¿Qué es la compatibilidad electromagnética?
La compatibilidad electromagnética (EMC – Electromagnetic Compatibility), fundamentalmente, es la ausencia de interferencia electromagnética (EMI – Electromagnetic Interference). El EMI es el proceso en el cual la energía electromagnética es acoplada entre dispositivos electrónicos de forma radiada y/o conducida de manera involuntaria.
Luego, al afirmar que un producto posee compatibilidad electromagnética, se dice que el mismo es compatible con su ambiente electromagnético y no causa interferencias ni a sí mismo, ni en otros productos. Este producto también es inmune a las emisiones electromagnéticas provenientes de fuentes externas. Como ejemplo de interferencia electromagnética, se puede citar el caso de los viejos sistemas de sonido de computadoras que producen ruido cuando un teléfono celular cercano recibe llamadas.
Para identificar si un dispositivo electrónico posee EMC satisfactoria es importante realizar el estudio que determina la capacidad de un dispositivo electrónico de ser inmune a emisiones externas, conocido por susceptibilidad electromagnética (EMS – Electromagnetic Susceptibility). En este contexto, EMC comprende tanto EMI cuanto EMS, y las pruebas pueden ser estructuradas conforme indica la siguiente figura:
Estructura de pruebas de EMC
Durante la realización de pruebas de EMC, el producto o prototipo es llamado de equipamiento bajo prueba (EUT – Equipment Under Test).
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Interferencia Electromagnética
En el desarrollo de cualquier producto electrónico es necesario realizar pruebas y certificaciones en cuanto a EMI/EMC. Muchas veces, es un gran desafío para la ingeniería de desarrollo y una etapa de gran riesgo para la estrategia de entrada al mercado, ya que el producto necesita estar certificado para ser vendido.
Con la natural tendencia y evolución de dispositivos inalámbricos trabajando a velocidades cada vez más elevadas (sea en la transmisión de datos o incluso en la velocidad de señales digitales) la potencialidad de problemas debido a EMI viene aumentando significativamente. Los más diversos segmentos de la industria (automotriz, aeroespacial, de electrodomésticos etc.), precisan certificar los productos electrónicos en determinadas normas de EMC establecidas por organismos como el FCC, IEC, CISPR, etc.
Como Solucionar Problemas de EMI
El desafío siempre ha sido no estar 100 % seguro de que no haya problemas de compatibilidad o interferencia en una placa de circuito impreso hasta que comience la prueba del prototipo. El proceso es largo, lento, agotador y muy costoso para los ingenieros para tener un producto listo para la venta, poniendo en riesgo la estrategia de mercado.
¿Qué pasaría si hubiera una manera de minimizar los riesgos al encontrar los problemas de EMI/EMC antes de las pruebas extremadamente costosas, optimizar el producto, tener la libertad de innovar sin grandes costos y aun así llevar el producto al mercado más rápido? Esto es exactamente lo que ofrecen las soluciones de simulación de Ansys para el desarrollo de componentes electrónicos.
La simulación computacional entra como herramienta fundamental para solucionar problemas de EMI a la vez que permite la visualización de campos electromagnéticos – campos que son difícilmente obtenidos y visualizados experimentalmente – posibilitando la certificación virtual de los productos en las fases iniciales de desarrollo, sin la necesidad de un prototipo físico.
Vea en la figura abajo el campo eléctrico generado por señales digitales y antenas en una PCB (Placa de Circuito Impreso) de algunos smarthphones calculado por el Ansys HFSS.
Campo eléctrico en smartphones calculado por el Ansys HFSS
Ansys HFSS es una herramienta de simulación computacional preparada para permitir a los usuarios representar un laboratorio de medición completo dentro de un entorno virtual. La placa electrónica se puede configurar y posicionar para pruebas como emisiones radiadas y conducidas siguiendo diferentes estándares de certificación.
Además, Ansys HFSS tiene la capacidad de simular estructuras 3D junto con circuitos. Con esto, es posible observar la forma de onda de una señal en cualquier punto del producto. En la siguiente figura, tenemos una señal digital de una memoria DDR3 que sufre interferencias de un transmisor Bluetooth colocado cerca de las pistas de datos. A través de la simulación por computadora, podemos verificar si el producto cumple con los estándares de compatibilidad electromagnética (EMC), reduciendo así la cantidad de prototipos físicos y pruebas de certificación.
Diagrama visual de una señal digital bajo EMI de un transmisor Bluetooth
El contenido electrónico de un automóvil, por ejemplo, crece 15% por año en media y eso hace crecer la preocupación en relación a EMI. Los vehículos deben ser inmunes a ruidos electromagnéticos externos, garantizando así el correcto funcionamiento de la arquitectura electro-electrónica. De esta forma, se puede evitar problemas como ruidos en el sistema de sonido o incluso activación de sistemas de seguridad (airbag, por ejemplo) de manera involuntaria.
Teste virtual de imunidade radiada automotivo realizado pela FCA no Ansys HFSS
Compatibilidad electromagnética en la industria aeroespacial
En la industria aeroespacial, así como en todos los sistemas embebidos, una gran cantidad de antenas están presentes en las aeronaves. La Interferencia entre los sistemas de RF es conocida como antena cosite que involucra las antenas de todo el sistema de transmisión y recepción.
Ansys Electronics Desktop, donde se incluye HFSS, dispone de módulos específicos para realizar estas simulaciones cosite entre antenas y sistemas. El software permite la identificación de problemas a través del análisis de sistemas, incluyendo modelos de multifidelidad para acoplar antenas, sistemas de RF, cables, filtros y amplificadores.
Análise de RF Cosite no Ansys Electronics Desktop.
Soluciona problemas críticos y agiliza el desarrollo de aeronaves mediante la simulación.
Los problemas de compatibilidad electromagnética (EMC) pueden parecer complejos, pero con todas las estructuras mecánicas y electromagnéticas calculadas, es posible alcanzar niveles de precisión que permiten el uso de la simulación para optimizar el producto, ya con el objetivo de pasar las certificaciones requeridas por los mercados a los que se comercializarán.
Utilizando las herramientas de simulación de Ansys es posible investigar con más detalle y rapidez las posibles fuentes de ruido y cómo podemos mejorar la inmunidad o disminuir las emisiones de un producto.
