TOPIC 2 : Electric Field Coupling in EMC

Electric Field Coupling in EMC

1. Formation of Electric Fields

An electric field arises whenever there is a voltage difference between two objects in space. When a voltage V is applied to a parallel plate structure, charges accumulate on the surfaces of the plates, creating an electric field between them.

Within the region between the plates, the electric field intensity E is uniform and depends on:

  • The voltage difference between the two plates.
  • The distance between the conductive plates.

Electric field lines are formed by the voltage potential and always terminate at a conductive surface. These field lines help describe how electric fields couple between objects, influencing charge distribution in electronic circuits.

2. Applications and Effects of Electric Field Coupling

In electronic circuit design, intentional electric field coupling is used to form the fundamental operating principle of capacitors. Therefore, in circuit analysis, this coupling is effectively modeled as a lumped capacitance.

However, in electronic systems, unintended electric field coupling can create parasitic capacitance, also known as "stray" capacitance. This phenomenon can cause crosstalk and affect signal integrity.

3. EMI Noise Mechanism Due to Electric Field Coupling

Flat capacitors are designed to confine most of the electric field E within the two plates, helping to control and minimize noise. However, in reality, signal voltages on conductors (such as PCB traces) can generate electric field radiation, leading to unwanted electromagnetic interference (EMI).

When a portion of this electric field is picked up by another conductor, it can cause unintended coupling between circuits. The extent of electric field coupling between two conductors is determined by:

  • The number of electric field lines originating from the first conductor and terminating at the second conductor.
  • The relative distance and orientation between the two conductors.

This coupling can be modeled as mutual capacitance or discrete capacitance, with its value proportional to the number of shared electric field lines.

4. Conclusion

Electric field coupling is a crucial phenomenon that must be controlled in EMC design. Understanding its mechanism helps engineers optimize PCB layouts, minimize crosstalk, and improve signal integrity.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Ghép Nối Điện Trường Trong EMC

1. Sự Hình Thành Trường Điện

Một trường điện xuất hiện bất cứ khi nào có sự chênh lệch điện thế giữa hai vật thể trong không gian. Khi một điện áp V được đặt vào cấu trúc tấm song song, điện tích sẽ tích tụ trên bề mặt của các tấm, tạo ra một trường điện giữa chúng.

Trong vùng giữa các tấm, cường độ trường điện E là đồng đều và phụ thuộc vào:

  • Giá trị hiệu điện thế giữa hai tấm.
  • Khoảng cách giữa hai tấm dẫn điện.

Các đường sức điện được hình thành bởi hiệu điện thế và luôn kết thúc ở một dây dẫn bên phải. Những đường sức này giúp mô tả cách trường điện ghép nối giữa các vật thể, từ đó ảnh hưởng đến sự phân bố điện tích trong mạch điện tử.

2. Ứng Dụng và Tác Động Của Ghép Nối Điện Trường

Trong thiết kế mạch điện tử, ghép nối điện trường được sử dụng có chủ đích để tạo thành nguyên lý hoạt động của tụ điện. Vì vậy, khi phân tích mạch, người ta thường mô hình hóa sự ghép nối này bằng một điện dung tập trung.

Tuy nhiên, trong các hệ thống điện tử, sự ghép nối điện trường không mong muốn có thể tạo ra một điện dung ký sinh, còn được gọi là điện dung "lạc". Hiện tượng này có thể gây ra nhiễu xuyên âm và ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của tín hiệu.

3. Cơ Chế Tạo Nhiễu EMI Do Ghép Nối Điện Trường


Các tụ điện phẳng được thiết kế để giữ hầu hết trường điện E bên trong hai tấm, giúp kiểm soát và hạn chế nhiễu. Tuy nhiên, trong thực tế, điện áp tín hiệu trên các dây dẫn (chẳng hạn như đường mạch in trên PCB) có thể tạo ra bức xạ trường điện, dẫn đến vấn đề EMI (Nhiễu điện từ không mong muốn).

Khi một phần trường điện này được dây dẫn khác thu nhận, nó có thể gây ra sự ghép nối không mong muốn giữa các mạch. Mức độ ghép nối điện trường giữa hai dây dẫn được xác định bởi:

  • Số lượng đường sức điện từ dây dẫn thứ nhất đi đến dây dẫn thứ hai.
  • Khoảng cách và hướng tương quan giữa hai dây dẫn.

Sự ghép nối này có thể được mô hình hóa dưới dạng một điện dung tương hỗ (mutual capacitance) hoặc điện dung "rời rạc", với giá trị tỷ lệ thuận với số đường sức điện chia sẻ giữa hai dây dẫn.

4. Kết Luận

Ghép nối điện trường là một hiện tượng quan trọng cần được kiểm soát trong thiết kế EMC. Hiểu rõ cơ chế của nó giúp các kỹ sư tối ưu hóa thiết kế PCB, giảm thiểu nhiễu xuyên âm và cải thiện tính toàn vẹn của tín hiệu.

