Site icon TAPIT

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

Nhiễu điện từ có thể là một khái niệm mới đối với nhiều người. Trong thực tế, đây là mối quan tâm của rất nhiều người sử dụng, giám sát các hệ thống, thiết bị 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 ngay cả những thiết bị điện trong gia đình. Vậy nhiễu điện từ là gì? Nhiễu điện từ gồm những dạng nào? Chúng ta cùng tìm hiểu bản chất và cách chúng làm ảnh hưởng đến hệ thống của chúng ta như thế nào nhé! 

Phần 1: Tìm hiểu về nhiễu điện từ

I. Khái niệm:

Nhiễu điện từ (Electromagnetic Interference) hay EMI, là những tín hiệu điện không mong muốn được sinh ra từ năng lượng điện trường. Những tín hiệu này có thể làm rối loạn, gián đoạn các đường truyền, hay làm cản trở, suy hao tín hiệu điện trong mạch dẫn đến làm mất hoặc làm sai lệch tín hiệu trong các hệ thống.

II. Phân loại:

Nhiễu điện từ có thể phân loại theo 3 cách:

1. Nguồn nhiễu:

Một cách để phân loại nhiễu điện từ là xem xét nguồn gốc tạo ra các loại nhiễu. Dựa vào cách này, ta có thể chia nhiễu điện từ thành hai loại: nhiễu tự nhiên và nhiễu do con người tạo ra.

 

Nguồn: iqsdirectory.com

2. Thời gian nhiễu:

Ta có thể phân loại các loại nhiễu dựa vào khoảng thời gian xảy ra nhiễu. Dựa vào đây, người ta thường chia làm 2 loại: nhiễu liên tục và nhiễu dạng xung.

3. Băng thông của nhiễu:

Ta cũng có thể phân loại nhiễu dựa vào băng thông của chúng. Băng thông của nhiễu điện từ là dải tần số mà nhiễu tạo ra. Dựa vào đây, nhiễu được chia làm 2 loại: nhiễu băng thông hẹp và nhiễu băng thông rộng.

III. Bản chất của nhiễu:

Nhiễu điện từ như đề cập ở trên là một sóng điện từ bao gồm thành phần điện trường E (electric field) và từ trường H (magnetic field), chúng dao động vuông góc với nhau. Mỗi thành phần sẽ có tương tác khác nhau với các thông số của bo mạch như tần số, điện áp, dòng điện, khoảng cách. Vì vậy cần hiểu rõ bản chất nhiễu điện từ để biết được sự quan trọng của các thành phần nhiễu trước khi vấn đề được làm rõ.

Nguồn: circuitdigest.com

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. Các khớp nối dẫn nhiễu:

Các khớp nối dẫn nhiễu mô tả lại con đường mà nhiễu sinh ra từ nguồn nhiễu rồi truyền đến vật nhận nhiễu. Việc hiểu được bản chất của nhiễu cũng như cách mà chúng vận hành trong hệ thống mạch điện tử là chìa khóa để giải quyết vấn đề. Nhiễu điện từ cấu thành từ hai thành phần (từ trường và điện trường) nên nhiễu truyền từ nguồn đến vật nhận thông qua 4 khớp nối chính: dẫn điện (conduction), bức xạ (radiation), điện dung (capacitive coupling), cảm ứng (inductive coupling).

Nguồn: magnoteknik.com

1. Dẫn điện:

Khớp nối dẫn điện xảy ra khi nhiễu được truyền dọc theo dây dẫn (dây và cáp) kết nối nguồn nhiễu và bộ phận nhận nhiễu. Nhiễu trên khớp nối này chủ yếu nhiều trên đường dây nguồn và có thành phần từ trường chiếm ưu thế. Khớp nối dẫn điện sẽ tồn tại ở 2 chế độ: chế độ chung (nhiễu xuất hiện cùng pha trên đường +v và –v) và chế độ sai lệch (nhiễu xuất hiện lệch pha trên 2 đường dây). Một phương án phổ biến để hạn chế nhiễu trên khớp nối dẫn điện là sử dụng bộ filter và bộ shield cho cáp.

2. Bức xạ:

Khớp nối bức xạ là khớp nối phổ biến nhất và thường xuất hiện trong các khớp nối nhiễu. Không giống như dẫn điện, khớp nối bức xạ không có sự kết nối vật lý nào giữa nguồn nhiễu và vật nhận nhiễu mà nhiễu điện từ sẽ được truyền trong không gian.

3. Điện dung:

Khớp nối điện dung là khớp nối xảy ra ở hai thiết bị kết nối với nhau. Khớp nối xuất hiện khi có sự thay đổi điện áp ở nguồn điện dung dẫn đền truyền điện tích cho thiết bị còn lại.

4. Cảm ứng:

Khớp nối cảm ứng là khớp nối mà vật dẫn gây nhiễu cho thiết bị gần đó thông qua hiện tượng cảm ứng điện từ.

Mình đã giới thiệu đến các bạn những kiến thức cơ bản nhất về nhiễu điện từ. Mình mong bài viết này mang lại hữu ích và giải đáp các thắc mắc của bạn. Các bạn cùng đón chờ bài viết phần 2 về nhiễu điện từ nha! Chúc các bạn thành công.

Tri Nguyen – Nhóm TAPIT HW

 

Tìm hiểu thêm:

[HỌC ONLINE TẠI TAPIT: LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN STM32, VI XỬ LÝ ARM CORTEX – M]
Xem thêm Tổng hợp các bài hướng dẫn Lập trình vi điều khiển STM32 tại đây.
Xem thêm Tổng hợp hướng dẫn Internet of Things với NodeMCU ESP8266 và ESP32 tại đây.

Tài liệu tham khảo:
Electromagnetic Interference (EMI): https://circuitdigest.com/article/electromagnetic-interference-types-standards-and-shielding-techniques

Nhóm TAPIT – HW