Shielding. E.M.I. Shield e Grounding: analisi applicata ai sistemi di cablaggio strutturato. Pier Luca Montessoro.

Transcript

1 E.M.I. Shield e Grounding: analisi applicata ai sistemi di cablaggio strutturato Shielding Pier Luca Montessoro pierluca.montessoro@diegm.uniud.it SHIELD - 1 Copyright: si veda nota a pag. 2

2 Nota di Copyright Questo insieme di trasparenze (detto nel seguito slides) è protetto dalle leggi sul copyright e dalle disposizioni dei trattati internazionali. Il titolo ed i copyright relativi alle slides (ivi inclusi, ma non limitatamente, ogni immagine, fotografia, animazione, video, audio, musica e testo) sono di proprietà degli autori indicati a pag. 1. Le slides possono essere riprodotte ed utilizzate liberamente dagli istituti di ricerca, scolastici ed universitari afferenti al Ministero della Pubblica Istruzione e al Ministero dell Università e Ricerca Scientifica e Tecnologica, per scopi istituzionali, non a fine di lucro. In tal caso non è richiesta alcuna autorizzazione. Ogni altra utilizzazione o riproduzione (ivi incluse, ma non limitatamente, le riproduzioni su supporti magnetici, su reti di calcolatori e stampate) in toto o in parte è vietata, se non esplicitamente autorizzata per iscritto, a priori, da parte degli autori. L informazione contenuta in queste slides è ritenuta essere accurata alla data della pubblicazione. Essa è fornita per scopi meramente didattici e non per essere utilizzata in progetti di impianti, prodotti, reti, ecc. In ogni caso essa è soggetta a cambiamenti senza preavviso. Gli autori non assumono alcuna responsabilità per il contenuto di queste slides (ivi incluse, ma non limitatamente, la correttezza, completezza, applicabilità, aggiornamento dell informazione). In ogni caso non può essere dichiarata conformità all informazione contenuta in queste slides. In ogni caso questa nota di copyright non deve mai essere rimossa e deve essere riportata anche in utilizzi parziali. SHIELD - 2 Copyright: si veda nota a pag. 2

3 Schermatura e messa a terra In una trasmissione bilanciata l eventuale schermo non porta corrente del segnale: possiamo metterlo a terra o meno La schermatura deve racchiudere l intero sistema: lo schermo del cavo è solo uno degli elementi necessari SHIELD - 3 Copyright: si veda nota a pag. 2

4 Dove mettere a terra? Maggio 1996 E` importante interrompere le correnti che scorrono nello schermo perché possono accoppiarsi con i circuiti interni e generare rumore Talvolta questo concetto degenera nell idea di interrompere lo schermo Inefficace se V CM non è zero (terra rumorosa) o se ci sono correnti indotte nel loop Collegando lo schermo soltanto dove lo 0V di riferimento è messo a terra si apre il loop, ma l estremità aperta diventa rumorosa se AB = λ/4 SHIELD - 4 Copyright: si veda nota a pag. 2

5 Riduzione della corrente nello schermo senza interrompere lo schermo stesso Maggio 1996 SHIELD - 5 Copyright: si veda nota a pag. 2

6 Accoppiamento elettrico e magnetico in un cavo schermato tra due dispositivi SHIELD - 6 Copyright: si veda nota a pag. 2

7 Dinamica dell accoppiamento Se l orientamento del loop di terra rispetto alla polarizzazione del campo esterno incidente è nella situazione peggiore si generano: una sorgente di tensione a bassa impedenza in serie al loop, dovuta all induzione magnetica una sorgente di corrente ad alta impedenza attraverso il loop, dovuta all eccitazione elettrica Il comportamento dello schermo dipende da quale dei due fenomeni predomina SHIELD - 7 Copyright: si veda nota a pag. 2

8 Dinamica dell accoppiamento A causa delle capacità parassite tra schermo e conduttori interni parte del disturbo generato nello schermo si sovrappone al segnale Il segnale ne è affetto anche nelle trasmissioni bilanciate a causa delle asimmetrie tra i due conduttori (twistatura, capacità tra conduttore e schermo, ecc.) SHIELD - 8 Copyright: si veda nota a pag. 2

9 Modello generale SHIELD - 9 Copyright: si veda nota a pag. 2

10 Modello generale L impedenza tra schermo e terra Z gnd considera anche i diversi elementi del collegamento elettrico Z gnd (connettori, prese, ecc.) Z S è l impedenza dello schermo La tensione indotta nello schermo è: L V = I dz + I Z sh S S S gnd 0 Z gnd tende a infinito per L = λ EMI /4 o multipli interi: i conduttori sono circondati da uno schermo non a massa, e la tensione si accoppia interamente attraverso le capacità parassite SHIELD - 10 Copyright: si veda nota a pag. 2

11 Modello generale Per L = λ EMI /4 uno schermo sottile (inferiore alla profondità di pelle) non ha effetto (attenuazione 0dB) Per L = λ EMI /40 l attenuazione è di 20 db Per L = λ EMI /400 l attenuazione è di 40 db Una tecnica per evitare di raggiungere lunghezze di λ EMI /4 consiste nell utilizzare più punti di messa a terra. Ma: non è applicabile ai sistemi di cablaggio strutturato crea correnti nello schermo quando i potenziali di terra sono diversi SHIELD - 11 Copyright: si veda nota a pag. 2

12 Diverse possibilità SHIELD - 12 Copyright: si veda nota a pag. 2

13 Diverse possibilità Messa a terra dello schermo: nessuna dalla parte della sorgente dalla parte del carico ad entrambe le estremità Terminazione dello schermo: pigtail (economico, pratico e inutile) copertura a (costoso) Materiale costituente lo schermo elevata Z t (economico, flessibile, leggero) bassa Z t (costoso, rigido, pesante) SHIELD - 13 Copyright: si veda nota a pag. 2

14 Diverse possibilità scopo della schermatura ridurre la suscettibilità (EMI all esterno dello schermo) ridurre le emissioni (EMI all interno dello schermo) schermo elettricamente corto l/λ EMI 0.1 Messa a terra in un solo punto 0V collegato a massa dal lato del ricevitore Messa a terra dello schermo in quel punto Corti pigtail sono accettabili Messa a terra in un solo punto 0V collegato a massa dal lato del trasmettitore Messa a terra dello schermo in quel punto Corti pigtail sono accettabili schermo elettricamente lungo l/λ EMI > 0.1 Collegamento di entrambe le estremità dello schermo al contenitore metallico Schermi a bassa Z t Connettori con copertura di pigtail inaccettabili Collegamento di entrambe le estremità dello schermo al contenitore metallico Schermi a bassa Z t Connettori con copertura di pigtail inaccettabili SHIELD - 14 Copyright: si veda nota a pag. 2

15 Possibilità di applicazione al cablaggio strutturato I cavi al di fuori degli armadi hanno sempre l >> λ/4 Non c è possibilità di controllo su come sono collegati schermo, massa e terra all interno delle apparecchiature (spesso non è nemmeno documentato) La connettorizzazione è problematica, specie per cavi con schermi efficaci (calza più foglio) SHIELD - 15 Copyright: si veda nota a pag. 2