2012 WURTH ELECTRONICS MIDCOM Blindagem Introdução aos Conceitos e Aplicações Ciro.Fuzihara@we-online.com 2012 Wurth Electronics Midcom 1
Definições Básicas EMI = Interferência Eletromagnética É a perturbação gerada por indução ou radiação eletromagnética EMC = Compatibilidade Eletromagnética É a capacidade de um dispositivo de operar na presença de perturbações 2012 Wurth Electronics Midcom 2
EMC Tipo de emissões Compatibilidade Eletromagnética Emissão Imunidade Emissão Conduzida Emissão Irradiada Suscept. Conduzida Suscept. Irradiada 2012 Wurth Electronics Midcom 3
INTERFERÊNCIAS 2012 Wurth Electronics Midcom 4
Características das Interferências Simétricas Assimétricas Campo Ruído conduzido Ruído acoplado Ruído irradiado Soluções Indutores bastão e toroidais Filtros de modo Comum Ferrites para EMI, Blindagem 0,01 0,1 1 10 100 1000 f (MHz) 2012 Wurth Electronics Midcom 5
Tipos de sinal ou ruído Emissões Irradiadas Blindagens podem ser usadas? Emissões Conduzidas 2012 Wurth Electronics Midcom 7
Modos de Ruídos Irradiados Efeito da Transmissão no Ruído Irradiado RF RF Fonte Blindagem 2012 Wurth Electronics Midcom 8
Modos de Ruído Irradiado Efeito da Reflexão no Ruído Irradiado RF Fonte Blindagem 2012 Wurth Electronics Midcom 9
Onda eletromagnética É tridimensional 1 ciclo = Período, medido em segundos ou comprimento de ondas medido em metros Frequência = 1 /Período 1 / 20µs = 50 khz 2012 Wurth Electronics Midcom 11
Uma onda eletromagnética Componentes de uma onda eletromagnética Componente campo E Componente campo H 90 degrees 2012 Wurth Electronics Midcom 12
TIPOS DE GABINETES 2012 Wurth Electronics Midcom 13
Gabinetes Os produtos podem ser construídos por duas classes de material do ponto de vista RF: 1. Metálico Alumínio, aço, latão, cobre. Material Blindagem Natural 2. Não Metálico Plástico, Nylon, Poliestireno, PVC, ABS, PP. Materiais transparentes a RF 2012 Wurth Electronics Midcom 14
Tipos comuns de blindagens de RF Dois tipos principais: Metálico (Cu, Al, Aço ) e Ferrite (NiZn, MnZn ou compostos similares) Blindagem metálica WE-SHC Folha absorvedora WE-FAS Gaxeta condutiva WE-LTS WE-CPU Placa de ferrite Espuma condutiva WE-LS Gaxeta condutiva WE-LT Fitas condutivas WE-CF/TS 2012 Wurth Electronics Midcom 15
O problema básico a ser solucionado RF irradiada RF irradiada 2012 Wurth Electronics Midcom 16
Aplicações (Blindagens) Metálica Ferrite 2012 Wurth Electronics Midcom 17
Aplicação (Componentes de blindagem) Absorver ou refletir RF irradiada Blindagem 2012 Wurth Electronics Midcom 18
Aplicação ( gabinetes blindados ) Conter RF irradiada Folha de ferrite 2012 Wurth Electronics Midcom 19
Características dos ferrites : Ferrites armazenam e dissipam energia Store Dissipate 2012 Wurth Electronics Midcom 20
Atenuação Comportamento do material com Sinais Irradiados Metal vs Ferrite quando sinais são transmitidos Frequência Ferrite Metal 2012 Wurth Electronics Midcom 21
Atenuação Comportamento do material com Sinais Irradiados Metal vs Ferrite quando sinais são refletidos Frequência Metal Ferrite 2012 Wurth Electronics Midcom 22
Reflexão Vs Atenuação Condutividade Permeabilidade Espessura 2012 Wurth Electronics Midcom 23
Vantagens Metal vs Ferrite Blindagem Ferrite Metal O metal tem de ser aterrado! O ferrite não precisa. Ferrite é caro. Metal é mais barato e fácil de moldar. 2012 Wurth Electronics Midcom 24
