El conector adecuado puede manejar tanto la EMI radiada como la conducida

La interferencia electromagnética (EMI) es una realidad frustrante y, a menudo, inevitable en muchos diseños de sistemas. Es omnipresente y perniciosa, y sus efectos empeoran a medida que aumentan las frecuencias de funcionamiento. Puede irradiarse a través del aire o conducirse a través de líneas de señal y alimentación, que luego la inyectan en el circuito o actúan como antenas para transmitirla.

Si un producto conduce o irradia EMI (el "agresor"), puede interferir con el funcionamiento de los sistemas cercanos, no pasar las pruebas de cumplimiento normativo y ser incapaz de ingresar al mercado. Por el contrario, si un producto está en el papel opuesto como receptor deliberado o no intencional de EMI (una "víctima"), puede experimentar fallas, errores e inconsistencias inexplicables e intermitentes.

Estos problemas pueden variar desde potencialmente mortales, como en un avión u hospital, hasta costosos, como en una línea de producción, o ligeramente divertidos, como en el caso de mi velocímetro inalámbrico para bicicleta. El velocímetro opera en la banda de 432 megahercios (MHz) y, por alguna razón, lee constantemente de 65 a 85 millas por hora (MPH) en un tramo de carretera de 100 yardas entre una casa aislada y las vías cercanas de Amtrak con líneas aéreas de 20 kilovoltios (kV).

Cómo minimizar los efectos de la EMI

Reducir o eliminar la fuente de EMI o su impacto es simple y complejo en igual medida. Los pasos básicos incluyen una conexión a tierra adecuada, un blindaje completo, una derivación adecuada y, por supuesto, el uso de filtros. Más allá de esos pasos, a menudo es la historia habitual de "80/20": eliminar el 80% requiere el 20% del esfuerzo; deshacerse del 20% restante puede constituir fácilmente el 80% del trabajo.

Cualquier espacio en un gabinete, como el requerido para un enchufe y un receptáculo de conector, es una puerta a través de la cual la energía EMI puede pasar en cualquier dirección. Sin embargo, si la EMI se debe únicamente a la energía irradiada, un conector blindado resuelve el problema.

Este problema se abordó hace décadas, comenzando con la aplicación del cable coaxial y los clásicos conectores hembra y macho SO-239 y PL-259, así como la serie BNC. Sin embargo, estos conectores de RF totalmente blindados solo pueden admitir una señal por conector y no son adecuados para señales de alimentación de CC y no RF.

Una buena alternativa es "volver al futuro" a un tipo de conector que alguna vez fue dominante para los enlaces de comunicación y otras interfaces: el conector D-subminiatura (D-sub) (Figura 1) de compañías como Molex. Antes de los puertos USB y paralelos, los ingenieros y muchos consumidores usaban este conector en su versión de 9 pines (llamada DB-9) como interconexión para el protocolo serie RS-232.

Figura 1: La serie de adaptadores y conectores D-sub resistentes y ampliamente utilizados viene en una amplia gama de posiciones de contacto, clasificaciones eléctricas, anchos de banda de filtrado EMI y terminaciones físicas; los filtros pi abordan la EMI conducida. (Fuente de la imagen: Molex)

USB y Ethernet han asumido en gran medida el papel de RS-232, por lo que el protocolo ahora se encuentra principalmente en sistemas heredados y rara vez se usa en nuevos diseños; sin embargo, el conector D-sub sigue vivo. Hay muchas razones para su longevidad:

• El diseño de metal sobre metal sin espacios proporciona un blindaje del 100% alrededor de los cables.
• Es mecánicamente resistente, lo que permite el uso de postes y tornillos de elevación para un bloqueo positivo entre los pares de acoplamiento.
• Hay disponibles versiones con 9, 15, 25, 37 y 50 contactos.
• Se ofrece con una amplia gama de terminaciones, incluidas copas de soldadura y pines de placa de circuito impreso (placa de PC) rectos o en ángulo recto.

Cuando el blindaje por sí solo no es suficiente

El blindaje del conector D-sub aborda el problema de la energía EMI radiada, pero no resuelve el problema de EMI conducida. Ahí es donde la familia Molex de adaptadores y conectores D-sub pi de alto rendimiento y filtrados EMI (Figura 1, nuevamente) se convierte en una solución atractiva.

