Case study: Applet for wire interconnects as radiators

Conducting wires generate electromagnetic fields and have coupling fields to other components and circuits. These fields can lead to malfunction or permanently damages. It is important to be able to quantify the emission of fields. In this study, the radiation of fields from a wire interconnects has been investigated. The modeling for emission was created via Java and Matlab GUI applets. This work presents a model to determine radiation of transmission line with and without ground. The effect of ground is crucial for near field radiation. There exist many theoretical explanations about radiation of fields. The pattern of radiated fields is indicated as the near field and far field radiation. Understanding the radiation phenomena, the simulation of radiation pattern and the examples of numerical computation have been shown with and without ground plane. Its configuration and presence of conducting plane are also kept in mind.

The transmission line, shown in Figure 1, consists of a pair of parallel conducting wires with constant separation. According to this transmission line without ground plane, the radiation from each of the opposite currents are assumed the same and are summed. The circuit length L should be large, and the circuit width w is small to have limited radiation. The radiated electric field of the circuit in the xy plane is [16]

where Z0 is the characteristic impedance of free space, f is frequency, r is the observation distance, c is the speed of light, |I| is the peak amplitude of the current, vp is the propagation velocity, θ is the elevation angle, and ϕ is the azimuth angle. In the circuit, VS is the voltage source, RL and RS are load resistance and source resistance, respectively. Considering the ground plane, the radiating images of currents are taken into consideration. h is the distance between the transmission line and the ground. There are two situations. If the transmission line is parallel to the ground, the image currents are in the same directions. If the transmission line is perpendicular to the ground, the image currents are in opposite directions. The radiated field over the ground is the sum of the circuit radiation and its image.

From theory, computer code has been written to simulate and determine radiation and is packaged as an applet. Field components are presented in Cartesian and polar coordinates.

A transmission line without ground plane, with wire diameter d = 0.5 mm, w = 50 mm, f = 1 MHz, L = 1 m, r = 1 m, RL = 50 Ω, RS = 50Ω and VS = 1 V is computed using the applet composed. The results can be compared with [17–18]. Figures 2 and 3 show the simulation results for polar coordinates without and with ground, respectively. It is seen that Eϕ and Ex components do not exist for ϕ =90◦. All the other components are plotted and compared with other coordinates easily. The second model is done for the transmission line with ground plane with h = 5 mm to show the ground effect.

Figure 2. The (a) Polar and (b) Cartesian field components for ϕ =90°

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http://journals.tubitak.gov.tr/elektrik/issues/elk-09-17-3/elk-17-3-6-0908-168.pdf

Electromagnetic wave transmission

The transmission of electrical energy by wires, the broadcasting of radio signals, and the phenomenon of visible light are all examples of the propagation of electromagnetic energy. Electromagnetic energy travels in the form of a wave. Its speed of travel is approximately 3 × 10⁸ m/s (186,000 mi/s) in a vacuum and is somewhat slower than this in liquid and solid insulators. An electromagnetic wave does not penetrate far into an electrical conductor, and a wave that is incident on the surface of a good conductor is largely reflected. See also Electromagnetic wave.

Electromagnetic waves originate from accelerated electric charges. For example, a radio wave originates from theoscillatory acceleration of electrons in the transmitting antenna. The light that is produced within a laser originates when electrons fall from a higher energy level to a lower one.

The waves emitted from a source are oscillatory and are described in terms of frequency of oscillation. The method of generating an electromagnetic wave depends on the frequency used, as do the techniques of transmitting the energy to another location and utilizing it when it has been received. Communication of information to a distant point is generally accomplished through the use of electromagnetic energy as a carrier.

