Nhiễu điện từ và các phương pháp chống nhiễu trong thiết kế mạch PCB (P1) – TAPIT

Nhiễu điện từ có thể là một khái niệm mới đối với nhiều người. thực tế đây là mối quan tâm của rất nhiều người dùng, các hệ thống, thiết bị giám sát như máy đo nhịp tim, máy đo huyết áp (trong lĩnh vực y tế), hệ thống thang máy, cửa tự động, hệ thống camera giám sát hay thậm chí là các thiết bị gia dụng. vậy nhiễu điện từ là gì? Các loại nhiễu điện từ là gì? Hãy cùng tìm hiểu về bản chất của chúng và cách chúng ảnh hưởng đến hệ thống của chúng ta!

phần 1: tìm hiểu về nhiễu điện từ

i. khái niệm:

Nhiễu điện từ, hay emi, là các tín hiệu điện không mong muốn được tạo ra từ năng lượng điện trường. những tín hiệu này có thể làm nhiễu loạn, làm gián đoạn đường truyền hoặc cản trở hoặc làm suy giảm tín hiệu điện trong mạch, dẫn đến mất hoặc méo tín hiệu trong hệ thống.

ii. danh mục:

Nhiễu điện từ có thể được phân loại theo 3 cách:

• nguồn nhiễu
• thời gian nhiễu
• băng thông nhiễu

1. nguồn tiếng ồn:

Một cách để phân loại nhiễu điện từ là xem xét nguồn phát ra tiếng ồn. Theo cách này, chúng ta có thể chia nhiễu điện từ thành hai loại: nhiễu tự nhiên và nhiễu nhân tạo.

• Nhiễu tự nhiên bao gồm các tia trong vũ trụ, mặt trời, tuyết, bão, mưa và sấm sét,… là những ví dụ của hiện tượng tự nhiên có thế gây ra nhiễu điện từ trong hệ thống mạch điện tử của bạn. Đây là nguồn gây nhiễu chính và phổ biến trong các hệ thống radio, hệ thống radar, các ứng dụng không gian, vũ trụ, thiên văn vô tuyến, viễn thông,… Vì những loại nhiễu này, con người không thể kiểm soát được nên người thiết kế cần phải xem xét các yếu tố tự nhiên đối với hệ thống của mình.
• Nhiễu do con người tạo ra được phân chia thành 2 loại: chủ đích và không chủ đích. Nguồn chủ đích là nguồn mà tạo ra sóng điện từ nhằm mục đích hoạt động của chúng, ví dụ như tivi, điện thoại, Những tín hiệu này là quan trọng và không thể can thiệp. Vì vậy, để giảm tác động của chúng thì bằng cách tập trung bảo vệ các thiết bị còn lại dưới tác dụng của nguồn nhiễu. Nguồn không chủ đích sinh ra nhiễu điện từ không mong muốn trong quá trình hoạt động của chúng, đây là nguồn nhiễu phổ biến nhất trong các hệ thống. Nguồn không chủ đích bao gồm các thiết bị như: động cơ, thiết bị điện, biến tần, bộ chỉnh lưu,… Các nguồn nhiễu này phải được triệt tiêu để đảm bảo hoạt động bình thường của các thiết bị còn lại.

2. thời gian ồn ào:

Chúng tôi có thể phân loại các loại tiếng ồn tùy thuộc vào thời gian của nhiễu động. Dựa vào đó, người ta thường chia thành 2 loại: nhiễu liên tục và nhiễu xung.

• tiếng ồn liên tục là loại tiếng ồn do một nguồn tiếng ồn liên tục phát ra. loại nhiễu này có thể là tự nhiên hoặc do con người tạo ra, nhưng sẽ xảy ra liên tục miễn là có đường dẫn nhiễu giữa nguồn nhiễu và máy thu.
• nhiễu xung là nhiễu xảy ra không liên tục hoặc trong một khoảng thời gian thời gian ngắn. Loại giao thoa này cũng có thể là tự nhiên hoặc do con người tạo ra. công tắc hệ thống là một trong số những ví dụ về nguồn gây ra các loại nhiễu xung này.

3. băng thông tiếng ồn:

Chúng tôi cũng có thể phân loại tiếng ồn dựa trên băng thông của chúng. dải tần của nhiễu điện từ là dải tần số tạo ra tiếng ồn. Dựa trên điều này, nhiễu được chia thành 2 loại: nhiễu băng hẹp và nhiễu băng rộng.

