10. Emissões conduzidas e suscetibilidade
10. Emissões conduzidas e suscetibilidade
Emissões conduzidas são correntes ou tensões de RF que saem do equipamento por cabos de alimentação ou sinal. Suscetibilidade conduzida é a resposta indesejada quando perturbações entram por essas interfaces. O diagnóstico começa separando dois mecanismos: modo diferencial, entre os condutores do circuito, e modo comum, dos condutores em conjunto para o chassi ou ambiente.
10.1 Medição com LISN
A Line Impedance Stabilization Network (LISN) apresenta ao equipamento uma impedância de RF definida, desacopla ruído vindo da rede e entrega a tensão perturbadora ao receptor. Isso melhora a repetibilidade entre laboratórios. A montagem deve respeitar plano de referência, comprimentos de cabo, aterramento e posição prescritos pelo método de ensaio.
O receptor mede em bandas definidas e pode usar detectores de pico, quase-pico ou média. A comparação com limites exige registrar largura de banda, detector, perdas de cabo, fatores de transdutor e incerteza. Uma sonda de corrente fornece diagnóstico complementar, mas não substitui a configuração normativa.
Limites, bandas e detalhes da LISN dependem da norma e de sua edição vigente.
10.2 Correntes de modo diferencial e comum
10.2.1 Conceito fundamental: por que separar modos?
Para correntes $I_1$ e $I_2$ medidas no mesmo sentido nos dois condutores, uma convenção útil é
No modo diferencial, a corrente sai por um condutor e retorna pelo outro. No modo comum, ela flui no mesmo sentido nos dois e fecha o circuito por capacitâncias parasitas, terra, chassi ou cabos externos. Pequena corrente de modo comum frequentemente domina a emissão radiada por usar um cabo grande como antena.
Insight para Estudantes: Imagine dois condutores paralelos. Se as correntes são iguais e opostas, os campos magnéticos se cancelam fora do par — é o modo diferencial. Se as correntes são iguais e no mesmo sentido, os campos se somam — é o modo comum, que irradia eficientemente como uma antena monopolo.
10.2.2 Prova da decomposição modal
A transformação é linear e sua matriz possui determinante não nulo:
Portanto a decomposição é única. $\square$
10.2.3 Capacitor entre linhas e modo comum
10.3 Filtros de alimentação
Um filtro funciona por divisor de impedância. O desempenho real depende das impedâncias da fonte e da carga, não só da resposta em 50 Ω. Elementos básicos:
- capacitor entre linhas ($C_X$): desvia principalmente modo diferencial;
- capacitores linha–chassi ($C_Y$): desviam modo comum, limitados por corrente de fuga e segurança;
- indutor série: opõe-se à corrente diferencial, mas pode saturar;
- choque de modo comum: alta impedância para modo comum e baixa para corrente útil diferencial;
- resistor ou elemento dissipativo: reduz o fator de qualidade e antirressonâncias.
A perda de inserção é
mas só é transferível ao produto quando as impedâncias e a montagem são equivalentes. Parasitismos fazem a atenuação cair acima da autorressonância.
10.4 Topologia e estabilidade
Em geral, um elemento série é mais eficaz diante de baixa impedância e um elemento shunt diante de alta impedância. Filtros $L$, $\pi$ e $T$ devem ser escolhidos considerando fonte, carga e estabilidade do conversor. Um filtro de entrada pode interagir com a impedância negativa incremental de uma fonte chaveada e produzir oscilação.
A entrada e a saída do filtro precisam ser fisicamente separadas. Acoplamento capacitivo, indutivo ou por impedância comum contornando o filtro reduz drasticamente seu desempenho. O filtro de rede deve ficar junto ao ponto de entrada e ter conexão curta e larga ao chassi.
10.5 Fontes de alimentação
10.5.1 Fontes lineares
Para muitos anos o fornecedor linear foi o método predominante. Um transformador reduz a tensão da rede, seguida por um retificador de onda completa e um capacitor de armazenamento ($C_B$). Um regulador transistorizado mantém a tensão de saída constante sob variação de carga, dissipando potência em sua região linear.
10.5.2 Fontes chaveadas (SMPS)
Uma fonte chaveada (SMPS) usa um elemento de comutação (MOSFET) excitado por uma onda quadrada de frequência $f_s$ e ciclo de trabalho $D=t/T$. A tensão média na saída é
O indutor e o capacitor formam um filtro passa-baixas que mantém a tensão de saída com ripple controlado. A regulação é feita ajustando $D$ por um modulador de largura de pulso (PWM).
