovenfor. Siden denne kretsen er veldig stor, vil den spille rollen som en antenne og skape forstyrrelser langt borte. Enheten vil være en stor forstyrrer.
For å redusere effekten av disse vanlige modusforstyrrelsene, enten enheten er offer eller forstyrrende, må enheten behandles på passende måte ved inngangstilkoblingene, ved hjelp av passende EMC-beskyttelsesteknikker. For eksempel vil strømene som kommer inn gjennom hver leder av kabelen være pålagt å gå direkte til jorda til enheten, og dermed unngå å passere gjennom kortfunksjonene. Det er også å foretrekke å koble enhetens masse til bakken eller til bakkeplanet (se nedenfor). Eller vi vil prøve å forhindre at disse strømmer kommer inn i enheten ved å tre en ferrittkjerne kalt "common mode suppressor" gjennom kabelen. Det er også mulig å skjerme alle ledningene på kabelen, og koble skjermingen til jorda på enheten ved kabelinntaket. Den vanlige modusstrømmen, som bare passerer ved den ytre overflaten av skjermingen, blir dermed omdirigert til bakken og passerer ikke lenger gjennom det elektroniske kortet. Se videre om å oppnå EMC, fjerning av vanlige modusstrømmer)
Inntil nå har vi vurdert at retur av den vanlige modusstrømmen var via "jorden". I komplekse systemer er det ofte et grunnplan som er felles for de forskjellige innretningene (laboratoriemålingsbenker, kjøretøy osv.) Det er åpenbart da dette planet som tar plassen til "jorden". I dette tilfellet kan vanlige modusforstyrrelser reduseres ved å holde inngangskablene så nær som mulig systemets jordplan, for å redusere overflatearealet til den felles modussløyfen.
Vi har håndtert problemet med den vanlige modusen ved å vurdere strømene. I teknisk litteratur vurderer vi noen ganger ikke strømmen, men de vanlige modus-spenningene. Disse spenningene er til stede mellom ledningene til kabelen og "jorden". Dette er åpenbart et dobbelt synspunkt.
Vanlige modusproblemer oppstår selv for frekvenser på flere hundre megahertz. Vi kan til og med si at dette er de problemene som har multiplisert mest siden spredningen av radioelektriske utslipp. På disse høye frekvensene vil man ganske enkelt merke en forskjell med hensyn til den vanlige modussløyfen: Siden denne sløyfen har dimensjoner større enn bølgelengden, er det ikke lenger nødvendig å ta hensyn til overflaten av sløyfen, men å vurdere alt enkelt at kabelen som kommer inn i apparatet er en antenne som samler forstyrrende stråling. Den vanlige modusbeskyttelsen til offeret vil alltid bestå i å forhindre at disse strømmer kommer inn på det elektroniske kortet. Hvis enheten anses å være forstyrrende, vil vi forhindre at den interne strømmen forlater kortet, og vet at filtreringen vil være den samme.
I EMC-testlaboratoriet er det vanlig å differensiere en bølge i henhold til dens destruktive natur eller ikke. Det vil si i samsvar med tilhørende risiko på elektronikken (eller mer generelt på enheten som testes). Visse bølger er så energiske at de kan "bryte" komponenter som ligger i "banen" til bølgen. For eksempel kan en spenningsbølge (flere kV) bryte isolasjonen og "bryte" sensitive komponenter (tilfelle av DES eller EFT).
Destruktiv bølgeEn sjokkbølge, en rask elektrisk forbigående (TERS eller EFT på engelsk) eller en elektrostatisk utladning (ESD) på grunn av bølgen (flere kV eller kA) kan endre (utmattelse) oppførselen, eller til og med ødelegge komponenter i en produkt. Faktisk blir disse testene vanligvis lansert på slutten av testkampanjen for å forhindre at disse fenomenene endrer oppførselen til en enhet og dommen (samsvar). Enkelte laboratorier (på forespørsel fra designeren eller produsenten) er noen ganger pålagt å utføre disse testene først (dette er debatter om representativiteten til en test og produktets livssyklus).
