Projeto EMC: como passar no teste CE/FCC na primeira tentativa

Por que a maioria dos produtos falha na EMC na primeira tentativa

Aproximadamente 50 a 70% dos produtos falham nos testes de EMC em seu primeiro envio. O custo é significativo: o tempo de laboratório executa “MATHINLINE_1” 5.000 por dia, e uma falha no teste significa redesenhar o PCB, reconstruir protótipos e remarcar. No entanto, a maioria das falhas pode ser evitada com bons hábitos de pré-conformidade.

Este guia aborda os modos de falha mais comuns e como corrigi-los antes mesmo de você entrar em uma casa de teste.

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Entendendo os padrões

Marcação CE (Europa)

Para a marcação CE, os produtos eletrônicos devem estar em conformidade com a Diretiva de Compatibilidade Eletromagnética (2014/30/UE) . Para a maioria dos produtos, você testará com:

• CISPR 32 (equipamento multimídia, substituindo a EN 55022)
• CISPR 25 (componentes do veículo)
• EN 61000-4-x (testes de imunidade)

FCC Parte 15 (Estados Unidos)

A Parte 15B abrange radiadores não intencionais — qualquer coisa com uma frequência de relógio acima de 9 kHz. Classe A é para uso comercial/industrial, Classe B para uso residencial.

Limites principais

Use a [Calculadora de estimativa de emissão irradiada] (/calculators/emc/radiated-emission-estimate) para prever as emissões irradiadas do seu circuito antes da construção.

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A física da EMI: por que os PCBs irradiam

Cada loop de corrente em seu PCB é uma pequena antena. O campo elétrico irradiado de um pequeno circuito é:

“BLOCO MATEMÁTICO_0"

onde “MATHINLINE_2” é frequência, “MATHINLINE_3” é a área do loop, “MATHINLINE_4” é atual e “MATHINLINE_5” é a distância até o receptor.

A partir dessa equação, emergem três alavancas de design:

1. Reduza a área do loop — mantenha os caminhos de retorno próximos aos caminhos do sinal 2. Reduza o conteúdo de frequência — use bordas mais lentas, adicione amortecedores RC 3. Reduzir a corrente — use a terminação em série, reduza a força do inversor

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As 5 principais causas de falhas na primeira tentativa

1. Ruído de troca da fonte de alimentação

Os conversores Buck e os conversores boost geram emissões conduzidas e irradiadas substanciais em sua frequência de comutação e harmônicos. Um comutador de 200 kHz pode produzir energia significativa a 600 kHz, 800 kHz, 1 MHz...

Correção: Adicione um bloqueador de modo comum + capacitores X/Y no ponto de entrada de energia. Use a [Calculadora Common Mode Choke] (/calculators/emc/common-mode-choke) para dimensioná-la. Almeje a atenuação de 40 dB na frequência do problema.

2. Harmônicos do oscilador de cristal/relógio

Um cristal de 48 MHz tem harmônicos em 96, 144, 192 MHz — tudo na banda de teste CISPR. Relógios digitais de alta velocidade são a fonte mais comum de falhas de emissões irradiadas.

Correção:

• Use a temporização de espectro espalhado (SSC) se o seu MCU suportar — normalmente reduz as emissões de pico em 10—15 dB
• Adicione esferas de ferrite nas linhas do relógio
• Proteja o oscilador ou coloque-o em uma camada interna com derrames de terra acima e abaixo

3. Emissões conduzidas em modo diferencial do SMPS

A ondulação de comutação na entrada/saída de um conversor gera emissões conduzidas em modo diferencial.

Correção: Adicione um filtro LC. Use a [calculadora do filtro de emissões conduzidas] (/calculators/emc/conducted-emissions-filter) para projetá-lo. Coloque a capacitância em massa perto do conversor e certifique-se de que a conexão à terra seja curta.

4. Projeto deficiente do plano terrestre

Planos terrestres interrompidos forçam as correntes de retorno a seguirem caminhos longos e de alta indutância. Em altas frequências, isso cria uma alta impedância de aterramento que permite que o ruído seja acoplado aos cabos externos.

Correção: Use um plano de aterramento contínuo na camada 2 (diretamente abaixo da camada componente). Nunca direcione traços de sinal na camada do solo. Use a [Calculadora de impedância do plano terrestre] (/calculators/emc/ground-plane-impedance) para entender a impedância AC do solo.

5. Cabos que atuam como antenas

Cabos externos — USB, HDMI, alimentação — são conectados à sua placa e se tornam antenas para o ruído gerado pela placa. Um cabo de 30 cm ressoa perto de 500 MHz.

Correção: Adicione bobinas de modo comum em cada conector externo. Filtre as linhas de sinal. Certifique-se de que a terminação da blindagem do cabo seja de baixa impedância (terminação de blindagem de 360° no conector, não uma trança).

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Teste de pré-conformidade

Não espere até o protótipo final. Faça testes de pré-conformidade em cada estágio:

Etapa 1 — Revisão esquemática

• Verifique: Existe um filtro EMI na entrada de energia?
• Verifique: os relógios de alta velocidade estão longe dos conectores de E/S?
• Verifique: Existe um plano terrestre?

Etapa 2 — Revisão do layout do PCB

• Verifique: área de loop do nó de comutação SMPS (indutor, MOSFET, diodo de captura)
• Verifique: posicionamento do capacitor de desacoplamento (dentro de 1 mm do pino de alimentação do IC)
• Verifique: Retorne a continuidade do caminho em todos os traços de alta velocidade

Etapa 3 — Primeiro protótipo Compre um conjunto de sondas de campo próximo de baixo custo (~$50) e escaneie sua placa:

• As sondas de campo H próximas ao nó de comutação mostram pontos ativos do campo magnético
• Sondas de campo E próximas a ICs e conectores mostram acoplamento de campo elétrico

Use a [calculadora de orçamento de margem EMI] (/calculators/emc/emi-margin-budget) para orçar uma margem de 12 dB: 6 dB para incerteza de medição, 6 dB para variação de produção.

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Proteção como último recurso

A blindagem deve ser o último recurso, não a primeira linha de defesa. Um gabinete de metal fornece 40—80 dB de eficácia de proteção, mas somente se:

1. Todas as lacunas de costura são menores que λ/20 na frequência mais alta 2. Os cabos são filtrados no ponto de entrada 3. O escudo tem aterramento de baixa impedância

Use a [Calculadora de eficácia de blindagem] (/calculators/emc/shielding-effectiveness) para entender como o tamanho do slot afeta a blindagem. Um slot de 10 cm limita a proteção a cerca de 30 dB a 1 GHz.

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ESD e imunidade

O teste CE inclui testes de imunidade. A IEC 61000-4-2 (ESD) costuma ser a mais difícil de ser aprovada:

• Nível 4: contato de ±8 kV, descarga de ar de ±15 kV
• Modelo do corpo humano: 100 pF descarregado até 1,5 kΩ

Correção: Adicione diodos de fixação TVS ou ESD em todas as portas externas. Selecione um diodo ESD com tensão de fixação ≤ 2 × o trilho de alimentação.

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Lista de verificação resumida

• [] Filtro EMI na entrada de energia (bloqueador de modo comum + tampas X/Y)
• [] Plano terrestre contínuo na camada 2
• [] Tampas de desacoplamento dentro de 1 mm de cada pino de alimentação IC
• [] Relógio de espectro disperso ativado
• [] Esfera de ferrite em cada interface externa
• [] Proteção ESD em todos os pinos de E/S
• [] Varredura de campo próximo com sonda configurada antes do envio final
• [] Margem de 12 dB em medições de pré-conformidade