10.5.3 Capacitância primário–secundário e blindagem Faraday
Transformadores têm capacitância parasita entre primário e secundário. Uma blindagem Faraday inserida entre os enrolamentos reduz esse acoplamento. A conexão correta da blindagem é ao lado primário (terra da rede) para evitar que correntes de ruído fluam pela LISN.
10.6 Suscetibilidade conduzida
Perturbações contínuas de RF podem ser demoduladas por junções não lineares. EFT, surge e interrupções têm grande energia ou grande $dv/dt$ e $di/dt$. O caminho de imunidade deve ser analisado como fonte–acoplamento–vítima:
- limitar a tensão ou corrente na interface;
- desviar a perturbação por um caminho curto para chassi/retorno apropriado;
- filtrar o resíduo antes do circuito sensível;
- garantir distância, isolamento e capacidade energética;
- preservar o funcionamento ou recuperar-se de forma controlada.
TVS, MOV, centelhadores, filtros feedthrough e choques têm funções diferentes. A coordenação energética e a indutância da conexão determinam a tensão realmente aplicada à vítima.
10.7 Roteiro de diagnóstico
- Reproduzir a falha ou pico em montagem controlada.
- Correlacionar frequências com clocks, conversores e eventos de comutação.
- Medir correntes de modo comum e diferencial separadamente.
- Localizar o laço fonte e o caminho de retorno.
- Aplicar uma alteração por vez no mecanismo dominante.
- Repetir a medição completa e registrar margem e incerteza.
10.8 Exemplo resolvido — Separação modal
Uma sonda mede $I_1=8$ mA e $I_2=-6$ mA, com sentidos de referência iguais:
Embora o modo comum seja menor, ele pode dominar a radiação se os dois condutores e o ambiente formarem uma antena eficiente.
10.9 Exemplo resolvido — Limite imposto pela ESL
Um capacitor $C_Y=2{,}2$ nF possui ESL total de 8 nH. Sua autorressonância é
Acima dessa região, aumentar o valor nominal não garante melhor desvio de RF; conexão mais curta ou capacitor feedthrough pode ser necessário.
10.10 Exemplo de diagnóstico
Há pico em 12 MHz e harmônicos. A corrente medida abraçando os dois condutores cai 15 dB ao instalar temporariamente um choque de modo comum, enquanto um $C_X$ quase não altera o pico. A evidência favorece modo comum. O próximo passo não é simplesmente manter a ferrite: deve-se localizar a capacitância ou assimetria que converte a comutação interna em corrente para o ambiente.
10.11 Limites e segurança
Capacitores entre rede e chassi devem possuir classe de segurança apropriada. MOVs, centelhadores e TVS têm modos de falha, energia e coordenação próprios. Cálculos educacionais não substituem distâncias de escoamento, isolamento, corrente de fuga ou ensaios da norma aplicável.
10.12 Lista de Exercícios Propostos
E.1 Dados $I_1=8$ mA e $I_2=-6$ mA, calcule $I_{CM}$ e $I_{DM}$ pela convenção acima.
E.2 Explique por que o desempenho de catálogo de um filtro medido em 50 Ω pode não ocorrer no produto.
E.3 Desenhe caminhos de modo comum e diferencial em uma fonte chaveada isolada.
E.4 Proponha uma sequência para diagnosticar um pico conduzido na frequência de chaveamento e seus harmônicos.
E.5 Explique por que colocar o filtro longe do conector pode permitir que o ruído o contorne.
E.6 Demonstre que $I_1+I_2=2I_{CM}$.
E.7 Um filtro reduz a leitura de 86 para 58 dBµV. Qual é a melhoria em dB e a razão de tensões?
E.8 Um indutor de 100 µH conduz 1 A DC e satura em 0,7 A. Explique por que o cálculo de atenuação com $L=100$ µH é inválido.
10.13 Gabarito
E.1 Cálculo de $I_{CM}$ e $I_{DM}$ para $I_1=8$ mA e $I_2=-6$ mA.
Equações: $I_{CM}=(I_1+I_2)/2$ e $I_{DM}=(I_1-I_2)/2$.
$I_{CM}=(8+(-6))/2=2/2=1$ mA.
$I_{DM}=(8-(-6))/2=(8+6)/2=14/2=7$ mA.
Resposta: $I_{CM}=1$ mA e $I_{DM}=7$ mA.
E.6 Demonstração de $I_1+I_2=2I_{CM}$.
Dadas as definições: $I_1=I_{CM}+I_{DM}$ e $I_2=I_{CM}-I_{DM}$.