Generelt er disse fenomenene forbigående og / eller tilfeldige.
Merk: magnetiske bølger regnes ikke som destruktive. På den annen side har de kapasitet til å slette minnet til visse komponenter (ROM, RAM) og derfor gjøre et produkt inaktivt (f.eks. Slette fastvaren til en PLC). Produktet blir imidlertid ikke ødelagt (selv om resultatet kan være det samme, for en produksjonsstans på en automatisert linje).
Ikke-destruktiv bølgeI motsetning til destruktive bølger. Alle bølger som ikke ødelegger en komponent eller som ikke påvirker ESTs oppførsel (utstyr som er underlagt test) permanent.
Vanligvis når den ikke-destruktive bølgen påvirker oppførselen til et produkt. Når denne forstyrrelsen stoppes, går produktet umiddelbart tilbake til forventet oppførsel. Noen ganger er det nødvendig å starte utstyret på nytt. Denne endringen i atferd eller drift er ikke endelig.
Det er en naturlig kilde til parasitt, sannsynligvis den mest utbredte.
Mekanismen er som følger:
Fenomenet "elektrostatisk utladning av menneskelig opprinnelse" modelleres i standardiseringen av:
Med lyn forlater vi ikke feltet med triboelektrisitet, vi endrer bare skala.
For eksempel i cumulonimbus , etter noen titalls minutter, er mengden kumulative elektriske ladninger kolossal. Disse ladningene fordeles tilfeldig i positive eller negative soner, og skaper potensielle forskjeller i størrelsesorden en megavolt. Dette kan skade enheten alvorlig.
Hvis elektrostatiske ladninger akkumuleres på en isolert gjenstand, kan en elektrostatisk utladning oppstå så snart potensialet til dette objektet når en viss verdi: det vil være en utladning mellom dette objektet og et annet objekt i omgivelsene. Selve luften inneholder ladninger: Små ladninger, som består av lysioner, skyldes ionisering av gassmolekyler med UV-stråling fra solen. Større belastninger er ladet støv eller ladede vanndråper. Dermed kan et objekt som beveger seg i luften gjenopprette disse ladningene, noe som vil øke dets elektrostatiske potensial i forhold til omgivelsene. Selv en stasjonær, men isolert gjenstand vil kunne ta opp ladninger hvis luften beveger seg. Av alle disse grunnene hender det ofte at et objekt som forblir isolert, kan generere en elektrostatisk utladning med sitt nærmeste miljø (isolatorer osv.). Hvis objektet er en del av en elektronisk enhet, kan utladningen skje gjennom en isolasjonskondensator og ødelegge sistnevnte. Det er av denne grunn at antennene til telekommunikasjonssystemer aldri blir perfekt isolert kontinuerlig, og at EMC-tester også blir brukt på antennene til radioterminalene.
Radioutstyr, den viktigste kilden til utstrålte elektromagnetiske felt, er underlagt europeisk direktiv 2014/53 / EU, kjent som RE-D .
Hvis de er unntatt fra EMC-direktivet, særlig for det maksimale utslippsnivået (for å oppfylle sine funksjoner), må de gi samme garantier som andre enheter med hensyn til elektromagnetisk kompatibilitet (art. 3, vesentlig krav 1b av RE-D-direktivet ).
Den grunnleggende standarden for immunitet mot elektromagnetiske felt (IEC / EN 61000-4-3) gir mulighet for tester på opptil 6 GHz for å ta hensyn til de høyere frekvensene til sendere (Wifi i 802.11a, WIMAX. .. ). En langsiktig utvikling er planlagt for å utvikle den grunnleggende standarden opp til 18 GHz . Modulasjonen som vanligvis brukes av denne standarden (AM 80% 1 kHz ) er imidlertid ikke representativ for bredbåndsutstyr, selv om enkel AM-modulering er anerkjent som den mest forstyrrende for utstyret.
