O que é compatibilidade eletromagnética?
A compatibilidade eletromagnética (EMC – Electromagnetic Compatibility), fundamentalmente, é a ausência da interferência eletromagnética (EMI – Electromagnetic Interference). Já o EMI é o processo no qual a energia eletromagnética é acoplada entre dispositivos eletrônicos de forma radiada e/ou conduzida de maneira involuntária.
Logo, ao afirmar que um produto possui compatibilidade eletromagnética, diz-se que o mesmo é compatível com o seu ambiente eletromagnético e não causa interferências em outros produtos nem a si próprio. Este produto também é imune às emissões eletromagnéticas provenientes de fontes externas. Como exemplo de interferência eletromagnética, pode-se citar o caso de sistemas de sons de computadores antigos produzirem ruídos quando um telefone celular próximo recebia ligações.
Para identificar se um dispositivo eletrônico possui EMC satisfatória é importante realizar o estudo que determina a capacidade de um dispositivo eletrônico de ser imune a emissões externas, conhecido por susceptibilidade eletromagnética (EMS – Electromagnetic Susceptibility). Neste contexto, EMC abrange tanto EMI quanto EMS, e os testes podem ser estruturados conforme indica a figura abaixo:
Estrutura de testes de compatibilidade eletromagnética (EMC).
Durante a realização de testes de compatibilidade eletromagnética, o produto ou protótipo é chamado de equipamento sob teste (EUT – Equipment Under Test).
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Interferência Eletromagnética
No desenvolvimento de qualquer produto eletrônico, é necessário realizar testes e certificações referentes a EMI/EMC. Muitas vezes é encarada como um grande desafio para a engenharia de desenvolvimento, e uma etapa de grande risco para a estratégia de entrada no mercado, já que o produto precisa estar certificado para ser vendido.
Com a evolução de dispositivos sem fio trabalhando em velocidades cada vez mais elevadas (seja na transmissão de dados ou até mesmo na velocidade de sinais digitais) a potencialidade de problemas devido a EMI vem aumentando significativamente. Os mais diversos segmentos da indústria (automotivo, aeroespacial, appliances etc.) precisam certificar os produtos eletrônicos em determinadas normas de EMC estabelecidas por órgãos como FCC, IEC, CISPR e no Brasil ANATEL.
No episódio interferência eletromagnética do podcast CAE Talks, Tiago Faria conversa com Juliano Mologni, especialista em simulação eletromagnética, sobre o impacto do eletromagnetismo no nosso cotidiano e as possiblidades de carreira na área.
Como solucionar problemas de EMI
O desafio sempre foi não conseguir ter 100% de certeza que não existem problemas de compatibilidade ou interferência em uma PCB, até os testes com protótipos começarem. O processo é longo, demorado, cansativo e muito custoso para que os engenheiros tenham um produto pronto para venda, colocando em risco a estratégica de mercado.
E se por acaso existisse uma forma me minimizar os riscos encontrando os problemas de EMI/EMC antes dos testes extremamente caros, otimizar o produto, ter liberdade para inovar sem custos altíssimos e ainda colocar o produto no mercado mais rápido. É exatamente isso que as soluções de simulação Ansys oferecem para o desenvolvimento de componentes eletrônicos.
A simulação computacional entra como ferramenta fundamental para mitigar problemas de EMI uma vez que permite a visualização de campos eletromagnéticos – campos que são dificilmente obtidos e visualizados experimentalmente – possibilitando a certificação virtual dos produtos nas fases iniciais de desenvolvimento, sem a necessidade de um protótipo físico.
Veja na figura abaixo o campo elétrico gerado por sinais digitais e antenas em uma PCB (Placa de Circuito Impresso) de alguns smarthphones calculado pelo Ansys HFSS.
Campo elétrico em smartphones calculado pelo Ansys HFSS.
Ansys HFSS é uma ferramenta de simulação computacional preparada para permitir aos usuários representar um laboratório completo de medições dentro de um ambiente virtual. A placa eletrônica pode ser configurada e posicionada para testes como emissões radiadas e conduzidas seguindo diferentes normas de certificação.
Além disso, Ansys HFSS tem a capacidade de simular estruturas 3D em conjunto com circuitos. Com isso é possível observar a forma de onda de um sinal em qualquer ponto do produto. Na figura abaixo temos um sinal digital de uma memória DDR3 sofrendo interferência de um transmissor Bluetooth posicionado próximo as trilhas de dados. Por meio da simulação computacional podemos verificar se o produto atende as normas de compatibilidade eletromagnética (EMC) reduzindo assim o número de protótipos físicos e testes de certificação.
Diagrama de olho de um sinal digital sob EMI de um transmissor Bluetooth.
O conteúdo eletrônico de um automóvel, por exemplo, cresce 15% por ano em média e isso faz crescer a preocupação em relação a EMI. Os veículos devem ser imunes a ruídos eletromagnéticos externos, garantindo assim o correto funcionamento da arquitetura eletroeletrônica. Desta forma, pode-se evitar problemas como ruídos no sistema de som ou até mesmo ativação de sistemas de segurança (airbag, por exemplo) de maneira involuntária.
Teste virtual de imunidade radiada automotiva realizado pelo Ansys HFSS.
Compatibilidade eletromagnética na indústria aeroespacial
Na área aeroespacial, além de todos os sistemas embarcados, uma grande quantidade de antenas está presente nas aeronaves. A interferência entre os sistemas de RF é conhecida como antena cosite que envolve as antenas de todo o sistema de transmissão e recepção.
Ansys Electronics Desktop, onde o HFSS está incluído, possui módulos específicos para realizar essas simulações de cosite entre anteas e sistemas. O software permite a identificação de problemas através da análise de sistemas incluindo modelos de multifidelidade para acoplamento de antenas, sistemas de RF, cabos, filtros e amplificadores.
Análise de RF Cosite no Ansys Electronics Desktop.
Resolva problemas críticos e acelere o desenvolvimento de aeronaves usando a simulação.
Os problemas de compatibilidade eletromagnética (EMC) podem parecer complexos, porém com todas as estruturas mecânicas e eletromagnéticas calculadas, é possível se alcançar níveis de precisão que permitem a utilização da simulação para otimizar o produto já com o objetivo de passar nas certificações exigidas pelos mercados ao qual serão comercializados.
Usando as ferramentas de simulação Ansys é possível investigarmos com mais detalhes e rapidamente as possíveis fontes de ruído e como podemos melhorar a imunidade ou diminuir as emissões de um produto. Para entender qual ferramenta se aplica às necessidades do seu negócio, entre em contato com a ESSS.
