Ekranlı kablonun ne zaman işe yaradığını, ekranın nasıl sonlandırılması gerektiğini ve ferrit halkaların hangi durumlarda çözüm olduğunu anlattık.
EMC testinde bir sorunla karşılaşıldığında akla gelen ilk çözümlerden biri, kabloyu ekranlı bir kabloyla değiştirmek ya da üzerine bir ferrit halka takmaktır. Bu önlemler doğru uygulandığında gerçekten çok etkilidir. Ancak yanlış uygulandığında ya neredeyse hiç fayda sağlamaz ya da sorunu yalnızca bir frekanstan başka bir frekansa taşır.
Bu yazıda ekranlı kabloların nasıl çalıştığını, ekranın neden doğru sonlandırılması gerektiğini, folyo ve örgü ekran arasındaki farkı, ekranın bir uçtan mı yoksa iki uçtan mı bağlanması gerektiğini, ferrit elemanların hangi durumlarda işe yaradığını ve ekranlı odalara giren kabloların nasıl ele alınması gerektiğini anlatıyoruz.
Ekranlı bir kablonun dış iletkeni, yani ekranı, kablo içindeki sinyallerin yaydığı alanı içeride tutar ve dışarıdaki alanların içteki iletkenlere ulaşmasını engeller. Ancak bu koruma, ekranın üzerinden akan akımların kontrollü bir şekilde toprağa veya kasaya yönlendirilmesine bağlıdır. Ekranın uçları doğru sonlandırılmazsa, ekran akımları cihazın içine girer veya ekranın kendisi bir anten gibi yayılım yapar.
Bu nedenle ekranlı kablonun performansını belirleyen en önemli etken, çoğu zaman kablonun kendisi değil, ekranın konnektörde nasıl sonlandırıldığıdır. Yüksek kaliteli bir ekranlı kablo, kötü bir sonlandırmayla sıradan bir kablodan daha iyi performans göstermeyebilir. EMC testlerinde kablo kaynaklı sorunların büyük kısmı, sonlandırma hatalarından kaynaklanır.
Ekranın en etkili şekilde sonlandırılması, konnektörde kasaya veya konnektör gövdesine 360 derece, yani çevresel olarak bağlanmasıdır. Bu bağlantıda ekran, konnektörün metal gövdesiyle çepeçevre temas eder ve ekran akımı, cihazın içine girmeden kasanın dış yüzeyinden akar. Metal gövdeli konnektörler ve ekran kelepçeleri, bu tür bir bağlantıyı sağlamak için tasarlanmıştır.
Yaygın ama hatalı bir uygulama, ekranın bir tel hâline getirilerek, yani pigtail ile bir pine veya vidaya bağlanmasıdır. Bu tel, birkaç santimetre uzunlukta bile olsa, yüksek frekanslarda önemli bir endüktans oluşturur. Ekran akımı bu endüktans üzerinden akarken bir gerilim düşümü oluşur ve bu gerilim, ekranın amacını büyük ölçüde ortadan kaldırır.
Ekranlı kablolarda iki temel ekran türü kullanılır. Folyo ekran, kabloyu tamamen saran ince bir metal tabakadır ve yüzde yüz kaplama sağlar. Bu özelliği sayesinde yüksek frekanslarda iyi performans gösterir. Ancak folyo ince olduğu için düşük frekanslarda direnci görece yüksektir ve sık bükülen kablolarda zamanla yırtılabilir.
Örgü ekran ise ince metal tellerin kablonun etrafına örülmesiyle oluşur. Daha kalın ve daha düşük dirençli olduğu için düşük frekanslarda daha iyi performans gösterir ve mekanik olarak daha dayanıklıdır. Ancak örgünün aralarındaki küçük boşluklar nedeniyle kaplama yüzde yüz değildir ve yüksek frekanslarda bir miktar sızıntı olabilir. En iyi sonuç, folyo ve örgünün birlikte kullanıldığı kablolarla elde edilir.
Ekranın bir uçtan mı yoksa iki uçtan mı bağlanması gerektiği, sık tartışılan bir konudur ve yanıt frekansa bağlıdır. Düşük frekanslarda, örneğin ses sistemlerinde, ekranın iki uçtan bağlanması toprak döngülerine ve şebeke frekansında uğultuya yol açabilir. Bu tür uygulamalarda ekranın yalnızca bir uçtan bağlanması tercih edilebilir.
Yüksek frekanslarda ise ekranın iki uçtan bağlanması gerekir. Tek uçtan bağlanan bir ekran, yüksek frekanslarda bir anten gibi davranabilir ve yayılımı azaltmak yerine artırabilir. Çoğu modern elektronik üründe, yüksek frekanslı gürültü daha büyük bir sorun olduğu için ekranın iki uçtan, çevresel olarak bağlanması önerilir. Düşük frekanslı toprak döngüsü sorunları ise sistem seviyesinde, toprak düzenlemesiyle ele alınır.