Isso inviabiliza o perfeito funcionamento de uma blindagem! 25 2012 Wurth Electronics Midcom 25
Efeitos da blindagem nos Componentes da onda eletromagnética Ferrite Ferrite trabalha melhor em curtas distâncias e afeta mais significativamente o campo magnético Metal Metal trabalha em qualquer distância e afeta mais significativamente o campo elétrico 2012 Wurth Electronics Midcom 26
SOLUÇÕES: GABINETES METÁLICOS 2012 Wurth Electronics Midcom 27
Aplicações ( cenários) Gabinetes metálicos 2012 Wurth Electronics Midcom 28
Problemas com gabinetes metálicos Vazios permitem que ruídos de RF passem. Rasgos funcionam como antenas Antena WLAN 2,4GHz 8 3 10 m s 2,4 10 s 9 0,125m / 4 3,125cm 2012 Wurth Electronics Midcom 29
Ventilação pode ser um ponto fraco 2012 Wurth Electronics Midcom 30
Gabinete metálico corretamente aterrado Gaxetas e fitas condutivas fechando os vãos. A melhor performance da gaxeta é quando o material é comprimido 50% e produz maior condutividade. 2012 Wurth Electronics Midcom 31
Aplicações (Gaxetas) Gaxetas preenchem o vão entre paredes de gabinetes metálicos. 2012 Wurth Electronics Midcom 32
Aplicações (Gaxetas) Blindagem de bordas WE-LT WE-GS 2012 Wurth Electronics Midcom 33
Bom aterramento Cintas de aterramento Cintas plásticas para aterramento Presilhas de nylon para aterramento Trançado de Nylon condutivo 2012 Wurth Electronics Midcom 34
WE-SHC Blindagem Banho de estanho de acordo com DIN EN 10202/10203 SMD/THT Efetividade da blindagem >60dB @500MHz a 3GHz Aplicação Entrada de RF e estágios de amplificação Estágios de saída de RF Partes sensíveis a EMC em gabinetes plásticos 2012 Wurth Electronics Midcom 35
Material correto Alta Frequência Baixa Frequência (<1KHz) Aplicações Micro-controladores Conversores A-D Amplificadores de Micro-ondas Fontes chaveadas Lógica CMOS e outros dispositivos de chaveamento rápido Transformadores convencionais Bobinas Eletromagnéticas disjuntores Reles Componentes no espectro de áudio Materiais Preferidos Materiais não-ferrosos como: Latão Cobre Berílio Bronze fosforoso Materiais Ferrosos como: Aço Mu-metal Radio-Metal Molebidênio 2012 Wurth Electronics Midcom 36
Blindagem para RF 2012 Wurth Electronics Midcom 37
Blindagem de RF 2012 Wurth Electronics Midcom 38
APLICAÇÕES: FOLHA DE FERRITE 2012 Wurth Electronics Midcom 39
Aplicações ( Melhorar RFID 13.56MHz) 2012 Wurth Electronics Midcom 40
Aplicações ( Melhorar RFID 13.56MHz) 2012 Wurth Electronics Midcom 41
CONCLUSÕES 2012 Wurth Electronics Midcom 42
Projeto para EMC 43 Ponto de vista econômico: Depende de quando você começa a projetar para atender os requisitos de EMC. Custo Pre-projeto Protótipo Produção Tempo 2012 Wurth Electronics Midcom 43
Soluções milagrosas? Sourse: Kontakt Chemie 2012 Wurth Electronics Midcom 44
2012 WURTH ELECTRONICS MIDCOM COMPONENTES PARA RF - SELEÇÃO & APLICAÇÕES - 2012 Wurth Electronics Midcom 45
GUIA DE SELEÇÃO EM UM CLIQUE RF 2012 Wurth Electronics Midcom 46
Nossos componentes para RF? WE-LPF Filtro passa baixa WE-BPF Filtro passa banda WE-MCA Antena de RF ANT Switch LPF Diplexer GSM_Rx GSM_Tx DCS_Rx (Receiver Module) BPF LNA Balun Mixer VCO/PLL LPF (Synthesizer Module) Coupler PA Balun WE-BAL Balun Switch LPF DCS_Tx Mixer (PA Module) WE-MK,RFx,TCI,MI Indutores de RF 2012 Wurth Electronics Midcom 47
