Estimativa de Emissões Irradiadas

Estima as emissões irradiadas de campo distante de uma malha de corrente PCB com o modelo de antena de pequena malha. Comparação com CISPR 22/FCC Classe B.

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Fórmula

E ≈ 263 × f² × A × I / r [V/m, f in MHz, A in m²]

Referência: Henry Ott, Electromagnetic Compatibility Engineering

f — Frequency (MHz)

A — Loop area (m²)

I — Loop current (peak) (A)

r — Distance (m)

Como Funciona

As emissões irradiadas de PCBs são causadas principalmente por circuitos de corrente — traços que transportam corrente de alta frequência formam pequenas antenas de circuito. O campo elétrico à distância r de um pequeno circuito de corrente no espaço livre é aproximado por E ≈ 263 × f² × A × I/r [V/m], onde f está em MHz, A é a área do circuito em m² e I é a corrente de pico em A. Convertendo para a unidade de medida comum: E [dBμV/m] = 20·log․ (E × 10․). A CISPR 22 Classe B define um limite de emissão irradiada de 40 dBμV/m a 3 m para frequências de 30—230 MHz. Margem = 40 − E_medida [dBμV/m]. Reduzir a área do circuito (roteamento de retorno ao solo mais estreito) ou a frequência de comutação geralmente é mais eficaz do que a blindagem pós-projeto.

Exemplo Resolvido

Problema: Um conversor de comutação de PCB extrai um pico de 10 mA a 100 MHz por meio de um loop de 1 cm². Qual é o campo E estimado em 3 m e qual é a margem versus CISPR 22 Classe B?

Solução:

1. Unidades de conversão: I = 10 mA = 0,01 A; A = 1 cm² = 1 × 10․ ⁴ m²; f = 100 MHz; r = 3 m

2. E = 263 × 100² × 1 × 10․ × 0,01/3 = 263 × 10.000 × 10․ × 0,01/3 = 263 × 10.000 × 3,33 × 10․ = 8,77 μV/m

3. E [dBμV/m] = 20·log․ (8,77) = 18,9 dBμV/m

4. Margem = 40 − 18,9 = 21,1 dB

Resultado: a margem de 21 dB é confortável, mas provavelmente há vários loops no PCB, então o efeito cumulativo pode ser maior. Reduza a área do circuito ou a corrente de comutação para melhorar a margem.

Dicas Práticas

✓Minimize as áreas do circuito: direcione as correntes de retorno diretamente sob os traços do sinal, use um plano de aterramento sólido e mantenha os capacitores desacoplados próximos ao IC.
✓Use a regra prática: reduzir pela metade a área do loop reduz o campo E em 6 dB — isso geralmente é mais barato do que adicionar um gabinete blindado.
✓Para varredura de pré-conformidade, use uma sonda de campo H de campo próximo para identificar o circuito de emissão dominante antes de fazer alterações.

Erros Comuns

✗Supondo que a fórmula forneça um valor absoluto preciso, é uma estimativa simples de campo distante que ignora as reflexões do plano terrestre, o fator de antena da antena receptora e o acoplamento de várias fontes.
✗Esquecendo que as emissões aumentam à medida que f², dobrar a frequência quadruplica o campo emitido; é por isso que os relógios de alta frequência são a fonte de emissão dominante.
✗Medindo apenas a 3 m e passando — o CISPR 22 requer varredura de 30 MHz a 1 GHz; as emissões de pico geralmente ocorrem em harmônicos mais altos da frequência de comutação.

Perguntas Frequentes

Qual é a diferença entre os limites irradiados da CISPR 22 e da FCC Parte 15?

A CISPR 22 (agora substituída pela CISPR 32) define limites para equipamentos multimídia, usados principalmente na Europa. A Classe B da Parte 15 da FCC usa limites semelhantes (40—43 dBμV/m a 3 m abaixo de 230 MHz). Ambos convergem para aproximadamente os mesmos valores na prática.

A fórmula se aplica a traços de microfita em um PCB?

Sim, mas apenas aproximadamente. Um traçado de microfita sobre um plano de solo forma um loop parcial; a área efetiva do loop é determinada pela altura do traçado acima do plano e seu comprimento. A fórmula fornece uma estimativa útil de ordem de magnitude para decisões de projeto de pré-conformidade.

Posso usar a estimativa para prever se meu produto passará nos testes de EMC?

Apenas como um indicador aproximado. A fórmula pressupõe um único loop isolado no espaço livre. Os produtos reais têm muitos loops, ressonâncias e reflexões. Use-o para análise comparativa de projetos (qual solução reduz mais as emissões?) em vez de previsão absoluta de aprovação/reprovação.

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