Grensene for immunitet på det sivile og medisinske feltet bestemmes i henhold til dagens tilfeller i et "typisk" miljø. De nødvendige immunitetsnivåene er 1 V / m (i et beskyttet miljø), 3 V / m (bolig), 10 V / m (industrielt) og 30 V / m (eksepsjonell). I bilindustrien, luftfarts- eller militærfeltet krever visse spesifikasjoner nivåer av immunitet uttrykt i kV / m.
Disse utstyrets immunitetsnivåer gjør at utstyret kan fungere etter hensikten i nærvær av en sender i nærheten. Forskriften gir, gjennom produktstandarder, bruk av en kategori apparater (husholdningsapparater, TV, industri, telefon, etc.) i et "typisk" miljø (bolig, industri, etc.). Imidlertid gjør de "typiske" immunitetsnivåene det ikke mulig å sikre immuniteten til en enhet under alle forhold der den kan plasseres unntaksvis.
Immunitetsgrenseverdiene for utstyr som er anbefalt i sivile standarder, er også lavere enn grensene for menneskelig eksponering. Dermed er det mulig at i umiddelbar nærhet av en emitter (mens denne overholder forskriftene i alle aspekter), kan et utstyr (som også oppfyller forskriftene) bli forstyrret. Dette kan føre til problemer for elektronisk sikkerhets- eller livsstøtteutstyr.
Tenk deg som et eksempel:
Imidlertid tilsvarer 1500 km en kvart bølgelengde (λ / 4) av et signal ved 50 Hz . Av vedlikeholdsårsaker er bare en av de to linjene åpne nær kraftverket. Til slutt dannes en fremoverlinje og en returlinje som ligner på en krets innstilt på λ / 2: spenningen produsert av anlegget er i faseopposisjon på slutten av 3000 km linjen med hensyn til spenningen som kommer direkte fra kraftverket. Man kan enkelt få 800.000 volt rms, bare atskilt med en åpen bryter.
Når bryteren er lukket, blir spenningene i fasemotstand assimilert av styreenheten til kortslutning.
Inntil en ny likevekt er etablert (minst 10 ms for den aperiodiske delen), vil 5 GW produsert av kontrollenheten forbrukes (i sin helhet i øyeblikket for lukking) av den dynamiske kortslutningen.
I det maskerte og fullt sammenkoblede europeiske strømnettet utføres denne typen manøvrer flere ganger om dagen. Imidlertid, siden resonans aldri er eksakt, gir den distribuerte naturen til belastninger og andre kilder demping. Til tross for alt, ved hvert av disse stengningene av store sløyfer, er hele det europeiske nettverket sterkt ubalansert i flere sekunder. Landene "på slutten av linjen" spiller spesielt rollen som en reflektor (derfor en spenningsmage, selv om ingen stående bølger virkelig har tid til å etablere seg).
Denne typen fenomen, selv om den er redusert i den grad det er mulig, setter spor helt til sluttbrukeren. Det er også nødvendig å legge til disse restene alle lignende fenomener (men i mindre skala) som påvirker de forskjellige nettverkene med stadig lavere spenning opp til brukeren.
Arketypen til denne typen kilder er den allestedsnærværende "bytte strømforsyningen".
De fleste moderne elektroniske tavler bruker raske logikkretser. Disse integrerte kretsene og forbindelsene som forbinder dem, er sete for strømmer med bratte fronter, som er i stand til å utstråle elektromagnetiske bølger på et bredt spekter. Selv om det er ganske lave nivåer, kan denne strålingen spesielt forstyrre radiomottakere plassert i nærheten.
For å være overbevist om dette, er det tilstrekkelig å plassere en radiomottaker i nærheten av en datamaskin ... Designerne av disse systemene må respektere EMC-direktivene om stråling av enhetene, og om de utførte utslippene som kan være tilstede på enhetene. kablene til disse enhetene.