INDUTORES DE RF 2012 Wurth Electronics Midcom 48
Overview WE-MK WE-RFH WE-RFI WE-TCI WE-MI 2012 Wurth Electronics Midcom 49
Indutor WE-MK Diferença para o WE-MI? 1nH 0,1Ω R DC 2,8Ω 0,45GHz L SRF 220nH >17GHz Q 8 20 100mA I DC 600mA Estrutura monolítica baseada em cerâmica Alta SRF (frequência de auto ressonância) Tolerância 5 % (resp. 0.3 nh) Baixo custo Marcação de polaridade Camada de Plating (Ni/Sn) 744 782 xxx 0201 (1 33 nh) 744 784 xxx 0402 (1 120 nh) 744 786 xxx 0603 (1 220 nh) Terminal eletrodo (Ag) Parâmetros S disponíveis RFSIM99 freeware simulação design Kits: tamanho 0402: 744 781 tamanho 0603: 744 782 Condutor Interno (Ag) cerâmica baixo dielétrico 2012 Wurth Electronics Midcom 50
Indutor WE-TCI 1nH 0,1Ω R DC 5Ω 1GHz L SRF 68nH 12GHz Q 13 15 90mA I DC 800mA Indutor de filme espesso fotolitografico cauterizado Manufatura muito precisa Tolerância estreita 2% (1%) or 0.1 nh SRF dentro de 10% Valor de indutância estável em circuitos de RF Comportamento de temperatura estável como WE- MK Tamanhos: 0402, 0603 design Kit: 744 901 (tamanho 0402, 0603) Parâmetros S 2012 Wurth Electronics Midcom 51
Indutor WE-KI 1nH 0,03Ω R DC 5,6Ω 0,2GHz Corpo cerâmico e fio L SRF 1500nH 12,5GHz Q 13 60 100mA I DC 1360mA Indutor de fio com alta SRF Valores altos de Q para altas frequências Veja gráfico Q no catálogo Filtro discreto; e.g. Notch filter Typ A Typ C Tamanhos: 0402, 0603, 0805, 1008 Tolerância: padrão 5% ( 2% disponível) Temperatura de operação: -40 C 125 C 2012 Wurth Electronics Midcom 52
Indutor WE-RFH 470nH 10000nH 1,18Ω R DC 2,8Ω 0,04GHz L SRF 0,45GHz Q 15 45 300mA I DC 760mA Corpo cerâmico e ferrite Pequeno e altos valores de indutâncias Mesmo PAD do WE-KI 1008 Aplicável como filtros para SMPS com altas frequências de chaveamento O ferrite NÃO tem um comportamento estável de indutância ao longo da temperatura Tamanho: 1008 Tolerância: standard 5% Temperatura de operação: -40 C 85 C 2012 Wurth Electronics Midcom 53
Indutor WE-RFI 1200nH Corpo de ferrite 1,3Ω R DC 12Ω 0,017GHz L SRF 47000nH 0,28GHz Q 15 20 45mA I DC 230mA EXTENSÃO DO WE-KI 1008 Altos valores de indutância no tamanho 1008 Fim da série KI (1µH) = início da série RFI (1,2µH) Tamanho: 0805, 1008 Tolerância: standard 5% Temperatura de operação: -40 C 85 C 2012 Wurth Electronics Midcom 54
lower DCR higher cuurent Indutores comparação (1,2µH / tamanho 1008) 1 WE-RFH 1008 744758312A L=1,2µH@7,96MHz Q=20@7,96MHz SRF=280MHz DCR=0,5Ω I DC =760mA T=15K 2 WE-RFI 1008 744762312A L=1,2µH@7,96MHz Q=20@7,96MHz SRF=200MHz DCR=1,3Ω I DC =230mA T=15K 3 WE-KI 1008 744762312 L=1,2µH@7,96MHz Q=20@7,96MHz SRF=280MHz DCR=1,3Ω I DC =230mA T=15K Diferentes Vantagens: WE-RFx feitos de ferrite Outro comportamento de saturação Maior corrente nominal devido ao número menor de espiras comparado com WE-KI Indutor de potência para SMPS com altas frequências de chaveamento WE-KI não tem perdas no núcleo cerâmica = ar 2012 Wurth Electronics Midcom 55
lower DCR lower DCR higher cuurent Indutores comparação (68nH / tamanho 0603) 1 WE-TCI 0603 744902168 L=68nH@300MHz Q=15@300MHz SRF=1000MHz DCR=5Ω I DC =150mA T=30K 2 WE-MK 0603 74478616 L=68nH@100MHz (~70nH@300MHz) Q=12@100MHz (~25@300MHz) SRF=1000MHz DCR=1,2Ω I DC =600mA T=20K 3 WE-KI 0603 744761168GA L=68nH@200MHz (68nH@300MHz) Q=40@250MHz SRF=1000MHz DCR=0,34Ω I DC =600mA T=15K Diferentes Vantagens : WE-TCI tem tolerãncias baixas em: indutância frequência de auto ressonância SFR WE-MK tem baixo custo WE-KI tem altos valores de Q Baixo DCR correntes nominais maiores 2012 Wurth Electronics Midcom 56