Estos conectores incorporan filtros para EMI en sus contactos, por lo que no se requiere espacio ni componentes adicionales en la placa de circuito impreso. Tanto las líneas conectadas a tierra como las aisladas se ubican dentro del mismo conector para ahorrar aún más espacio. Están disponibles en una amplia gama de configuraciones mecánicas y terminaciones para opciones de diseño.

Los filtros integrales evitan que la EMI conducida pase a través del par de conectores, atenuando así la EMI en situaciones críticas, como controles de motores en aeronaves, radios aerotransportadas, equipos de imágenes, equipos de procesamiento y muchas otras aplicaciones.

Las características clave del adaptador y conector incluyen:

• Construcción: La carcasa de fundición a presión de una pieza y la estructura interna completamente soldada refuerzan el rendimiento mecánico y eléctrico, evitando fallas en entornos de alta vibración. Los conectores son compatibles con el estándar M24308 (MIL-DTL-24308). Su cuerpo de poliéster relleno de vidrio también cumple con el estándar de inflamabilidad UL 94 V-0.
• Robustez eléctrica: Los conectores pueden soportar rayos y condiciones ambientales transitorias de CA hasta DO-160 Nivel IV para pruebas ambientales de hardware aéreo.
• Filtrado eléctrico: Usando una configuración pi de tres elementos (condensador, inductor y condensador), los filtros absorben el ruido de alta frecuencia en las líneas de alimentación y señal. Su fuerte pendiente de atenuación apoya la supresión de la EMI de banda ancha.
• Condensadores pasantes: Para evitar la transferencia de señales no deseadas en los puntos de interconexión, los condensadores pasantes proporcionan una ruta de baja impedancia a tierra. Reducen eficazmente las emisiones conducidas, especialmente en gabinetes blindados donde los condensadores tradicionales se quedan cortos.
• Elementos inductivos (ferritas, toroides): Estos elementos absorben energía de alta frecuencia y la disipan en forma de calor, minimizando el acoplamiento no deseado.

El usuario selecciona la frecuencia de corte de filtrado EMI, ya que estos conectores se ofrecen con una amplia gama de capacitancias y, por lo tanto, frecuencias de corte, junto con sus pérdidas de inserción asociadas (Figura 2).

Figura 2: Los usuarios de los adaptadores y conectores D-sub pi de alto rendimiento filtrados por EMI pueden seleccionar entre una variedad de parámetros para adaptarse a los requisitos de la aplicación. (Fuente de la imagen: Molex)

Los contactos tienen una resistencia máxima de 10 miliohmios (mΩ) y pueden manejar hasta 5 amperios (A) (corriente de RF de 0,3 A), con una tensión nominal de trabajo de 50 o 100 voltios, según el modelo.

Dos ejemplos entre muchas posibilidades

Para satisfacer las necesidades de los diseñadores de un número específico de posiciones de contacto, frecuencias de corte y opciones de montaje, esta familia Molex ofrece conectores y adaptadores que abarcan de 9 a 50 posiciones de contacto, capacitancias múltiples y varios tipos de terminación.

Por ejemplo, el 0732843041 (Figura 3, izquierda) es un conector hembra de 9 contactos con opciones de capacitancia de 100 a 4000 picofaradios (pF) y terminaciones de copa de soldadura diseñadas para la conexión directa de cables. Otra opción es el 0732840290 (Figura 3, derecha), un conector macho de 25 contactos con las mismas opciones de capacitancia pero con dos filas de terminaciones de pines en ángulo recto para soldar directamente a una placa de PC.

Figura 3: El conector hembra de enchufe 0732843041 de 9 contactos (izquierda) tiene copas de soldadura para la conexión de cables individuales; el 0732840290 es un conector macho de 25 contactos (derecha) que tiene dos filas de terminaciones de clavijas en ángulo recto para soldar a una placa de circuito impreso. (Fuente de la imagen: Molex)

Conclusión

Los ingenieros experimentados saben que los conectores son tan cruciales para el éxito del producto como cualquier otro componente activo o pasivo. Los adaptadores y conectores D-sub pi de alto rendimiento y filtrado EMI de Molex ofrecen mucho más que solo proporcionar continuidad. Pueden proporcionar una atenuación significativa de la EMI radiada y conducida. Al hacerlo, reducen las incertidumbres de diseño y las sorpresas EMI no deseadas.

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3: ¿Qué son EMC y EMI?

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