Somando: $I_1+I_2=(I_{CM}+I_{DM})+(I_{CM}-I_{DM})=I_{CM}+I_{CM}+I_{DM}-I_{DM}=2I_{CM}$.
Portanto, $I_1+I_2=2I_{CM}$. $\square$
E.7 Melhoria de filtro de 86 para 58 dBµV. Cálculo da melhoria em dB e razão de tensões.
Melhoria em dB: $86-58=28$ dB.
Razão de tensões: $V_{ratio}=10^{28/20}=10^{1.4}=25{,}1$.
Resposta: Melhoria de 28 dB; razão de tensões $25{,}1$.
E.8 Indutor de 100 µH conduz 1 A DC e satura em 0,7 A. Por que o cálculo de atenuação com $L=100$ µH é inválido.
Quando um indutor satura, a permeabilidade incremental e a indutância caem drasticamente sob polarização DC. O valor de 100 µH é válido apenas para corrente pequena (região linear). Acima de 0,7 A (ponto de saturação), a indutância efetiva cai, e o cálculo de atenuação usando $L=100$ µH superestima a reatância $X_L=2\pi f L$. Deve-se usar a curva $L(I,f,T)$ para a indutância incremental na corrente de operação.
10.14 Exemplo numérico adicional — Cálculo de correntes modais
Medição: $I_1=12$ mA, $I_2=-8$ mA (sentidos de referência iguais).
Verificação: $I_1=I_{CM}+I_{DM}=2+10=12$ mA, $I_2=I_{CM}-I_{DM}=2-10=-8$ mA.
10.15 Código Python — Decomposição modal
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
# Simulação de correntes medida nos dois condutores
f = np.logspace(4, 7, 100) # 10 kHz a 10 MHz
# Correntes simuladas (modo comum + diferencial)
I_CM_sim = 2e-3 * np.exp(-f/1e6) # Decai com frequência
I_DM_sim = 10e-3 * np.ones_like(f) # Constante
I1 = I_CM_sim + I_DM_sim
I2 = I_CM_sim - I_DM_sim
# Recuperação modal
I_CM_rec = (I1 + I2) / 2
I_DM_rec = (I1 - I2) / 2
plt.figure(figsize=(10, 6))
plt.subplot(2, 1, 1)
plt.semilogx(f, np.abs(I1)*1e3, 'b-', label='I1 (mA)')
plt.semilogx(f, np.abs(I2)*1e3, 'r-', label='I2 (mA)')
plt.xlabel('Frequência (Hz)')
plt.ylabel('Corrente (mA)')
plt.title('Correntes Medidas nos Condutores')
plt.legend()
plt.grid(True, which='both', linestyle='--')
plt.subplot(2, 1, 2)
plt.semilogx(f, np.abs(I_CM_rec)*1e3, 'g-', label='I_CM recuperada (mA)')
plt.semilogx(f, np.abs(I_CM_sim)*1e3, 'g--', label='I_CM simulada (mA)')
plt.semilogx(f, np.abs(I_DM_rec)*1e3, 'm-', label='I_DM recuperada (mA)')
plt.xlabel('Frequência (Hz)')
plt.ylabel('Corrente Modal (mA)')
plt.title('Decomposição Modal: Comum e Diferencial')
plt.legend()
plt.grid(True, which='both', linestyle='--')
plt.tight_layout()
plt.show()
10.16 Código Python — Perda de inserção de filtro
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
# Parâmetros do filtro LC
L = 100e-6 # 100 µH
C = 10e-6 # 10 µF
f = np.logspace(3, 6, 500) # 1 kHz a 1 MHz
w = 2 * np.pi * f
# Insertion loss para filtro passa-baixas LC
# IL = 20*log10|1 - (f/f0)^2| para f < f0, onde f0 = 1/(2*pi*sqrt(LC))
f0 = 1 / (2 * np.pi * np.sqrt(L * C))
# Insertion loss teórica (dB)
IL_dB = 20 * np.log10(np.abs(1 - (f/f0)**2 + 1j*0.1*(f/f0)))
plt.figure(figsize=(8, 5))
plt.semilogx(f, IL_dB, 'b-', linewidth=2)
plt.axvline(f0, color='r', linestyle='--', label=f'f0 = {f0/1e3:.1f} kHz')
plt.xlabel('Frequência (Hz)')
plt.ylabel('Insertion Loss (dB)')
plt.title('Insertion Loss de Filtro LC Passa-Baixas')
plt.legend()
plt.grid(True, which='both', linestyle='--')
plt.ylim(-5, 60)
plt.show()
10.17 Exemplo numérico adicional — Impedância de LISN
Problema: Uma LISN apresenta 50 Ω em 150 kHz. Qual é a corrente correspondente a 66 dBµV?