lower DCR higher cuurent Indutores comparação (1nH / tamanho 0402) 1 WE-TCI 0402 744901010 L=1nH@500MHz Q=20@500MHz SRF=12GHz DCR=100mΩ I DC =700mA T=30K 2 WE-MK 0402 74478401 L=1nH@100MHz (~1nH@500MHz) Q=8@100MHz (~22@500MHz) SRF=17GHz DCR=120mΩ I DC =300mA T=20K 3 WE-KI 0402 744765010A L=1nH@250MHz (1nH@500MHz) Q=13@250MHz (~28@500MHz) SRF=6GHz DCR=45mΩ I DC =1360mA T=15K 2012 Wurth Electronics Midcom 57
Indutores comparação Preste atenção: Valor de L na frequência de operação do cliente L=1nH@500MHz Compare o valor de Q na mesma frequência de teste olhe também olhe a frequência de operação Q=20@500MHz Compare a corrente nominal no mesmo delta de temperatura (Como indutores de potência) Em circuitos de RF as vezes a corrente nominal não é significante I DC =700mA T=30K Compare DCR DCR=100mΩ Preste atenção na SFR SRF=12GHz 2012 Wurth Electronics Midcom 58
Indutores aplicações Celulares Rádios Aplicações de GPS Rede sem fio Aplicação para telecom Bluetooth RF geral. 2012 Wurth Electronics Midcom 59
Aplicações Acoplamento AC Alimentação DC Filtros de harmônicas Casamento de impedância indutores 2012 Wurth Electronics Midcom 60
Componentes - LTCC 2012 Wurth Electronics Midcom 61
PORQUE LTCC? Low Temperature Co-fired Ceramics, neste processo resistores, indutores e capacitores são produzidos em um forno ao mesmo tempo em uma temperatura de 850 C. Vantagens: Tamanho Componentes leves integração Perdas menores (até 60 GHz) Tolerância mecânica Solução barata Características elétricas repetitíveis Alta confiabilidade Estabilidade térmica 2012 Wurth Electronics Midcom 62
Low Temperature Co-fired Ceramics (LTCC) 850 C One fire 2012 Wurth Electronics Midcom 63
CRITÉRIO DE SELEÇÃO 2012 Wurth Electronics Midcom 64
Critério de seleção WE-LPF ( Filtro Passa Baixa ) Propriedades: Estrutura monolítica, ( Substituto para 1 indutor e 3 capacitores ou 3 indutores e 5 capacitores) Dimensão reduzida e leve Solução barata em comparação com filtros LC discretos Pequenas perdas na faixa de operação Alta atenuação fora da faixa de operação Comportamento estável em temperatura Aplicações: 0.8-6GHz comunicação sem fio (e.g. DECT / PACS / PHS / DCS / PCS, módulos WLAN) 2012 Wurth Electronics Midcom 65
Critério de seleção WE-LPF Frequência de Corte Perdas por inserção Atenuação de harmônicos Tamanho WE-LPF f 0 f 0 Spektrum 0-10 -20-30 -40 Spektrum -50-60 -70-80 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 2012 Wurth Electronics Midcom 66
Critério de Seleção WE-BPF ( Filtro Passa Faixa ) Propriedades: Perdas pequenas na faixa de operação Alta atenuação fora da faixa de operação Pequeno tamanho, leve (menor que o filtro SAW) Solução barata Comportamento estável em temperatura (-40 C 85 C) Aplicações: RF-range: 0.8-6 GHz comunicação sem fio (e.g. DECT / PACS / PHS / GSM /DCS, WLAN, Bluetooth, Hyper- LAN) WE-BPF 2012 Wurth Electronics Midcom 67
db(s_11) db(s_21) Critério de Seleção WE-BPF ( Filtro Passa Faixa ) Faixa de frequência Perda de inserção Alta atenuação fora da faixa de corte Alta supressão de harmônicos Tamanho Spektrum 0 0 Filtro passa faixa para BLUETOOTH DECT / GSM ISM 868-10 -20-30 -40-50 -60-10 -20-30 -40-50 -60-70 Spektrum -70-80 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 freq, GHz 2012 Wurth Electronics Midcom 68