The illustration shows the configuration of the electric and magnetic fields about a short vertical antenna in which flows a sinusoidal current. The picture applies either to an antenna in free space (in which case the illustration shows only the upper half of the fields), or to an antenna projecting above the surface of a highly conducting plane surface. In the latter case the conducting plane represents to a first approximation the surface of the Earth. The fields have symmetry about the axis through the antenna. For pictorial simplicity only selected portions of the fields are shown in this illustration. The magnetic field is circular about the antenna, is perpendicular at every point to the direction of the electric field, and is proportional in intensity to the magnitude of the electric field, as in a plane wave. All parts of the wave travel radially outward from the antenna with the velocity equal to that of a plane wave in the same medium.

Often it is desired to concentrate the radiated energy into a narrow beam. This can be done either by the addition of more antenna elements or by placing a large reflector, generally parabolic in shape, behind the antenna. The production of a narrow beam requires an antenna array, or alternatively a reflector, that is large in width and height compared with a wavelength. The very narrow and concentrated beam that can be achieved by a laser is made possible by the extremely short wavelength of the radiation as compared with the cross-sectional dimensions of the radiating system.

The ground is a reasonably good, but not perfect, conductor; hence, the actual propagation over the surface of the Earth will show a more rapid decrease of field strength than that for a perfect conductor. Irregularities and obstructions may interfere. In long-range transmission the spherical shape of the Earth is important. Inhomogeneities in the atmosphere refract the wave somewhat. For long-range transmission, the ionized region high in the atmosphere known as the Kennelly-Heaviside layer, or ionosphere, can act as a reflector. See also Radio-wave propagation.

When an electromagnetic wave is introduced into the interior of a hollow metallic pipe of suitably large cross-sectional dimensions, the energy is guided along the interior of the pipe with comparatively little loss. The most common cross-sectional shapes are the rectangle and the circle. The cross-sectional dimensions of the tube must be greater than a certain fraction of the wavelength; otherwise the wave will not propagate in the tube. For this reason hollow waveguides are commonly used only at wavelengths of 10 cm or less (frequencies of 3000 MHz or higher). A dielectric rod can also be used as a waveguide. Such a rod, if of insufficient cross-sectional dimensions, can contain the electromagnetic wave by the phenomenon of total reflection at the surface. See also Waveguide.

Electromagnetic energy can be propagated in a simple mode along two parallel conductors. Such a waveguiding system is termed a transmission line. Three common forms are the coaxial cable, two-wire line, and parallel strip line. As the wave propagates along the line, it is accompanied by currents which flow longitudinally in the conductors. These currents can be regarded as satisfying the boundary condition for the tangential field at the surface of the conductor. The conductors have a finite conductivity, and so these currents cause a transformation of electrical energy into heat. The energy lost comes from the stored energy of the wave, and so the wave, as it progresses, diminishes in amplitude. The conductors are necessarily supported by insulators which are imperfect and cause additional attenuation of the wave. See also Coaxial cable; Transmission lines.

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http://www.answers.com/topic/electromagnetic-wave-transmission

Electromagnetic wave observation system

A three-axial tuned solenoid coil antenna with a diameter of

about 45 cm and 7000 turns, was set up about 2m high for the

horizontal magnetic flux and 30 cm above the ground for the

vertical flux. The observation frequency selected was 223Hz

in the ELF (extremely low frequency) band of 30–300Hz.

