Interferência Eletromagnética em Cabeamento Estruturado

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Interferência eletromagnética sobre sistemas de Cabeamento Estruturado 
Engº. Jorge Fortes 
professorjorge@email.com
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Objetivo
Apresentar o conceito de EMI, bem como seus efeitos e controle sobre transmissão de sinais em sistemas de cabeamento estruturado. 
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Conceito de EMI (Interferência Eletromagnética)
Conceito de EMC (Compatibilidade Eletromagnética)
Mecanismos de interferência em canais de transmissão de sinais
Controle de interferência em SCS
Conclusões
Agenda
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É a interferência sobre a transmissão ou recepção de sinais proveniente do acoplamento de campos elétrico ou magnético separadamente ou pela associação de ambos.
EMI Conceito
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É a habilidade de um circuito ou sistema operar sem introduzir EMI indesejável no ambiente ou ser afetado por outras fontes de EMI internas ou externas.
EMC Conceito
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Background 
Acoplamento entre circuitos
Há, basicamente, quatro tipos:
Acoplamento condutivo 
Acoplamento capacitivo (E)
Acoplamento indutivo (H)
Acoplamento eletromagnético (E,H)
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Fontes externas (de difícil controle):
Linhas de força (alimentação elétrica)
Descargas elétricas atmosféricas
Transmissores de Rádio-freqüência
 Fontes internas (controle mais fácil):
Fontes de alimentação
Circuitos de clock
Problemas relativos ao aterramento e blindagem
Fontes de EMI
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O principal efeito da interferência eletromagnética sobre um canal de transmissão de sinais é a introdução de ruído neste.
Efeitos da EMI 
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O ruído introduzido no canal pode ter potência suficiente para ser, erroneamente, interpretado como um dado válido pelo circuito receptor levando o sistema de comunicação à operação insatisfatória pelo aumento da BER (Bit Error Rate).
Efeitos da EMI 
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Efeitos da EMI - Crosstalk 
Crosstalk ou Diafonia : Interferência de origem eletromagnética entre sinais que trafegam em pares diferentes em um mesmo cabo ou pares de cabos adjacentes.
TX
RX
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EMI - Crosstalk 
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Balanceamento entre os condutores
Blindagem
Aterramento
Métodos de redução da EMI em canais de transmissão 
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Balanceamento
Em qualquer ponto de um link a ddp entre um condutor e a terra deve ser igual à do outro condutor, porém, em oposição de fase
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100 (
V1
V2
O sinal aplicado é simétrico em cada condutor (em relação à terra).
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Balanceamento
Correntes balanceadas geram campos EM em direções opostas
Reduzindo-se a distância entre os condutores, reduz-se a impedância e o campo EM
Condutores trançados melhoram a simetria e cancelam os campos EM
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Balanceamento (desacoplamento de ruído externo)
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Balanceamento deficiente: conseqüências
Há uma tensão diferente entre cada condutor do par e a terra
O link opera como uma antena: gera e recebe efeitos de irradiação
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100 (
V1
V2
O sinal aplicado é simétrico em relação à terra.
EMI
EM susceptibility
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Uma blindagem é uma proteção metálica colocada entre duas regiões do espaço.
Ela é utilizada para controlar a propagação de campos elétrico e magnético de uma das regiões para a outra.
Blindagem (shielding)
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Blindagem (shielding)
Finalidade da blindagem
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É o fator mais importante associado à blindagem em sistemas de transmissão blindados.
É definida pelas:
- Perdas por absorção (A), dB
- Perdas por reflexão (R), dB
Eficiência da blindagem 
S = A + R (dB)
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Quando uma onda eletromagnética passa por um meio sua amplitude cai exponencialmente devido às correntes induzidas no meio produzirem perdas ôhmicas e aquecimento do material.
A perda por absorção é avaliada pelo Efeito Skin característico de cada material.
Perda por absorção (A) 
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Perda por absorção (A) 
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A perda por reflexão na interface entre dois meios está relacionada à diferença entre as impedâncias características entre estes meios.
A perda por reflexão para uma onda eletromagnética que se propaga por uma blindagem é similar à perda de retorno de um pulso de tensão que se propaga por um condutor metálico.
Perda por reflexão (R) 
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Perda por reflexão (R) 
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Aterramento 
O aterramento consiste em um ou mais condutores metálicos em contato com a terra, utilizados para estabelecer um caminho de baixa resistência para a mesma quando houver um distúrbio elétrico no sistema. 
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Aterramento 
Aterramento de proteção:
Proteger pessoas
Proteger equipamentos e instalações
Aterramento funcional:
Garantir o funcionamento satisfatório de sistemas eletro-eletrônicos em uma instalação.
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Importância do aterramento em SCS
Referência “0” de tensão para os ativos
Proteger os equipamentos ativos
Minimizar os efeitos da EMI
Diminuir a resistência da blindagem em sistemas blindados e melhorar as características de transmissão destes sistemas
Eqüalizar os diferentes pontos de terra de um edifício
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Ground Loops
Podem ser fontes de ruído principalmente quando múltiplos pontos de aterramento estão separados por uma longa distância e são conectados ao aterramento do sistema de alimentação elétrica de uma instalação.
Nestes casos, pode ser necessário prover algum caminho alternativo para as correntes de loop.
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Ground Loops
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Ground Loops
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Blindagem e Aterramento em EMI (Test Setup) 
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Resultados dos testes 
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Resultados dos testes 
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Resultados dos testes 
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Resultados dos testes 
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EMI é uma questão muito ampla
Não pode ser tratada por um único prisma, de uma única forma
Cada problema tem uma causa diferente e, portanto requer uma solução diferente
As condições ambientais são de fundamental importância
Requer critérios bem definidos quanto à aterramento e blindagem
Conclusões 
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Sistemas de cabeamento sem blindagem (UTP) são mais baratos, mais fáceis de instalar, porém, menos imunes à EMI
Sistemas de cabeamento blindados são mais caros, mais difíceis de instalar e apresentam piores características de transmissão, porém, apresentam maior imunidade à EMI
Conclusões 
Generically, balance is the degree to which the signal on one wire of a wire pair is equal in amplitude, but opposite in phase on the other wire of that same wire pair. Each signal is measured relative to earth ground.
Assuming that the signal is applied symmetrical relative to earth ground, the average voltage is zero. However, the balance can be disturbed. Main causes for this are the connectors in the link.
It is possible that the signal is not applied in a perfectly balanced manner. The performance feature of the transmitter is called “output signal balance”. Obviously, a perfect quality link can not improve on a signal that is applied in a poorly balanced manner.
Similarly, there may be coupling into the link from external electromagnetic fields, and these can cause a common mode signal. The ability to reject these signals depends on a quality called “Common Mode Rejection” (CMR). Obviously, the link cannot influence the CMR ability of the receiver.
The other main consequence of poor balance relates to Electromagnetic Compatibility (EMC) performance.
If there is a “net” voltage between the wire-pairs and earth ground, the wire-pair operates as an antenna: it will radiate into the environment and electromagnetic signals will couple into the link, causing difficulty to reject the coupling into the receiver from these EM signals.
Note however, that the Output Signal Balance of the transmitter and Common Mode Rejection of the receiver play a very significant role in EMC performance.