Solução:
66 dBµV = $10^{66/20}$ µV = $2000$ µV = $2$ mV.
Corrente: $I=V/Z=2\times10^{-3}/50=40\ \mu$A.
Em dBmA: $20\log_{10}(40\times10^{-3})=20\log_{10}(0.04)=-27.96$ dBmA.
Insight para Estudantes: A LISN padroniza a impedância para 50 Ω para que medições feitas em laboratórios diferentes sejam comparáveis. Sem essa padronização, a impedância da rede elétrica variaria, tornando as medições de emissões conduzidas irreprodutíveis.
10.18 Rede ABCD da LISN
Uma LISN estabiliza a impedância vista pelo equipamento e encaminha RF ao receptor sem expô-lo diretamente à rede. Seu circuito exato depende da norma e da porta; um modelo educacional deve incluir indutor de isolamento, capacitor de acoplamento, resistência de medição e parasitas.
10.18.1 Conversões de leitura
Para entrada de 50 Ω,
Assim, 66 dBµV correspondem a aproximadamente 2 mV RMS e $-41$ dBm em 50 Ω. A segunda relação não vale se a impedância ou a definição de tensão forem diferentes.
10.19 Simulação — filtro sob impedâncias variáveis
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
f = np.logspace(3, 8, 1000); w = 2*np.pi*f
L, C = 10e-6, 100e-9
ZL = 1j*w*L + 0.1
ZC = 1/(1j*w*C) + 0.03 + 1j*w*1e-9
for Zs, load in [(50,50), (1,50), (50,1), (1,1)]:
# L série e C em paralelo com a carga
Zp = 1/(1/ZC + 1/load)
H = Zp/(Zs + ZL + Zp)
H0 = load/(Zs + load)
IL = 20*np.log10(abs(H0/H))
plt.semilogx(f, IL, label=f'{Zs} Ω / {load} Ω')
plt.axhline(0, color='k', lw=.8)
plt.xlabel('Frequência (Hz)'); plt.ylabel('Perda de inserção (dB)')
plt.grid(True, which='both', alpha=.3); plt.legend(title='fonte/carga'); plt.tight_layout()
10.20 Detectores e tempo de observação
Detector de pico responde ao maior valor dentro da banda de resolução; média pondera ocupação temporal; quase-pico aplica constantes de carga e descarga definidas pelo instrumento normativo. Um algoritmo genérico de “máximo da FFT” não reproduz quase-pico. Para comparação válida, registre RBW, detector, tempo de permanência e correções do arranjo.
10.21 Laboratório SPICE — filtro diferencial com LISN simplificada
* Fonte de ruido, impedancia LISN didatica e filtro DM
Vnoise sw 0 AC 1
Rsource sw in 2
Lfilter in nL 10u
R_L nL out 100m
L_ESL out c1 1n
R_ESR c1 c2 30m
Cfilter c2 0 100n
Rmeas out 0 50
.ac dec 200 1k 100Meg
.print ac db(v(out))
.end
Note: vnoise: has no value, DC 0 assumed
Circuit: generated from textbook spice code block
Doing analysis at TEMP = 27.000000 and TNOM = 27.000000
Using SPARSE 1.3 as Direct Linear Solver
No. of Data Rows : 1001
generated from textbook spice code block
AC Analysis Tue Aug 11 11:11:03 2026
--------------------------------------------------------------------------------
Index frequency db(v(out))
--------------------------------------------------------------------------------
0 1.000000e+03 -3.57052e-01
1 1.011579e+03 -3.57045e-01
2 1.023293e+03 -3.57038e-01
3 1.035142e+03 -3.57030e-01Ver mais (1048 linhas)