The reason for this was that unstable, misleading noise becomes

extremely low in the ELF band compared with the

ULF band of less than several tens of Hz. The principal noise

originated in the amplitude spectrum for geomagnetic variations

resulting from the magnetosphere and ionosphere. In

the ELF band, atmospherics are the principal noise with an

amplitude of the order of pT per root Hz, and for the ULF

band, pulsations are dominant at several tens of nT per root

Hz (Rokityanski, 1982). Furthermore, antenna moving noise

produced by cutting geomagnetism due to wind vibration of

the antenna coil becomes quite low in the ELF band compared

with the ULF band. The vibration frequency of the

antenna supported in the vertical direction is generally in the

range of 6–15Hz. For example, suppose the antenna at rest

causes a d-inch deflection of its supporting springs; the natural

oscillation frequency f o of the antenna, when damping

is neglected, is given by f o = 3.13/root d. For d = 0.25-

inch, then f o = 6.26 Hz, which is in the ULF band (Reference

Data 939, 1956). In addition, the receiver fluctuating

noise power of the top amplifier is inversely proportional

to the frequency (1/f noise) at the low frequency bands of

ELF and ULF. Therefore, the receiver noise is much more

decreased in the ELF band than in the ULF band (Reference

Data 496, 1956). On the other hand, at higher frequencies

exceeding 1000 Hz in the VLF (very low frequency) band

of 300 Hz to 3 kHz, lightning and manmade noise increase

severely, so much so that the source is more liable to radiate

at shorter wavelengths. Furthermore, in order to decrease the

manmade noise, the observation frequency was set at 223Hz

in the ELF band, which was the prime commercial power line

frequency of 50Hz and 60 Hz, so as to eliminate high-order

interaction noise produced by the nonlinearity of the power

systems. The selected bandwidth of the receiver was narrow

at about 1 Hz to remove the noise spectrum.

Since the wavelength of 223 Hz is about 1300 km, the

propagated noise components of that frequency hardly exist

inside the narrow parallel plate waveguide, consisting of the

conductive ground and the ionosphere to a height of 60 km

to 250 km, thus forming D and E layers.

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http://hal-insu.archives-ouvertes.fr/docs/00/30/15/79/PDF/nhess-1-43-2001.pdf

The Definition of ElectroMagnetic Compatibility

EMC can be approached in two ways: before the fact— designing for EMC; or after the fact—patch work/clean up, Band Aids. Of course, designing in EMC safeguards ahead of time is always best; however, sometimes even the "best" designs aren't enough, and require some Band-Aids. Thus the "ART" aspect of EMC.

With the proliferation of electronic systems in every aspect of our daily lives, there inevitably comes the problem of compatibility. Listening to the news on AM radio while using an electric razor shouldn't be a problem, thanks to EMC design practices on the part of the razor manufacturer. The three constituents of EMC are [unwarranted] Emissions, [inappropriate] Susceptibility, and the [unintended] Path between them. The electric razor's motor brushes arcing is a case of unwarranted Emissions; and the AM radio's picking up the noise through the Path(s) (power line, and/or through the air), is the unnecessary Susceptibility. Path consists of Radiated and Conducted energy. 1. Radiated (electromagnetic field) 2. Inductively coupled (magnetic field) 3. Capacitively coupled (electric field) 4. Conducted (electric current) Inductively coupled (magnetic field) Inductively coupled, (magnetic field) Capacitively coupled (electric field) Capacitively coupled W/Shield (electric field) Microstrip Transmission Line Characteristic Impedance affected by ground plane proximity: Z = High Microstrip Transmission Line Characteristic Impedance affected by ground plane proximity: Z = Low Raul Contreras CI : 19596032 EES secc: 02 fuente: http://www.williamson-labs.com/480_emc.htm

Protección frente a transitorios de tensión

Origen de los transitorios de tensión

Podemos clasificar los transitorios en externos, causados por fuentes ajenas a la instalación e internos, causados por fuentes propias. Los transitorios de origen externo son causados normalmente por fenómenos atmosféricos o por maniobras de la compañía suministradora de electricidad. Las descargas de origen atmosférico se producen cuando se establece una diferencia de potencial entre una nube y las zonas circundantes, debido a la acumulación de cargas eléctricas de signo contrario. La diferencia de potencial puede alcanzar el millón de voltios y en el momento de la descarga se producen uno o varios impulsos de corriente de miles de amperios, que se propagan a través de la red eléctrica dañando aquellos equipos o componentes que encuentran a su paso. La idea básica del protector de sobretensión es evitar que el impulso de corriente alcance a los equipo facilitándole un camino alternativo a tierra. En la Fig. 1 se ilustra un ejemplo de descarga atmosférica que produce una sobrecorriente instantánea de 210.000A de pico, un fenómeno con una probabilidad de ocurrencia muy pequeña y que representa uno de los valores más altos medidos. Este pico se divide entre las tres fases, 70kA por fase, que a su vez se desdobla en ambas direcciones (35kA por fase). Las protecciones de la red de distribución derivan 21kA a tierra quedando realmente a la entrada del edificio a proteger un impulso de corriente de 14kA. Los transitorios internos son mucho mas frecuentes y están normalmente causados por arranques/ paradas de maquinas de consumo alto y tipo inductivo tales como equipos de aire acondicionado, compresores, montacargas, motores, etc. Como ejemplo, un pequeño motor de inducción de 20 HP trabajando a 220V con conexión en estrella almacena en cada fase 39 julios de energía mientras esta funcionando; al parar el motor esta energía se transfiere a los equipos situados en proximidad. Este tipo de transitorio no puede ser además neutralizado por los protectores instalados a la entrada del edificio o en zonas intermedias.