Critério de Seleção WE-BAL Transformador de Impedância Balanceado-Não balanceado Propriedades: Tamanho reduzido Pequena perda de inserção (<1.0dB) Pequenas diferenças amplitude e fase (In-/Output) Balun tipo Marchand: DC permitido Baluns tipo LC Conversor de Impedância 2012 Wurth Electronics Midcom 69
Critério de Seleção WE-BAL Transformador de impedância Balanceado-paradesbalanceado Frequência de operação Impedância balanceada Perdas de inserção Tamanho 2012 Wurth Electronics Midcom 70
Critério de Seleção WE-MCA Características: Estrutura monolítica Tamanho reduzido, SMT, leve Faixa larga Alto ganho - até 3dBi Quase omnidirecional Impedância 50 ohms aplicação: WLAN, BLUETOOTH HiperLAN ISM868, ISM2400, GPS, Dual-Band Chip Antenna Para WLAN 802.11 a/b/g (2.4/ 5.2 GHz) 2012 Wurth Electronics Midcom 71
Critério de Seleção WE-MCA Multilayer, Estrutura sinuosa Algumas vias perto do plano terra no ponto de alimentação Sem plano terra abaixo da antena Mesma performance de ½ λ dipolo mechanical attachment Performance depende do tamanho do plano terra RF feed 2012 Wurth Electronics Midcom 72
Critério de Seleção WE-MCA Multilayer-Chip-Antenna 2012 Wurth Electronics Midcom 73
Características de radiação 2012 Wurth Electronics Midcom 74
Regras de projeto para Antena 7488910245 Distância A A B Linha de entrada 1mm >2W (W: largura da antena) W=5mm B A B Terra PCB livre A 2012 Wurth Electronics Midcom 75
VSWR Voltage Standing Wave Ratio O que você deve saber! Transmission Line Antenna Casamento perfeito Reflexão total Z1 ZL 60 50 1 r 1 0,1 r 0,1 VSWR 1, 2 Z Z 60 50 1 r 1 0,1 1 L 2012 Wurth Electronics Midcom 76
Casamento de impedância Porque casamos antenas? Perda de retorno na entrada depende de: Impedância e comprimento da linha de Alimentação Layout da PCB e tamanho do plano terra Gabinete plástico Otimização da perda de retorno Exemplos de casamento de antena Válido para os desenhos das testboards nas specs 2012 Wurth Electronics Midcom 77
Exemplos de componentes para RF Placa de teste WLAN TEXAS INSTRUMENTS Ref. Design Evaluation Board WE-MCA 748 891 0245 WE-MK 0402 WIRELESS MONITOR LINK 2012 Wurth Electronics Midcom 78
Exemplo de aplicação: GPS USB Dongle Modulo de rastreamento GPS Usando chipset µbox chip antena WE-MCA casamento com WE-KI Uso como rastreador GPS e sistemas de logística 2012 Wurth Electronics Midcom 79
Formação dos Partnumbers 748 891 0245 748 XXX (X)XXX LTCC components 11X = LPF 0603 12X = LPF 0805 32X = BPF 0805 35X = BPF 1008 41X = BAL 0603 42X = BAL 0805 89X = MCA 009 = ~900Mhz 017 = ~1700Mhz 024 = ~2400Mhz 055 = ~ 5500Mhz (0)092 = ~920Mhz (0)160 = ~1600Mhz (0)245 = ~2400Mhz (2)455 = ~4550Mhz 2012 Wurth Electronics Midcom 80
Q&A http://www.we-online.com/ http://www.we-online.com/toolbox Wurth Electronics Midcom Brasil Fone: :+55(11)4702-2774 Fax: +55(11) 4613-1868 E-Mail: eisos-brazil@we-online.com 2012 Wurth Electronics Midcom 81
www.we-online.com 82 2012 Wurth Electronics Midcom 82
83 2012 Wurth Electronics Midcom 83
84 Disponível Globalmente. Presente localmente! Headquarter na Alemanha Catálogo WE Escritórios Distribuição Fábricas 2012 Wurth Electronics Midcom 84