• Nhiễu băng hẹp là nhiễu bao gồm một tần số đơn hoặc dải tần băng hẹp, có thể là kết quả của một số dạng dao động hoặc tín hiệu giả do các hình dạng bù sai trong máy phát. Trong hầu hết các trường hợp, loại nhiễu này ít ảnh hưởng đến thiết bị điện tử hoặc thông tin liên lạc và có thể dễ dàng sửa chữa. tuy nhiên, chúng cũng là một nguồn gây nhiễu cho hệ thống và phải được giữ trong giới hạn có thể chấp nhận được.
• Nhiễu băng rộng là nhiễu không tạo ra các tần số riêng lẻ hoặc riêng biệt, mà tạo ra phần lớn phổ từ tính. Nó tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, và có thể là tự nhiên hoặc nhân tạo. nguyên nhân điển hình bao gồm vòng cung và quầng sáng. Một số ví dụ về loại nhiễu này được gọi là “cúp năng lượng mặt trời” xảy ra khi năng lượng từ mặt trời làm gián đoạn tín hiệu từ vệ tinh liên lạc. một ví dụ khác là do phóng điện hồ quang trong hệ thống đánh lửa, đường dây điện bị lỗi, đèn huỳnh quang kém, v.v.

iii. bản chất của tiếng ồn :

Giao thoa điện từ, như đã đề cập ở trên, là một sóng điện từ bao gồm các thành phần của điện trường e (điện trường) và từ trường h (từ trường), dao động vuông góc với nhau. mỗi thành phần sẽ có những tương tác khác nhau với các thông số của bo mạch như tần số, điện áp, dòng điện, khoảng cách. do đó, cần hiểu bản chất của nhiễu điện từ để biết tầm quan trọng của các thành phần nhiễu trước khi làm rõ vấn đề.

Chẳng hạn như, đối với thành phần điện trường của nhiễu thì có thể suy giảm hiệu quả với các vật liệu dẫn điện cao nhưng lại ít có tác dụng đối với vật liệu có tính thẩm thấu cao, thứ mà cải thiện đáng kể thành phần từ trường của nhiễu. Như vậy, độ từ thẩm cao tăng lên trong hệ thống nhiễu từ trường mà điện trường chiếm ưu thế cao sẽ suy giảm nhưng suy giảm sẽ được cải thiện trong nhiễu từ trường mà từ trường chiếm ưu thế. Tuy vậy, do những tiến bộ trong công nghệ chế tạo linh kiện điện tử mà điện trường E là thành phần chính của nhiễu điện từ.

iv. khớp nối dẫn tiếng ồn:

Các khớp nối dẫn giao thoa mô tả con đường mà tiếng ồn được tạo ra từ nguồn nhiễu và sau đó được truyền đến máy thu nhiễu. hiểu bản chất của tiếng ồn và cách chúng hoạt động trong các mạch điện tử là chìa khóa để giải quyết vấn đề. nhiễu điện từ được cấu tạo bởi hai thành phần (từ trường và điện trường) nên nhiễu được truyền từ nguồn đến máy thu qua 4 cách ghép chính: dẫn (dẫn), ghép (bức xạ), tụ (ghép điện dung), ghép cảm.

1. Dẫn điện:

Ghép nối dẫn điện xảy ra khi nhiễu được truyền dọc theo các vật dẫn (dây và cáp) nối nguồn nhiễu và bộ phận tiếp nhận nhiễu. nhiễu trong cách ghép này chủ yếu là trên đường dây điện và có thành phần từ trường chiếm ưu thế. ghép dẫn điện sẽ tồn tại ở 2 chế độ: chế độ chung (nhiễu xuất hiện cùng pha trên các đường + v và -v) và chế độ phân cực (nhiễu xuất hiện lệch pha trên 2 đường). Một cách phổ biến để hạn chế nhiễu trên khớp nối dẫn điện là sử dụng bộ lọc và tấm chắn cho cáp.

2. bức xạ:

Ghép nối bức xạ là khớp nối phổ biến nhất và thường xảy ra trong khớp nối nhiễu. Không giống như dẫn truyền, ghép bức xạ không có kết nối vật lý giữa nguồn nhiễu và máy thu mà qua đó nhiễu điện từ sẽ được truyền vào không gian.

3. điện dung:

Khớp nối điện dung là khớp nối xảy ra trong hai thiết bị được kết nối. quá trình ghép nối xảy ra khi có sự thay đổi điện áp trong nguồn điện dung dẫn đến việc sạc sang thiết bị khác.

4. chạm vào:

Khớp nối cảm ứng là khớp nối trong đó vật dẫn gây nhiễu thiết bị lân cận thông qua cảm ứng điện từ.

Tôi đã giới thiệu cho bạn những kiến ​​thức cơ bản nhất về giao thoa điện từ. Tôi hy vọng bài viết này hữu ích và giải đáp được thắc mắc của bạn. Mời các bạn đón đọc phần 2 của bài nhiễu điện từ! Chúc các bạn thành công.

tri nguyen – tapit group hw

thông tin thêm:

[tapit online learning: lập trình vi điều khiển stm32, arm cortex – vi xử lý m] Xem thêm bài hướng dẫn lập trình vi điều khiển stm32 tại đây. xem thêm hướng dẫn về internet về mọi thứ với gật đầu esp8266 và esp32 tại đây.

tham khảo: nhiễu điện từ (emi): https://circuitdigest.com/article/electaries-interference-types-standards-and-shielding-techniques

nhóm tapit – hw