Valores de Tensión Tolerables

En la Fig. 2 se representa la curva aceptada por FIPS como adecuada para ordenadores y maquinas de proceso de la información, donde se muestra el valor de sobretensión aceptada por un equipo medio en funcion de la duración de la misma. Las condiciones de trabajo dentro de la zona sombreada se consideran condiciones seguras. Con equipos alimentados a 220V podría aceptarse una sobretensión de 1.700V durante 20 microsegundos. Si el transitorio fuese de 100 microsegundos de duración este valor se reduce a 1.188V. Debemos considerar que latensión en bornes del equipo a proteger es la suma de la tensión en bornes del propio protector y de la caída de tensión en los cables de conexión del mismo. Un buen equipo de protección para redes de 120V limitaría a 500V la sobretensión producida por un pico de 10.000A del tipo 8/20 microsegundos. Considerando 850V como tensión máxima tolerable la caída de tensión en los cables no debe sobrepasar los 350V. En la Fig. 3 se muestra un diagrama de bloques que evidencia la necesidad de mantener lo mas pequeña posible la longitud de los cables, así como la inductancia residual de los mismos. Aunque la inductancia sea mínima los altos valores de corriente soportados así como la rapidez de los transitorios pueden producir caídas de tensión significativas.

Comprobación de la Protección Requerida por Zonas

Para evaluar el efecto de los transitorios en un edificio completo con suministro a 120V según cada zona, se han realizado una serie de pruebas. En primer lugar se ha conectado un generador de transitorios en la entrada general que a través de tres hilos de 2 milímetros (fase, neutro, tierra) alimentan una carga constituida por un ordenador y esquematizada en la Fig. 4 como una resistencia de 6 ohmios situada a 33 metros de distancia. El consumo nominal de la carga es de 20A y las pruebas se realizan inyectando impulsos de corriente del tipo 8x20 microsegundos entre fase y neutro de distintos valores. Normalmente en un edificio sin protecciones los picos de corriente a la entrada se propagan hacia el interior buscando los caminos a masa que ofrezcan menor resistencia, apareciendo sobretensiones transitorias del orden de varios kilovoltios.

Protección a la entrada y en zona intermedia

Si como se indica en la Fig. 5 usamos el protector P2, adicional al protector de entrada P1 y conectado en zona intermedia, a una distancia aproximada de 10 metros de la entrada, con la carga situada a 33 metros se comprueba que la corriente y tensión instantáneas que aparecen en la carga a causa del transitorio son mucho mas reducidas. En el ejemplo de la Fig. 5 el generador inyecta en la línea una sobrecorriente de 8.568A, de la cual el protector P1 deriva a masa 7.120A (83% del total), a la vez que fija la tensión máxima en 560V. El protector P2 situado en zona intermedia es de menor capacidad y deriva 1.380A (16%), fijando la tensión en 416V. Como consecuencia de esto la tensión instantánea en la carga no sobrepasa los 408V.