Vi må gjøre dette rett til militæret i alle land: siden Archimedes og hans brennende speil , antatt å ha satt fyr på den romerske flåten foran Syracuse , har de sjenerøst finansiert mange ideer om "Ray of Death" , med varierende resultater ( og noen ganger helt uventet, som Radar , hvis vi skal tro biografien til Nikola Tesla ).
Blant mange seriøse eller sprø ideer på dette området er det tre som gjelder CEM:
Allerede i 1946 skaffet USAs regjering to sikkerhet:
Et stort program for atomvåpenprøving ble derfor lansert av det amerikanske militæret. The New Mexico hvor de første testene ble utført, med en befolkningstetthet for høy til å fortsette bestråling, og Japan har blitt en alliert, ble disse testene gjennomført på atollen Bikini . Disse testkampanjene inkluderte forskjellige typer ild: på bakkenivå, under vann, i luften, flybomber, artilleriskall eller miner, inkludert to påfølgende skudd i den øvre atmosfæren .
Etter hvert av disse skuddene skjedde det et strømbrudd på Hawaii, som ligger mer enn 2000 km unna, forårsaket av en gigantisk elektromagnetisk puls, som sammen med kraftlinjene utløste alle strømbryterne. Amerikanske militæransatte skjønte dermed potensialet i en gigantisk elektromagnetisk puls som et våpen.
Elektronisk krigføringForsettlige elektromagnetiske angrep brukes i sammenheng med elektronisk krigføring for å hindre kommunikasjonen til motstanderen, eller for å forårsake funksjonsfeil på utstyret hans.
Elektromagnetiske våpen (MFP)Vi prøver ikke å etablere en (umulig) uttømmende liste, men bare for å gi noen få eksempler.
Ethvert signal med høy formfaktor (for eksempel et pulssignal), uansett om det modulerer en bærer eller ikke, kan forårsake endring av tilstanden til en "logisk" krets . Hvis denne kretsen deltar i en sekvensiell automat (for eksempel en datamaskin), kan den interne tilstanden endres.
Dette er en ekstremt lumsk variant av den forrige saken. Det skal huskes at begrepet "logikkrets" er rent kunstig. Dette er faktisk analoge kretser med ikke-lineær overføring. Som et resultat av en forstyrrelse kan en utgang befinne seg i “½” tilstand (“et sted mellom 0 og 1”) i en tid som kan utgjøre millisekunder.
"Moores lov" som hjelper, dette fenomenet, fremhevet med de første CMOS-logikkretsene, utgjør nå en risiko for alle integrerte kretsteknologier som bruker isolasjon med revers kryss. Under produksjonen av en integrert krets skaper man i forbifarten flere PNPN-strukturer som har tilstrekkelig forsterkning til å utgjøre en tyristor . Det er tilstrekkelig for et pulsfenomen (elektrisk signal eller foton eller ioniserende partikkel) å utløse en av disse tyristorene for at sistnevnte skal kortslutte strømforsyningen. Derfra kan flere ting skje:
Elektromagnetisk kompatibilitet, per definisjon, gjelder bare effekter på utstyr, og ikke på mennesker eller andre biologiske enheter.
Imidlertid må flere elektromagnetiske fenomener vurderes:
For å oppnå eller forbedre kompatibilitet, kan vi spille på de tre vilkårene i "kilde / kobling / offer" triaden:
Dette vil ofte bestå i å behandle miljøet til de elektroniske kortene til den aktuelle enheten, enten det er offeret eller forurenseren. Det er seks metoder for å skille ofre fra kilder:
Den elektromagnetiske skjermingen er å dele opp rommet i separate elektromagnetiske felt, noen "rene" og andre "skitne" uten kommunikasjon mellom dem. I praksis vil et elektronisk kort plasseres i et metallveske som vil beskytte det mot ekstern stråling.
