Elektromanyetik girişim (EMI), çoğu sistem tasarımında baş ağrısına neden olan ancak çoğu zaman kaçınılmaz bir sorundur. Bu sorun her yerde mevcuttur ve son derece zararlıdır ve çalışma frekansı arttıkça etkisi daha da şiddetli hale gelecektir. EMI hava yoluyla yayılabilir, sinyal ve güç hatları aracılığıyla iletilebilir ve devrelere enjekte edilebilir veya onu tekrar yaymak için anten olarak kullanılabilir.
Bir ürün EMI (yani "parazit kaynağı") üretir veya yayarsa, yakındaki sistemlerin normal çalışmasına müdahale edebilir, uyumluluk testinde başarısız olabilir ve başlatılması yasaklanabilir. Aksine, bir ürün tam tersi bir roldeyse ve kasıtlı veya kasıtsız bir EMI alıcısı (yani "bozulmuş bir nesne") haline gelirse, açıklanamayan aralıklı arızalar, arızalar ve dengesiz performansla karşılaşabilir.
Bu sorunların etkisi, kablosuz bisiklet hız ölçerim gibi biraz komik olmaktan, uçak veya hastane gibi potansiyel olarak yaşamı tehdit eden durumlara ve üretim hatlarında büyük kayıplara neden olmaya kadar geniş bir yelpazededir. Hız ölçerim 432 MHz frekans bandında çalışıyor ve bazı nedenlerden dolayı uzaktaki bir ev ile yakındaki Amtrak rayları arasındaki 100 yardalık bir yolda (rayların üzerinde 20 kV havai hat ile) okuma sürekli olarak 65 ila 85 MPH arasında gösteriyor.
EMI'nin etkisi nasıl en aza indirilir?
EMI kaynaklarını ve etkilerini azaltmak veya ortadan kaldırmak hem basit hem de karmaşık olabilir. Temel adımlar arasında yeterli topraklama, kapsamlı koruma, makul bypass ve elbette filtre kullanımı yer alır. Bu adımlara ek olarak, genellikle "Pareto Prensibi" vardır: Girişimin %80'ini ortadan kaldırmak yalnızca %20 çaba gerektirirken, girişimin geri kalan %20'sini ortadan kaldırmak %80 çaba gerektirebilir.
Konnektör fiş ve prizleri için gerekli olan boşluk gibi kasa üzerinde herhangi bir boşluk, EMI enerjisinin her iki yönde de geçmesine izin veren bir kapı gibidir. Ancak EMI yalnızca yayılan enerjiden kaynaklanıyorsa, korumalı konektörler sorunu çözebilir.
Onlarca yıl önce insanlar, başlangıçta koaksiyel kablolar ve klasik SO-239 ve PL-259 dişi ve erkek konnektörlerin yanı sıra BNC serisi konnektörleri kullanarak bu sorunu çözmeye başladılar. Ancak bu tamamen korumalı RF konektörlerinin her biri yalnızca bir sinyali destekleyebilir ve DC güç kaynakları ve RF olmayan sinyallerle kullanıma uygun değildir.
İyi bir alternatif, bir zamanlar iletişim bağlantılarına ve diğer arayüzlere hakim olan bir konnektör tipini kullanarak "geleceğe dönmektir": Molex gibi şirketlerin ürettiği D tipi ultra küçük (D-Sub) konnektör (Şekil 1). USB ve paralel bağlantı noktalarının ortaya çıkmasından önce, mühendisler ve birçok tüketici bu 9 pinli sürümü (DB-9 olarak bilinir) RS-232 seri protokolü için bir ara bağlantı cihazı olarak kullanıyordu.
Şekil 1: Çoklu iletişim numaraları, elektriksel değerler, EMI filtreleme bant genişliği ve fiziksel sonlandırma yöntemleriyle yaygın olarak kullanılan ve dayanıklı D-sub konnektör ve adaptör serisi; Pi filtreleri yürütülen EMI sorununu çözebilir. (Resim kaynağı: Molex)
USB ve Ethernet büyük ölçüde RS-232'nin yerini almıştır, dolayısıyla bu protokol artık çoğunlukla eski sistemlerde mevcuttur ve yeni tasarımlarda nadiren kullanılmaktadır; Ancak D-sub konektörü hayatta kaldı. Bu tür konektörün dayanıklı olmasının birçok nedeni vardır:
Dikişsiz metalden metale tasarım, kablolar için %100 koruma sağlar.