4 1.047129e+03 -3.57023e-01 5 1.059254e+03 -3.57015e-01 6 1.071519e+03 -3.57007e-01 7 1.083927e+03 -3.56999e-01 8 1.096478e+03 -3.56991e-01 9 1.109175e+03 -3.56982e-01 10 1.122018e+03 -3.56974e-01 11 1.135011e+03 -3.56965e-01 12 1.148154e+03 -3.56956e-01 13 1.161449e+03 -3.56947e-01 14 1.174898e+03 -3.56937e-01 15 1.188502e+03 -3.56927e-01 16 1.202264e+03 -3.56917e-01 17 1.216186e+03 -3.56907e-01 18 1.230269e+03 -3.56897e-01 19 1.244515e+03 -3.56886e-01 20 1.258925e+03 -3.56875e-01 21 1.273503e+03 -3.56864e-01 22 1.288250e+03 -3.56853e-01 23 1.303167e+03 -3.56841e-01 24 1.318257e+03 -3.56829e-01 25 1.333521e+03 -3.56817e-01 26 1.348963e+03 -3.56804e-01 27 1.364583e+03 -3.56791e-01 28 1.380384e+03 -3.56778e-01 29 1.396368e+03 -3.56765e-01 30 1.412538e+03 -3.56751e-01 31 1.428894e+03 -3.56737e-01 32 1.445440e+03 -3.56723e-01 33 1.462177e+03 -3.56708e-01 34 1.479108e+03 -3.56693e-01 35 1.496236e+03 -3.56678e-01 36 1.513561e+03 -3.56662e-01 37 1.531087e+03 -3.56646e-01 38 1.548817e+03 -3.56629e-01 39 1.566751e+03 -3.56612e-01 40 1.584893e+03 -3.56595e-01 41 1.603245e+03 -3.56577e-01 42 1.621810e+03 -3.56559e-01 43 1.640590e+03 -3.56541e-01 44 1.659587e+03 -3.56522e-01 45 1.678804e+03 -3.56502e-01 46 1.698244e+03 -3.56482e-01 47 1.717908e+03 -3.56462e-01 48 1.737801e+03 -3.56441e-01 49 1.757924e+03 -3.56420e-01 50 1.778279e+03 -3.56398e-01 51 1.798871e+03 -3.56376e-01 52 1.819701e+03 -3.56353e-01 53 1.840772e+03 -3.56330e-01 54 1.862087e+03 -3.56306e-01 Index frequency db(v(out)) -------------------------------------------------------------------------------- 55 1.883649e+03 -3.56282e-01 56 1.905461e+03 -3.56257e-01 57 1.927525e+03 -3.56231e-01 58 1.949845e+03 -3.56205e-01 59 1.972423e+03 -3.56178e-01 60 1.995262e+03 -3.56151e-01 61 2.018366e+03 -3.56123e-01 62 2.041738e+03 -3.56094e-01 63 2.065380e+03 -3.56065e-01 64 2.089296e+03 -3.56035e-01 65 2.113489e+03 -3.56004e-01 66 2.137962e+03 -3.55972e-01 67 2.162719e+03 -3.55940e-01 68 2.187762e+03 -3.55907e-01 69 2.213095e+03 -3.55874e-01 70 2.238721e+03 -3.55839e-01 71 2.264644e+03 -3.55804e-01 72 2.290868e+03 -3.55768e-01 73 2.317395e+03 -3.55731e-01 74 2.344229e+03 -3.55693e-01 75 2.371374e+03 -3.55654e-01 76 2.398833e+03 -3.55614e-01 77 2.426610e+03 -3.55574e-01 78 2.454709e+03 -3.55532e-01 79 2.483133e+03 -3.55490e-01 80 2.511886e+03 -3.55447e-01 81 2.540973e+03 -3.55402e-01 82 2.570396e+03 -3.55357e-01 83 2.600160e+03 -3.55310e-01 84 2.630268e+03 -3.55263e-01 85 2.660725e+03 -3.55214e-01 86 2.691535e+03 -3.55164e-01 87 2.722701e+03 -3.55113e-01 88 2.754229e+03 -3.55061e-01 89 2.786121e+03 -3.55007e-01 90 2.818383e+03 -3.54953e-01 91 2.851018e+03 -3.54897e-01 92 2.884032e+03 -3.54839e-01 93 2.917427e+03 -3.54781e-01 94 2.951209e+03 -3.54721e-01 95 2.985383e+03 -3.54660e-01 96 3.019952e+03 -3.54597e-01 97 3.054921e+03 -3.54532e-01 98 3.090295e+03 -3.54467e-01 99 3.126079e+03 -3.54399e-01 100 3.162278e+03 -3.54331e-01 101 3.198895e+03 -3.54260e-01 102 3.235937e+03 -3.54188e-01 103 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O circuito é educacional, não uma LISN normativa. Compare com/sem filtro usando a mesma porta de medição e varie as impedâncias de fonte/carga.
10.22 Referência principal
Síntese do Capítulo 6, "Conducted Emissions and Susceptibility", de C. R. Paul, Introduction to Electromagnetic Compatibility, 2ª ed., Wiley, 2006, pp. 377–419.