Avskjerming er teoretisk veldig effektiv så snart frekvensene som er involvert overstiger en megahertz. I praksis er det ganske annerledes, fordi et elektronisk kort generelt er i forhold til utsiden av elektriske kabler, om ikke bare av strømforsyningen. Det observeres da at effektiviteten til skjermingen kan reduseres til ingenting hvis "common mode" -strømmen ikke blokkeres på nivået av kabelinnføringene.
Se avsnittet "vanlig modus" for definisjonen. Beskyttelse mot vanlige modus-signaler består for et offeranordning i å forhindre at strømmen som er forårsaket av kablene kommer inn i det elektroniske kortet og forstyrrer funksjonene deri. For forstyrrende enheter består denne beskyttelsen av å forhindre at parasittstrømmer forlater kortet og sirkulerer på de eksterne kablene. Beskyttelsen av felles modus har derfor de samme målene som et skjold og gjør ofte sistnevnte effektiv. Faktisk, som vi har sett, er det ingen vits i å skjerme en enhet hvis forstyrrelsene går gjennom forbindelsene som kommer inn i skjermingen.
Her er noen regler for beskyttelse mot vanlige modus-signaler, gyldige for både kilder og ofre.
Hvis den aktuelle enheten har et metallveske, og hvis kortet har et jordlag, vil det være lettere å oppnå beskyttelse: hvis mulig, skal kablene som kommer inn i kortet skjermes ved å koble denne lederen. Skjerming til kortets jord og over alt, til metallhuset der det kommer inn i huset. Dermed blir den vanlige modusstrømmen, som bare flyter på overflaten av skjoldet, avledet til den ytre overflaten av huset, uten å komme inn i den.
Men det er ikke alltid mulig å skjerme inngangskabelen. Deretter vil det være nødvendig å utføre en filtrering av strømmen til vanlig modus. Selvfølgelig kan common mode-signalene bare filtreres, blokkeres eller frakobles hvis de nyttige signalene som transporteres av lederen har lavere frekvens (dette er frekvensfiltrering, se nedenfor). Hvis de ønsket signalene er i samme bånd som de vanlige modus-signalene, kan kabelskjermen løse problemet.
For å blokkere de felles modussignaler, en felles modus ferritkjerne kjerne kan plasseres rundt kabelen omfatter alle lederne. Det er løsningen for å behandle en komplett enhet og dens kabler, uten å endre enheten.
Ellers, for mer effektivitet, vil vi behandle hver leder av kabelen slik at høyfrekvente strømmer som kommer til lederen blokkeres eller blir ført til bakken på kortet og til metallhuset, med kortest mulig vei.
Tegningen ovenfor viser for eksempel banen til den vanlige modusstrømmen når det gjelder et kort inne i en metallkasse, med frakopling av hver leder av en kondensator: Banen til den vanlige modusstrømmen som kommer fra utsiden er som følger: Den går inn gjennom hver leder av kabelen, passerer den fra lederen til kortet (1), passerer deretter gjennom avkoblingskondensatoren (2), går deretter inn i jordlaget, og fester deretter saken gjennom jordposten (3) og sirkulerer deretter på innsiden av huset, og kommer til slutt ut av huset gjennom hullet i kabelen. Vi må faktisk ikke glemme at strømmen bare sirkulerer på overflaten av metallet og aldri vil passere gjennom veggen i saken! Den vanlige modusstrømmen beveger seg således gjennom en løkke inne i saken.
Således, hvis frakoblingen utføres på kortet, vil det være nødvendig å redusere så mye som mulig sløyfen som den vanlige modusstrømmen beveger seg gjennom boksen, for å unngå stråling inne i denne boksen. For dette trenger du:
For veldig høye frekvenser er impedansen til frakoblingskondensatoren aldri helt null, og frakoblingskondensatoren vil ikke være effektiv nok til å avlede den vanlige modusstrømmen til bakken. Av denne grunn anbefales det å plassere en høyfrekvent stoppimpedans i serie med lederen så snart den kommer på tavlen.