Mekanik yapı sağlam ve dayanıklıdır ve pimler ve vidalar kullanılarak eşleştirilmiş konektörler arasında güvenilir bir şekilde kilitlenebilir.
9 pinli, 15 pinli, 25 pinli, 37 pinli ve 50 pinli olmak üzere seçim için birden fazla versiyon mevcuttur.
Lehim kapları ve doğrudan yerleştirme veya dik açılı baskılı devre kartı (PCB) pinleri dahil olmak üzere birden fazla sonlandırma yöntemi sağlayın.
Tek başına engellemek sorunu çözmek için yeterli olmadığında
D-sub konnektörlerinin ekranlanması, yayılan EMI enerjisi sorununu çözer, ancak iletilen EMI sorununu çözemez. Bu nedenle Molex'in EMI filtrelemeye yönelik yüksek performanslı D-sub Pi adaptör ve konnektör serisi (ayrıca bkz. Şekil 1) çekici bir çözüm haline geldi.
Bu konnektörlerin kontaklarına EMI filtreleri entegre edilmiştir, dolayısıyla baskılı devre kartı üzerinde ek yer kaplamaya veya bileşen eklemeye gerek yoktur. Topraklama kablosu ve yalıtımlı kablo aynı konektörde bulunur ve bu sayede yerden daha fazla tasarruf sağlanır. Tasarım gereksinimlerini karşılamak için çeşitli mekanik yapılar ve terminal türleri sunarlar.
Yerleşik filtre, iletilen EMI'nin konektörden geçmesini önleyebilir ve böylece uçak motoru kontrolü, yerleşik radyo, görüntüleme ekipmanı, işleme ekipmanı ve diğer birçok uygulama senaryosu gibi kritik senaryolarda EMI'yi azaltabilir.
Ana adaptör ve konektör özellikleri şunları içerir:
Yapı: Entegre basınçlı döküm kabuk ve tamamen kaynaklı iç yapı, mekanik ve elektriksel performansı artırarak yüksek titreşimli ortamlarda arızaları önler. Bu konektörler M24308 (MIL-DTL-24308) standardına uygundur. Cam elyaf dolgulu polyester kabuğu aynı zamanda UL 94 V-0 alev geciktirici standardını da karşılar.
Elektriksel dayanıklılık: Bu konektörler, yerleşik donanım ortamı test standardında DO-160 Seviye IV yıldırım çarpmasına ve AC geçici çevre koşullarına dayanabilir.
Elektriksel filtreleme: Üç elemanlı Pi konfigürasyonu (kapasitör, indüktör ve kapasitör) kullanan filtre, güç ve sinyal hatlarından gelen yüksek frekanslı gürültüyü emebilir. Dik zayıflama eğimi geniş bant EMI'nın bastırılmasına yardımcı olur.
Kapasitörlerde besleme: Ara bağlantı noktasında gereksiz sinyal iletimini önlemek için, kapasitörlerde besleme düşük empedanslı bir topraklama yolu sağlar. Bu kapasitörler, özellikle geleneksel kapasitörlerin düşük performans gösterdiği korumalı muhafazalarda iletilen radyasyonu etkili bir şekilde azaltabilir.
Endüktif bileşenler (ferrit, toroidal bobinler): Bu bileşenler, yüksek frekanslı enerjiyi emer ve ısı şeklinde dağıtarak kazara bağlanmayı en aza indirir.
Bu konektörler çok çeşitli kesme frekanslarına ve ilgili ekleme kayıplarına karşılık gelen geniş bir kapasitans değerleri aralığı sağladığından, EMI filtrelemenin kesme frekansı kullanıcı tarafından seçilebilir (Şekil 2).