Ferrit halkalar ve ferrit boncuklar, kablo üzerinde akan ortak mod akımlarına karşı yüksek bir empedans oluşturur ve bu akımları bastırır. Ortak mod akımları, kablonun tüm iletkenlerinde aynı yönde akan ve kabloyu bir anten gibi yayılım yapmaya iten akımlardır. Ferrit, bu akımları azaltarak hem yayılan emisyonu düşürür hem de kablo üzerinden gelen girişime karşı dayanıklılığı artırır.
Ferritin etkinliği, malzemesine, boyutuna ve kablonun ferritin içinden kaç kez geçirildiğine bağlıdır. Farklı ferrit malzemeleri farklı frekans aralıklarında etkilidir; bu nedenle sorunun görüldüğü frekansa uygun malzeme seçilmelidir. Kablonun ferrit içinden birkaç tur geçirilmesi, empedansı artırır ve etkili frekans aralığını aşağıya kaydırır. Ancak ferrit, devrenin kendi empedansı düşük olduğunda daha etkilidir; yüksek empedanslı devrelerde etkisi sınırlı kalabilir.
Ferritin konumu, etkinliğini doğrudan belirler. Genel kural, ferritin gürültünün kaynağına, yani genellikle kablonun cihaza girdiği konnektöre olabildiğince yakın takılmasıdır. Bu konumda ferrit, ortak mod akımının kablonun büyük bir kısmına yayılmasını önler. Kablonun ortasına takılan bir ferrit, bazı frekanslarda hiç etki göstermeyebilir.
Ferrit, çoğu zaman bir sorunun hızlı çözümü olarak kullanılır ve bu açıdan çok değerlidir. Ancak ürüne dışarıdan takılan bir ferrit, kök nedeni gizleyebilir ve üretimde unutulabilir. Kalıcı çözüm, ortak mod gürültüsünün kart üzerinde, konnektör bölgesinde bastırılmasıdır. Kart tasarımına ilişkin önerilerimizi PCB tasarımında EMC yazımızda paylaştık. Kablolara iletilen girişim testini ise iletilen bağışıklık testi yazımızda anlattık.
Ekranlı odalarda kablo konusu daha da kritiktir. Odaya giren her kablo, dışarıdaki sinyalleri içeri taşıyabilecek bir yoldur. Bu nedenle enerji kabloları güç hattı filtreleri üzerinden, veri kabloları ise mümkünse fiber optik olarak odaya alınır. Fiber optik kablolar elektrik iletmediği için sinyal taşımaz ve dalga kılavuzu geçişleri üzerinden odaya güvenle alınabilir.
Bakır veri ve sinyal kablolarının odaya girmesi zorunluysa, bu kablolar uygun sinyal filtrelerinden geçirilmeli veya ekranları odanın duvarında çevresel olarak sonlandırılmalıdır. Ekranlı bir kablonun ekranı, odanın duvarına bağlanmadan içeri alınırsa, ekran dış ortamdaki sinyalleri doğrudan odanın içine taşır. Bu tür hatalar, ekranlı odaların performans sorunlarının yaygın nedenlerindendir. Ekranlı oda çözümlerimiz için RF ekranlı oda sayfamıza bakabilirsiniz.
Yüksek frekanslı gürültü için iki uçtan çevresel bağlantı önerilir. Düşük frekanslı uğultu sorunlarında tek uç bağlantı veya bir uçta kondansatör üzerinden bağlantı tercih edilebilir.
Folyo yüksek frekanslarda, örgü düşük frekanslarda ve mekanik dayanıklılıkta öne çıkar. Geniş frekans aralığında en iyi sonuç ikisinin birlikte kullanıldığı kablolarla alınır.
Gürültünün kaynağına, yani genellikle kablonun cihaza girdiği konnektöre olabildiğince yakın takılmalıdır.
Ekran akımı ince telin endüktansı üzerinden akarken bir gerilim düşümü oluşur. Bu gerilim, yüksek frekanslarda ekranın etkisini büyük ölçüde azaltır.
Hayır. Ferrit malzemeleri belirli frekans aralıklarında etkilidir; sorunun görüldüğü frekansa uygun malzeme ve boyut seçilmelidir.
Mümkünse fiber optik ile alınır. Bakır kablo zorunluysa uygun sinyal filtresinden geçirilmeli veya ekranı duvarda çevresel olarak sonlandırılmalıdır.
Ücretsiz keşif ve teklifiniz 24 saat içinde hazır.
Ekranlı odaya giren her enerji hattında kullanılan RF filtrelerinin nasıl seçildiğini, kaçak akım ve güvenlik konularını ve sık yapılan hataları anlattık.
Kablo, trafo ve izolatör testlerinde kısmi deşarj ölçümünün neden dış gürültüye karşı bu kadar hassas olduğunu ve ekranlı laboratuvarın rolünü anlattık.
Düşük frekanslı manyetik alanlara karşı kullanılan mu-metal ve silisli saclarla ekranlamanın çalışma prensibini ve uygulama örneklerini anlattık.