Hvis enheten ikke har et metallhylster , vil beskyttelsen være vanskeligere å oppnå: Vi plasserer filtrering på hver leder, og vi vil gruppere alle kabelinntakene på samme side av kortet: faktisk strømmen i vanlig modus , som går fra en kontakt til en annen som passerer gjennom massen på kortet, vil således ta kortest mulig vei og vil ikke krysse hele kortet. Selv med en enkelt kabelinngang vil den vanlige modusstrømmen ha en tendens til å passere gjennom kapasitansen mellom kortkomponentene og omgivelsene ved kapasitiv kobling. Ved å drive den vanlige modusstrømmen fra starten mot bakken på kortet, reduseres strømmen som går gjennom de andre komponentene. Hvis enheten allerede er designet, er det nest beste alternativet å trå en alminnelig modus-undertrykkelsesferrit med tilstrekkelig impedans inn i kabelen.
Hvis enhetskortet ikke har et jordplan , vil det være svært vanskelig å få beskyttelse. En enkelt kabelinngang bør påføres for å minimere strømmen til vanlig modus gjennom kortet.
Domenet til "nyttige" frekvenser er skilt fra "forurensede" frekvenser; under forutsetning av at de ikke er like, selvfølgelig, fordi ikke alle signaler er "filtrerbare". Vi så for eksempel i avsnittet fjerning av den vanlige modusen at vi kunne "koble fra" ved en kondensator visse tilkoblinger. Dette er vanligvis tilkoblinger for lavfrekvente signaler eller til og med for DC. Denne "frakoblingen" er ikke annet enn lavpassfiltrering.
Filtreringen kan implementeres for symmetrisk modus eller for vanlig modus.
Dessverre bruker moderne teknikker stadig raskere nyttige signaler, og vi kommer ofte imot at nyttige signaler og forstyrrende signaler opptar vanlige frekvensbånd.
Hvis forurensningssignalet ikke er permanent til stede (og dets tilstedeværelse kan forutsies med tilstrekkelig varsel), er det tilstrekkelig å beskytte offeret i dårlig vær. For eksempel :
Generelt sett blir dette referert til som spenningsklipping .
Når det forstyrrende signalet har stor amplitude, risikerer offerets utstyr å lide irreversibel skade; klipping består i å begrense amplituden til det forstyrrende signalet for å beskytte de elektroniske komponentene.
For dette formål finnes såkalte "limiters" -komponenter som plasseres parallelt på tilkoblingene (i vanlig modus eller i differensialmodus). Det er generelt akseptert at enhetens funksjonalitet blir avbrutt på tidspunktet for forstyrrelsen (dette avhenger av kritikken til funksjonene til det aktuelle utstyret i systemet det er installert i. En innebygd datamaskin montert i et fly er må ikke under noen omstendigheter presentere den minste funksjonsfeil under et lynnedslag), hvor klippingskomponenten fremfor alt har en "overlevelses" -funksjon. Det er faktisk ikke mulig å diskriminere det nyttige signalet og det forstyrrende signalet på tidspunktet for klipping. Flere typer komponenter vil bli brukt, avhengig av følgende kriterier:
Generelt er komponentene som brukes ikke-lineære komponenter: dioder, tyristor, ikke-lineær motstand (varistor), gnistgap osv.
Dette innebærer vanligvis å beskytte et analogt signal ved å stole på maskeringseffekten (støy blir bare lagt merke til når det nyttige signalet er svakt eller fraværende. For eksempel:
Når du vurderer EMC for et nytt produkt, er det viktig å begynne med å kjenne miljøet der produktet er ment å brukes. De EMC direktivet definerer “grunnleggende krav” som er forpliktelser resultat. I substansen må produktet verken forstyrres eller forstyrres av miljøet det er ment å brukes i.
I henhold til vurderingsprosedyren som er definert i direktivet, må produsenten av produktet starte med en EMC-vurdering av sitt produkt. Produsenten må derfor definere miljøet der bruken av produktet hans er planlagt (bolig, industri, bil, etc.), fastslå hvilken familie produktet hans tilsvarer den tiltenkte bruken av produktet (for eksempel multimediaenhet, husholdningsapparater, belysning) og på dette grunnlag fastslå om de harmoniserte standardene (eller andre standarder eller tekniske spesifikasjoner) er tilstrekkelige til å påvise at produktet samsvarer med de grunnleggende kravene i direktivet.