Protección a la entrada y en zona local

En la Fig. 6 se muestra el protector P1 en la entrada y un protector de pequeña capacidad P3 situado localmente, junto a la carga. Aun siendo P3 de pequeña capacidad los valores del transitorio quedan reducidos de forma significativa: un transitorio en la entrada de 8.480A queda reducido en la carga a una sobrecorriente de 56A y una sobretensión de 336V.

Protección completa

(entrada, zona intermedia y punto local)

El uso de protectores en las tres zonas descritas (ver Fig. 7) ofrece el máximo nivel de seguridad, aunque la seguridad al 100% no existe. Además con este esquema la carga quedaría protegida frente a transitorios generados internamente, lo que no se conseguiría mediante el uso único del protector P1.

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http://www.redeweb.com/_txt/648/72.pdf

Descargas Electrostáticas “ESD”

Historia y Antecedentes

Para mucha gente, la electricidad estática no es más que el choque que se experimenta al tocar la perilla metálica de una puerta, después de caminar a través de un cuarto alfombrado o después de deslizarse en el asiento de un automóvil.

Sin embargo, la electricidad estática ha sido un problema serio en la industria por siglos.

En los inicios de los 1,400, los fuertes europeos y del caribe, usaban procedimientos de control de estática e instrumentos para prevenir que por medio de las descargas electrostáticas explotaran los almacenes de pólvora negra.

En los 1860’s, las fábricas de papel de todo EE.UU. empleaban los aterrizamientos básicos, técnicas de ionización de flama y tambores de vapor para disipar la electricidad estática de las redes de papel cuando pasaban a través del proceso de secado.

La era de la electrónica trajo consigo nuevos problemas asociados con la electricidad estática y las descargas electrostáticas. Y como los dispositivos electrónicos fueron haciéndose más rápidos y pequeños, su sensibilidad a la ESD aumentó.

Hoy, la ESD afecta la productividad y la confianza del producto, virtualmente en todos los aspectos del medio electrónico actual. Muchos aspectos del control electrostático en la industria electrónica también se aplican en otras industrias como en las aplicaciones de los “cuartos limpios” y las artes gráficas.

A pesar del gran esfuerzo hecho durante la pasada década, la ESD aún afecta el rendimiento de la producción, los costos de manufactura, la calidad del producto, la confiabilidad del producto y los márgenes de utilidad.

Los expertos de las industrias han estimado el promedio de pérdidas de producto relacionadas con la estática, en rangos desde 8% hasta 33% (tabla 1). Otros estiman el costo actual de daños por ESD en la industria electrónica por billones de dólares anualmente.

El costo de instrumentos dañados por si solos, van desde unos cuantos centavos por un simple diodo, hasta cientos de dólares por componentes híbridos complejos. Cuando los costos asociados de reparación y retrabajo, embarque, labor y gastos generales están incluidos, claramente las oportunidades existen por mejoras significantes.

Electricidad Estática: Creando una Carga.

La Electricidad estática se define, como una carga eléctrica causada por un desequilibrio de electrones en la superficie de un material. Este desequilibrio de electrones produce un campo eléctrico que puede ser medido y que puede influenciar otros objetos a cierta distancia.

Una descarga electrostática se define como la transferencia de cargas entre dos cuerpos con un potencial eléctrico diferente.

Una descarga electrostática puede cambiar las características eléctricas de un dispositivo semiconductor, degradándolo o destruyéndolo. La descarga electrostática también puede alterar la operación normal de un sistema electrónico, causando malfuncionamiento de equipos o fallas. Otro problema causado por la electricidad estática ocurre en los “cuartos limpios”. Las superficies cargadas pueden atraer y retener contaminantes, haciendo difícil removerlos del medio ambiente. Cuando son atraídos a la superficie de una oblea de silicio o a un dispositivo de un sistema eléctrico , estás partículas pueden causar defectos aleatorios en la oblea y reducir el rendimiento del producto.

Para controlar las descargas electrostáticas, en primer lugar se comienza con entender como es que una carga electrostática ocurre.