#EMC #NonConductiveCoupling #CapacitiveCoupling #InductiveCoupling #Crosstalk #ElectromagneticCompatibility #EMCDesign #SignalInterference #PCBDesign #ElectromagneticInterference

Nhận xét

Đăng nhận xét

Bài đăng phổ biến từ blog này

Demo Project 1 : Debugging radiated emission for LED

Hình ảnh
  Gỡ lỗi EMC Cho Đèn LED   1. Giới thiệu Trong quá trình thiết kế và sản xuất thiết bị điện tử, đảm bảo tương thích điện từ (EMC) là yếu tố then chốt để sản phẩm hoạt động ổn định và không gây nhiễu cho các hệ thống khác. Báo cáo này trình bày quá trình gỡ lỗi EMC cho sản phẩm, tập trung vào việc giảm phát xạ bức xạ và cải thiện hiệu suất hoạt động thông qua các giải pháp thiết kế và kỹ thuật tối ưu. 2. Mục tiêu Xác định các nguồn nhiễu EMI gây ra bởi phát xạ bức xạ. Đánh giá mức độ phát xạ của sản phẩm theo tiêu chuẩn EMC (CISPR 15/EN 55015). Triển khai các biện pháp khắc phục để giảm phát xạ, từ đó cải thiện độ ổn định và hiệu suất của sản phẩm. 3. Phương pháp thực hiện 3.1. Thiết lập môi trường thử nghiệm: Thử nghiệm được tiến hành trong buồng không phản xạ để loại trừ nhiễu ngoại lai. Dải tần kiểm tra: 30 MHz đến 1 GHz. EUT (Equipment Under Test) được đặt trên tấm gỗ ở độ cao 0,8 m tính từ sàn, với khoảng cách đo từ anten đến EUT là 3m, 10m hoặc 30m . 3.2. Đo lường và p...
Đọc thêm

What is the EMC ?

Hình ảnh
     Language: Vietnames      Khái Niệm      EMC là gì ? EMC (Electromagnetic Compatibility — Tương thích điện từ) là một lĩnh vực trong kỹ thuật điện tử, tập trung vào việc đảm bảo các thiết bị điện tử có thể hoạt động tốt trong môi trường điện từ mà không gây nhiễu quá mức đến các thiết bị khác hoặc bị ảnh hưởng bởi nhiễu từ bên ngoài. EMC bao gồm hai khía cạnh chính: Emission (Phát xạ): Đo lường và kiểm soát mức độ nhiễu điện từ mà một thiết bị phát ra, để đảm bảo nó không gây ảnh hưởng đến các thiết bị khác. Immunity (Miễn nhiễm): Khả năng của một thiết bị chống lại nhiễu từ môi trường bên ngoài, đảm bảo nó vẫn hoạt động ổn định khi bị "tấn công" bởi sóng điện từ từ các thiết bị khác. Thử nghiệm bức xạ cho máy in (30 MHz - 1 GHz) (Phát xạ) Thử nghiệm phóng tĩnh điện cho màn hình (Miễn nhiễm) Tiêu chuẩn thử nghiệm : Tiêu chuẩn quốc tế : CISPR 32— Phát xạ cho thiết bị đa...
Đọc thêm

Demo Project 2 : Debugging radiated emission for LED

Hình ảnh
  Gỡ lỗi EMC Cho Đèn LED 1. Giới thiệu Trong quá trình thiết kế và sản xuất thiết bị điện tử, đặc biệt là các sản phẩm chiếu sáng như đèn LED, đảm bảo  Tương thích điện từ (EMC)  là một bước quan trọng để sản phẩm vận hành ổn định và không gây nhiễu đến các thiết bị xung quanh. Việc kiểm soát phát xạ bức xạ giúp đảm bảo sản phẩm tuân thủ các tiêu chuẩn EMC quốc tế, tránh các rủi ro về pháp lý và kỹ thuật. Báo cáo này sẽ tập trung vào  quy trình gỡ lỗi EMC  cho mạch driver của đèn LED, đặc biệt là việc giảm thiểu  phát xạ bức xạ (Radiated Emission)  thông qua các kỹ thuật thiết kế tối ưu và giải pháp thực tế. 2. Mục tiêu Quy trình này nhằm hướng đến các mục tiêu cụ thể sau: Xác định các nguồn phát xạ EMI  chủ yếu trong mạch driver LED, bao gồm: Chân Drain của IC chuyển mạch. Đầu vào (Input) và đầu ra (Output) của mạch driver. Vùng xung quanh diode và mạch snubber. Đánh giá mức độ phát xạ bức xạ  của mạch LED theo tiêu chuẩn EMC hiện hành, đ...
Đọc thêm