Bruk av en standard er ikke obligatorisk. Imidlertid etablerer standardene som CENELEC og ETSI publiserer den nyeste teknologien som er anerkjent av alle interessenter globalt. EMC-direktivet etablerer koblingen mellom harmoniserte standarder og det nyeste innen EMC, og definerer overholdelse av viktige krav. I tillegg garanterer enhetens samsvar med de harmoniserte standardene som er sitert i Den europeiske unions tidende i Europa en formodning om samsvar med de viktigste kravene i direktivet.
Imidlertid kan produsentens EMC-vurdering også ta i betraktning følgende elementer som begrunner en spesifikk teknisk spesifikasjon for produktet som garanterer overholdelse av de grunnleggende kravene i direktivet utover den publiserte standarden:
Uten å være obligatorisk kan produsenten også henvise til et varslet organ som gjør det mulig å validere hele EMC-tekniske filen og få et EU-typeprøvingssertifikat som gir en antagelse om samsvar.
Forskjellige formelle forpliktelser er også nødvendige for å være i samsvar (CE-merking, modellnummer, produsentens og importørens adresse på produktet, samsvarserklæring, EMC-instruksjoner som følger med produktet på det mottakerproduktets språk.).
Det er to hovedtilnærminger:
Uansett tilnærming, må det finnes et optimalt mellom motstridende krav:
Det er to familier med teknikker:
Enhver elektrisk eller elektronisk utstyr, bortsett fra dens grunnleggende drift, fabrikk uten vår kjennskap til vekselstrøm eller puls hvis spektrum i frekvens kan være meget store (noen få hertz til flere gigahertz). Disse strømmer sirkulerer i de forskjellige kablene eller de trykte kretsene til enheten, og når disse lederne er, etter deres lengde, mer eller mindre gode antenner, er det et elektromagnetisk feltemisjon.
Utslipp måles enten utført (ganske lavfrekvente fenomener) eller utstrålt (ganske høyfrekvente fenomener) med enheten som testes i den mest urovekkende driftsmodus.
Ved å endre utformingen av enheten kan nivået som sendes ut reduseres betydelig. En dårlig design fra et CEM-synspunkt kan imidlertid kreve vidtgående modifikasjoner, inkludert når det gjelder ruting. Det er viktig at EMC-problemet blir tatt i betraktning fra starten av designprosjektet.
Akseptable nivåer er generelt standardiserte. Dermed blir det elektriske utstyret til sivile fly behandlet av RTCA / DO160F-standarden (siste versjon, DO160G i utkastversjon), europeisk forbrukerutstyr behandles av europeiske standarder (kvasi-kompatible kopier av CISPR og IEC-publikasjoner) og har CE-merking .
Teknikker som håndterer følsomheter TerminologiEn enhetens følsomhet nivå er graden av forstyrrelse ved hvilket enheten ikke fungerer.
Den immunitetsnivå er det nivå til hvilket anordningen er blitt utsatt for under testene, og til hvilken det skal fungere som normalt.
Den ferdighetsnivå (eller ytelsen kriterium ) er nivået av parametrene observert på produktet anses å være den forventede funksjon av produktet. (Eksempler: Motorhastighetsvariasjonen må ikke endres med mer enn 5% i forhold til innstillingsverdien, signal / støyforholdet til systemet må forbli bedre enn 50 dB , lysstyrken osv.). De fleste produktstandarder (f.eks. EN 55014-2, EN 55035) definerer ferdighetsnivåer for hovedfunksjonene til enhetene. For ikke-standardfunksjoner er det imidlertid bare produktdesigneren som kan definere ferdighetsnivåene og funksjonene som skal vurderes under immunitetstestene. Det kan gjenspeile disse parametrene i dokumentasjonen som følger med produktet til sluttbrukeren.
