Che cos'è la compatibilità elettromagnetica?

La compatibilità elettromagnetica (EMC Electromagnetic Compatibility) è essenzialmente l’assenza di interferenze elettromagnetiche (EMI – Electromagnetic Interference). L’ EMI, invece, è il processo in cui l’energia elettromagnetica viene accoppiata tra i dispositivi elettronici in modo irradiato e/o condotto involontariamente.

Pertanto, affermando che un prodotto ha compatibilità elettromagnetica, si dice che è compatibile con l’ambiente elettromagnetico in cui si trova e non causa interferenze ad altri prodotti o a se stesso. Questo prodotto è inoltre immune alle emissioni elettromagnetiche provenienti da fonti esterne. Come esempio di interferenza elettromagnetica, si può citare il caso dei vecchi sistemi audio dei computer che producono rumore quando un telefono cellulare vicino riceve chiamate.

Per stabilire se un dispositivo elettronico ha una compatibilità elettromagnetica soddisfacente, è importante effettuare lo studio che determina la capacità di apparecchiature elettroniche di essere immune alle emissioni esterne, noto come suscettibilità elettromagnetica (EMS– Electromagnetic Susceptibility). In questo contesto, l’EMC comprende sia le EMI che gli EMS e i test possono essere strutturati come indicato nella figura seguente

Struttura dei test di compatibilità elettromagnetica (EMC).

Quando si conducono test di compatibilità elettromagnetica, il prodotto o il prototipo è chiamato apparecchiatura in prova (EUT – Equipment Under Test).

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Parlate con un esperto ESSS per aiutarvi ad applicare la simulazione ai prodotti elettronici, riducendo i costi di progettazione e produzione. 

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Interferenze elettromagnetiche

Quando si sviluppa un prodotto elettronico, è necessario eseguire test e certificazioni EMI/EMC. Spesso è considerata una sfida importante nell’ingegneria di sviluppo e un passo rischioso per la strategia di ingresso nel mercato, perché il prodotto deve essere certificato per essere venduto.

Con l’evoluzione dei dispositivi wireless che lavorano a velocità sempre più elevate (sia per la trasmissione di dati che per la velocità dei segnali digitali), il potenziale di problemi EMI è aumentato in modo significativo. I diversi segmenti dell’industria (automobilistica, aerospaziale, elettrodomestici, ecc.) devono certificare i prodotti elettronici in base a determinati standard EMC stabiliti da organismi quali FCC, IEC, CISPR e ANATEL.

 

Come risolvere i problemi di EMI

La sfida è sempre stata che non si può essere sicuri al 100% che non ci siano problemi di compatibilità o di interferenza su un PCB finché non si iniziano i test sui prototipi. Il processo è lungo, faticoso e molto costoso per gli ingegneri per avere un prodotto pronto alla vendita, mettendo a rischio la strategia di mercato. 

E se ci fosse un modo per ridurre al minimo i rischi individuando i problemi EMI/EMC prima dei test estremamente costosi, ottimizzare il prodotto e avere la libertà di innovare senza costi enormi e immettere il prodotto sul mercato più rapidamente? Questo è esattamente ciò che le soluzioni di simulazione Ansys offrono per lo sviluppo di componenti elettronici.

La simulazione al computer è uno strumento fondamentale per mitigare i problemi di EMI, poiché permette di visualizzare i campi elettromagnetici – campi difficili da ottenere e visualizzare sperimentalmente – consentendo la certificazione virtuale dei prodotti nelle prime fasi di sviluppo, senza la necessità di un prototipo fisico.

Nella figura seguente è riportato il campo elettrico generato dai segnali digitali e dalle antenne su un circuito stampato (PCB) di alcuni smartphone, calcolato da Ansys HFSS.

Campo elettrico negli smartphone calcolato da Ansys HFSS.

Ansys HFSS è uno strumento di simulazione al computer progettato per consentire agli utenti di rappresentare un laboratorio di misura completo in un ambiente virtuale. La scheda elettronica può essere configurata e posizionata per test quali le emissioni irradiate e condotti secondo diversi standard di certificazione.

Inoltre, Ansys HFSS è in grado di simulare strutture 3D insieme ai circuiti. Ciò consente di osservare la forma d’onda di un segnale in qualsiasi punto del prodotto. La figura seguente mostra un segnale digitale proveniente da una memoria DDR3 che viene interferito da un trasmettitore Bluetooth posizionato vicino alle tracce dati. Attraverso la simulazione al computer possiamo verificare che il prodotto sia conforme agli standard di compatibilità elettromagnetica (EMC), riducendo così il numero di prototipi fisici e di test di certificazione.

Diagramma a occhio di un segnale digitale sottoposto a EMI da un trasmettitore Bluetooth.

Il contenuto elettronico di un’automobile, ad esempio, cresce in media del 15% all’anno e questo solleva preoccupazioni in merito all’EMI. I veicoli devono essere immuni da disturbi elettromagnetici esterni, garantendo così il corretto funzionamento dell’architettura elettro-elettronica. In questo modo si possono evitare problemi come il rumore dell’impianto audio o addirittura l’attivazione involontaria dei sistemi di sicurezza (ad esempio, gli airbag).

Test virtuale di immunità radiata per autoveicoli eseguito con Ansys HFSS.

Compatibilità elettromagnetica nell’industria aerospaziale

Nel settore aerospaziale, oltre a tutti i sistemi incorporati, sugli aerei è presente un gran numero di antenne. L’interferenza tra i sistemi RF è nota come antenna coscritta, che coinvolge le antenne dell’intero sistema di trasmissione e ricezione.

Ansys Electronics Desktop, in cui è incluso HFSS, dispone di moduli specifici per eseguire queste simulazioni tra antenne e sistemi. Il software consente l’identificazione dei problemi attraverso l’analisi del sistema, compresi i modelli multi-fedeltà per l’accoppiamento delle antenne, i sistemi RF, i cavi, i filtri e gli amplificatori.

Analisi RF in Ansys Electronics Desktop.

Risolvere i problemi critici e accelerare lo sviluppo dei velivoli con la simulazione.

Le questioni di compatibilità elettromagnetica (EMC) possono sembrare complesse, ma con il calcolo di tutte le strutture meccaniche ed elettromagnetiche è possibile raggiungere livelli di precisione superiori. Ciò consente di utilizzare la simulazione per ottimizzare il prodotto al fine di superare le certificazioni richieste dai mercati in cui sarà commercializzato.

Utilizzando gli strumenti di simulazione Ansys è possibile studiare in modo più dettagliato e rapido le possibili fonti di rumore e come migliorare l’immunità o ridurre le emissioni di un prodotto. Per capire quale strumento si adatta alle vostre esigenze aziendali, contattate ESSS.