La carga electrostática es comúnmente creada por el contacto y separación de dos materiales similares o diferentes. Por ejemplo, una persona que camina a través de un pasillo, genera cargas electrostáticas cada vez que las suelas de sus zapatos tienen contacto y se separan de la superficie del suelo. Un dispositivo electrónico que se desliza dentro o fuera de una bolsa, de un contenedor o de un tubo de plástico , genera una carga electrostática, cuando la cubierta y las puntas metálicas hacen múltiples contactos y se separan de la superficie del contenedor.

Mientras que la magnitud de la carga electrostática puede ser diferente en estos ejemplos, la electricidad estática es, ciertamente, generada.

La creación de una carga electrostática por el contacto y separación de materiales es conocida como “carga Triboeléctrica”. Esto involucra la transferencia de electrones entre materiales. Los átomos de los materiales sin carga estática tienen igual número de protones (+) en su núcleo, como electrones (-) en las órbitas fuera del núcleo. En la figura 1, el material “A” consta de el mismo número de protones y electrones; el material “B” también consta del mismo (aunque quizás diferente) número de protones y electrones. Ambos materiales son eléctricamente neutros.

Cuando los dos materiales son puestos en contacto y luego separados, los electrones cargados negativamente son transferidos de la superficie de un material a la superficie del otro material. Qué material pierde un electrón, y qué material gana un electrón, depende directamente de la naturaleza del material. El material que pierde electrones se convierte en un átomo cargado positivamente, mientras que el material que gana electrones, se carga negativamente. Esto se muestra en la figura 2.

Materiales Aislantes.

Un material que impide o limita el flujo de los electrones a través de su superficie o de su volumen, es llamado aislante. Los materiales aislantes tienen una resistencia eléctrica extremadamente alta, generalmente mayor de 1 x 10^12 ohms/sq (resistencia superficial), y 1x10^11 ohms-cm (resistencia volumétrica).

En la superficie de un material aislante, se puede generar una cantidad considerable de carga, debido a que un material aislante no permite el flujo libre de electrones, por lo que ambas cargas, positivas y negativas, pueden permanecer en la superficie del aislante al mismo tiempo, aunque en diferentes ubicaciones. El exceso de electrones en el lado cargado negativamente, debe ser suficiente para satisfacer la falta de electrones en el lado positivo. Sin embargo, los electrones no pueden fluir fácilmente a través de la superficie de los materiales aislantes y ambas cargas permanecerán en el mismo lugar por un largo tiempo.

Materiales Conductivos.

Un material es conductivo, debido a que tiene poca resistencia eléctrica y permite a los electrones fluir fácilmente a través de su superficie o su volumen. Cuando un material conductivo se carga (ejemplo: La deficiencia o exceso de electrones) será distribuida uniformemente en toda la superficie del material. Si el material conductivo cargado hace contacto con otro material conductivo, los electrones serán transferidos entre los materiales muy fácilmente. Si el segundo conductor está conectado a un punto de tierra, los electrones fluirán a tierra y el exceso de carga en el conductor, será “neutralizado”.

La carga electrostática puede ser creada triboeléctricamente en conductores, de la misma manera que en los aislantes. Siempre y cuando el conductor esté aislado de otros conductores o tierra, la carga estática permanecerá en el conductor. Si el conductor es aterrizado, la carga irá fácilmente a tierra. Ó si el conductor cargado hace contacto o se acerca a otro conductor, la carga fluirá entre los dos conductores.

Materiales Disipadores de Estática.

Los materiales disipadores de estática (disipativos) tienen una resistencia eléctrica entre los materiales aislantes y los materiales conductivos. Puede haber flujo de electrones sobre o a través del material disipador, pero es controlado por la resistencia de la superficie o del volumen del material.

Como con los otros dos tipos de materiales, la carga puede ser generada triboelectricamente en un material disipador de estática. Sin embargo, como el material conductivo, el material disipador permitirá la transferencia de cargas a tierra u otros materiales conductivos.