GenerellEnkelte enheter som brukes i sterkt forurensede omgivelser har et mye høyere immunitetsnivå, for eksempel de som brukes under hetten på biler.
Det er teknikker for å endre utformingen av enheten slik at den er i samsvar med standarden.
Som man kan forestille seg, innebærer samlivet med mange enheter i et fly eller i en bil at alt dette utstyret ikke er integrert i kjøretøyet uten at det er utført alvorlige tester.
CEM vil bestemme: hullene mellom kablene, kabelenes sammensetning, filtrene som skal installeres på utstyret, den mekaniske strukturen rundt utstyret, etc.
Testene fastsatt i standardene gjør det mulig å verifisere at immunitetsnivået respekteres, men hvis testen er i samsvar (ingen funksjonsfeil), gjør de det ikke mulig å vite nivået på følsomheten til enheten.
KvalifikasjonskriterierAvhengig av fenomenet som er simulert under testen, defineres det om utstyret:
Annet elektronisk utstyr og forsettlige sendere produserer elektromagnetiske felt. Utstyret som testes skal fungere normalt når det utsettes for disse elektromagnetiske feltene.
Enheten som testes konfigurert i den mest sannsynlige driftsmåten, er plassert i et anekoisk kammer (eller i et etterklangsmodusblandingskammer (CRBM)). I dette buret er det plassert en sendeantenne, koblet til en effektforsterker, selv forsynt av en radiofrekvenssignalgenerator. Hele det nødvendige spekteret blir deretter frekvensfeid med ønsket feltnivå og modulering.
Det overveldende flertallet av elektroniske enheter som for tiden er på det europeiske forbrukermarkedet, har et immunitetsnivå mot utstrålte elektromagnetiske felt på 3 V / m for frekvenser fra 80 MHz til 2,7 GHz .
Immunitetsnivået på 10 V / m kreves for enheter beregnet på bruk i et industrielt miljø, og elektromedisinsk livsopprettholdende enheter (funksjonsfeil kan drepe umiddelbart).
Flere fenomener blir testet:
Generelt består testprotokollen av å koble en dedikert forstyrrelsesgenerator, via et koblings- / frakoblingsnettverk, til utstyret som testes.
Alt utstyr som inneholder aktiv elektronikk påvirkes av forpliktelsene i EMC-direktivene og forskriftene. Enheter som er markedsført i det europeiske markedet (uavhengig av om de selges, doneres, lånes ut, etc.) må motta en CE-merking som vitner om at kravene som oppstår i alle gjeldende europeiske direktiver og forskrifter, inkludert EMC-direktivet , er overholdt .
Fra synspunktet til EMC-direktivet må faste installasjoner, som ikke er underlagt CE-merking, likevel gi de samme garantiene som enheter som er underlagt det takket være anvendelsen av god teknisk praksis.
I tillegg er det andre markeringer:
Materialer montert på fly er underlagt verdensomspennende sertifiseringer (FAR / JAR), samt spesifikke krav fra flyprodusenter, verifisert under deres kontroll (det er tross alt de som vil ha navnet sitt i avisene i tilfelle problemer ).
Sertifisering erstatter CE-merking.
På den annen side er det luftfartsutstyret som er igjen på bakken CE-merket som det “vanlige” industrielle utstyret det er.
Spesielle krav også til romfartøy og militært utstyr. Hvis statusen til førstnevnte er klar, kommer fritaket for sistnevnte (i de fleste europeiske land) fra en av klausulene i Roma-traktaten, som gir en regjering fullmakt til ikke å anvende en fellesskapsbeslutning på militært utstyr. I Frankrike er denne avgjørelsen, som kun vedrører den "gamle modellen" EMC-direktivet (foreldet i 2007), nedfelt i et interministerielt rundskriv, som tilsynelatende aldri har blitt varslet til EU-kommisjonen.