La transferencia de carga desde el material disipador generalmente tardará más que desde un material conductor equivalente. La transferencia de carga de un material disipador, es significantemente más rápida que la de un material aislante; y más lenta que un material conductivo.

Daño ESD – Cómo fallan los instrumentos.

El daño electrostático a un dispositivo electrónico puede ocurrir en cualquier punto, desde la manufactura hasta el área de servicio. El daño resulta de manejar el dispositivo en un medio ambiente incontrolado o cuando hay un pobre control de las practicas de ESD. Generalmente, el daño se clasifica como falla catastrófica o bien, defecto latente, cualquiera de los dos.

Falla Catastrófica.

Cuando un dispositivo electrónico es expuesto a un evento ESD, tal vez deje de funcionar. El evento ESD probablemente causó un derretimiento de metal, ruptura de una conexión o una falla del oxido. El circuito del dispositivo es dañado permanentemente causando la falla del dispositivo. Este tipo de fallas pueden ser detectadas usualmente, cuando el dispositivo es probado antes de embarcarlo. Si el evento ESD ocurre después de la prueba, el daño no se detectará hasta que el dispositivo falle en operación.

Defecto Latente.

Por otra parte, un defecto latente, es más difícil de identificar. Un dispositivo que es expuesto a un evento ESD puede ser parcialmente degradado, aún cuando continúe intentando hacer su función. Sin embargo, la vida operativa del dispositivo se reducirá dramáticamente. Un producto o sistema que incorpora dispositivos con defectos latentes, puede experimentar fallas prematuras después que el usuario los coloque en servicio. Tales fallas son usualmente muy costosas de reparar y en algunas aplicaciones pueden crear riesgos al personal.

Es relativamente fácil, con el equipo adecuado, confirmar que un dispositivo ha experimentado una falla catastrófica. Las pruebas básicas que se llevan a cabo, establecen el daño del dispositivo. Sin embargo, los defectos latentes son extremadamente difíciles de comprobar o detectar usando la tecnología actual, especialmente después que el dispositivo ha sido ensamblado en un producto terminado.

Eventos Básicos de ESD. Qué causa la falla de los Dispositivos Electrónicos?

El daño por ESD es usualmente causado por uno de tres eventos: descarga directa electrostática a un dispositivo; descarga electrostática desde el mismo dispositivo ó descargas del campo inducido.

El daño a un dispositivo sensible ESDS por un evento ESD, es determinado por la habilidad del dispositivo para disipar la energía de la descarga o resistir los niveles de voltaje involucrados. Esto es conocido como la sensibilidad del dispositivo a la ESD.

Descargas al dispositivo.

Un evento ESD puede ocurrir cuando cualquier conductor cargado (incluyendo el cuerpo humano) se descarga a un dispositivo sensible a ESD (ESDS). La causa más común de daño electrostático es la transferencia directa de una carga electrostática proveniente del cuerpo humano o de un material cargado hacia el dispositivo sensible a las descargas electrostáticas (ESDS). Cuando uno camina por el piso, una carga electrostática se acumula en el cuerpo. Un contacto simple al dedo a las puntas de un dispositivo o ensamble ESDS, permite al cuerpo descargarse, causando posiblemente daños en el dispositivo. El modelo usado para simular este evento es el Modelo del Cuerpo Humano (HBM). Una descarga similar puede ocurrir desde un objeto conductivo cargado, tal y como una herramienta o fixture metálico. EL modelo usado para caracterizar este evento es conocido como el Modelo Máquina.

Descarga desde el dispositivo.

La transferencia de una carga desde un dispositivo ESDS es también un evento ESD. La carga estática puede acumularse en el mismo dispositivo ESDS, a través del manejo o el contacto con los materiales de empaque, las superficies de trabajo o las superficies de las maquinas. Esto ocurre frecuentemente cuando un dispositivo se mueve a través de una superficie o vibra dentro del empaque. El modelo usado para simular la transferencia de carga de un dispositivo ESDS es referida como el Modelo de Dispositivo Cargado (CDM). La capacitancia y energías involucrada son diferentes para estos, de una descarga a el dispositivo ESDS. En algunos casos, un evento CDM puede ser mas destructor que el HBM, para algunos dispositivos.

La tendencia hacia el ensamble automatizado parece resolver el problema de los eventos ESD con respecto al HBM. Sin embargo, se ha comprobado que los componentes pueden ser más sensibles cuando son ensamblados por equipos automáticos. Un dispositivo puede llegar a cargarse cuando, por ejemplo, se desliza abajo del alimentador. Si entonces, toca la cabeza de inserción, o cualquier otra superficie conductiva, una rápida descarga ocurre desde el dispositivo hasta el objeto metálico.

Este evento es conocido como el evento del Modelo de Dispositivo Cargado (CDM) y puede ser más destructivo que el HBM para algunos dispositivos. A pesar de que la duración de la descarga es muy corta – comúnmente menor a un nanosegundo – el pico máximo puede alcanzar varias decenas de amperes.

Descargas de Campo Inducido.

Otro evento que puede dañar directa o indirectamente los dispositivos es el termino Inducción de Campo. Como fue dicho antes, cuando cualquier objeto se carga electrostáticamente, hay un campo electrostático asociado con esa carga. Si un dispositivo ESDS se coloca en ese campo electrostático, una carga puede ser inducida en el dispositivo. Si entonces el dispositivo es aterrizado momentáneamente mientras permanece dentro del campo electrostático, ocurre una transferencia de carga desde el dispositivo, como un evento CDM. Si el dispositivo es retirado de la región del campo electrostático y aterrizado nuevamente, un segundo evento CDM ocurrirá nuevamente como carga (de polaridad opuesta a la del primer evento) transferida desde el dispositivo.

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fuente:

http://www.estatec.com/downloads/literatura/electro.pdf

Apantallamiento Electromagnético Producido Por Cilindros Conductores Huecos

Es conocido que la intensidad de los campos magnéticos variables decrece exponencialmente al introducirse el campo en un medio conductor. En estos casos, el conductor presenta una longitud característica de penetración del campo, llamada “skin depth” (δ), que, en el Sistema Internacional de unidades, viene dada por la expresión1:

donde σ es la conductividad eléctrica del material conductor, ω es la frecuencia angular del campo y μ0 = 4π·10-7 NA-2 la constante de permeabilidad magnética en el vacío. La expresión (1) puede escribirse en términos de la resistividad (ρ) del material y la frecuencia (f) del campo:

Experimento

Para generar el campo magnético alterno se utilizó un solenoide de longitud 107 mm, radio medio 25 mm y 186 vueltas; conectadoen serie con una resistencia de 46 Ω y alimentado por una fuente de tensión alterna; tal como se observa en la figura 1. A modo de medidor de campo, se utilizó una bobina secundaria de longitud 13 mm, radio medio 5

mm y 300 vueltas.

Entre medio del solenoide y la bobina se colocaron cilindros huecos de distintos

materiales y espesores (tabla 1), de a uno por vez.

Calculando los rangos de validez del modelo para cada uno de los cilindros, se determinó utilizar frecuencias de hasta 100 khz. En realidad se podrían haber tomado frecuencias mayores pero el lock in no lo permite. Para frecuencias muy bajas, la tensión inducida es muy pequeña; por lo que se determinó trabajar con frecuencias mayores a 300 hz. Inicialmente, a la salida del lock in, se midió la tensión inducida sobre la bobina sin pantalla (V0) para distintas frecuencias dentro del rango mencionado. Luego, para las mismas frecuencias, se midió la tensión inducida con pantalla (VI) para cada uno de los cilindros. Entonces, calculando Vi/V0, obtenemos lo que buscábamos: Vi/V0 en función de la frecuencia.

Resultados

Figura B2. Cilindro de bronce, d = 1 mm.

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http://www.df.uba.ar/users/sgil/labo5_uba/inform/info/pract_especial/apamtallae_m_uba2k2.pdf