M.Ing. / In this investigation charge balancing will be investigated from an Electro-Magnetic- Compatibility perspective. The primary sources of common mode Electro-Magnetic- Interference in switching converters are the switching nodes. This is mainly due to the parasitic capacitance between the switching node and the reference earth. Filtering components that are currently used take up a lot of valuable space resulting in the products overall size and cost to increase. Combating common mode current at the source will drastically reduce the size or the need for these large filters. This investigation will focus on a simple method of reducing common mode noise (produced by the switching node), of a two wire system, at the source by making use of a compensating winding which requires very little or no additional space; a buck converter will be used to illustrate the concept. The investigation will start with an overview of Electro-Magnetic-Interference and its components (common and differential mode noise). This investigation will deal with the measurement of common and differential mode noise as well as general Electro-Magnetic-Interference measurement. A design of the buck converter and its drive circuit will also be presented. Reducing the common mode noise by making use of charge balancing using planar inductors will then be presented. This investigation contains the theoretical analysis as well as experimental results to validate the theory. The experiments show encouraging results in using this technique to minimise common mode noise in switched-mode-power-supplies.

O fenômeno \"crosstalk\" constitui-se de acoplamentos eletromagnéticos não intencionais entre condutores. Motivado pela importância deste fenômeno para a área de Compatibilidade Eletromagnética, este trabalho apresenta uma metodologia de análise do fenômeno através do aplicativo SPICE considerando-se configurações compostas por condutores múltiplos. A proposta de desenvolvimento de uma ferramenta computacional de simulação do fenômeno utilizando uma versão estudantil, com livre acesso, possibilita, entre outras coisas, a disseminação de um modelo alternativo, simples e eficaz, e a inclusão do estudo do \"crosstalk\" no conteúdo programático de cursos de Graduação ou Pós-graduação. Para este fim, adotou-se um modelo de simulação de acoplamento eletromagnético com base em modelos de linha de transmissão. Tal modelo é complementado com geradores vinculados controlados por tensão e corrente, que representam fontes de interferência eletromagnética. Em face de limitações dos blocos funcionais que representam essas fontes no aplicativo, foi utilizado em um primeiro instante um método de representação do modelo através de arquivos-texto, ao invés da utilização da interface gráfica existente no software. Posteriormente, novos blocos foram desenvolvidos e acrescentados à biblioteca, tornando possível à aplicação dessa interface diretamente nas simulações. A validação do modelo foi feita, inicialmente, comparando-se os resultados simulados àqueles disponíveis na literatura internacional. Além disto, foi desenvolvida uma bancada experimental para comprovação dos resultados e validação do modelo implementado no aplicativo SPICE através de casos simples do fenômeno. Esses resultados mostram a viabilidade da utilização dos componentes desenvolvidos para o aplicativo, tornando possível e confiável o uso dessa ferramenta na simulação do fenômeno \"crosstalk\". Passou-se então a aplicação da ferramenta desenvolvida a sistemas mais complexos com um número superior de condutores. / This work presents an approach, in which the well-known SPICE simulator is used as a tool to simulate the phenomenon crosstalk. Basically, it is based on transmission line model, where the electromagnetic interferences are simulated by controlled voltage and current sources. Due to the limitations of the available Spice models concerning multiconductors configurations, additional models were developed and implemented as part of the SPICE library. Theoretical and experimental results were obtained. They were used as part of the validation process of the proposed methodology. The developing of specific models allowed the use of this modeling in SPICE student versions. This turns possible the introduction of crosstalk simulations in undergraduate and graduate courses. Besides, the methodology was applied to complex systems in order to present its versatility.

O presente trabalho apresenta resultados de simulações numéricas de uma célula TEM assimétrica aberta com o objetivo de otimizar seu desempenho. Entre as otimizações, é investigado o uso de fendas resistivas para estender a faixa de frequência de operação da célula. Além disso, otimiza-se o casamento de impedância entre o conector coaxial e a célula TEM. São apresentados os resultados medidos da transição otimizada em laboratório. Foi construída, também, uma célula TEM assimétrica e seu desempenho foi verificado em laboratório, obtendo-se uma perda de retorno maior que 10 dB na faixa de operação (30 MHz a 3 GHz). / This work presents numerical simulations of an open asymmetric TEM cell in order to optimize its performance. Among the optimizations, the use of resistive slots to increase the bandwidth of the TEM cell is investigated. Furthermore, the transition between the coaxial connector and the TEM cell is also optimized. Measurements of this optimized transition were performed in laboratory validating the simulations. A prototype TEM cell was built and its return loss was verified to be above 10 dB over its entire band of operation (30 MHz 3 GHz).

Em face da crescente dependência e utilização dos sistemas elétricos e eletrônicos nos veículos automotores modernos, ao se considerar os níveis de imunidade destes sistemas e a ampla variedade de fenômenos eletromagnéticos presentes nas cidades, deve-se destacar a importância da análise da influência do ambiente eletromagnético urbano nos estudos de compatibilidade eletromagnética (CEM) destes equipamentos. Diante deste cenário e devido à característica de mobilidade dos veículos automotores, este trabalho ressalta a importância da consideração da influência do ambiente eletromagnético (EM) de grandes centros urbanos na metodologia de análise de CEM em veículos e seus equipamentos embarcados. Assim, definiu-se como ambiente típico aquele relacionado às principais regiões urbanas do Brasil, com ênfase naquelas locali-zadas no Estado de São Paulo, selecionadas em função da severidade dos campos EM, tanto com relação à sua intensidade quanto à diversidade de fenômenos EM presentes. Neste trabalho são apresentados resultados práticos oriundos de diversas medi-ções, abrangendo regiões com características que variam de áreas residenciais e densamente povoadas, com grandes atividades comerciais e industriais, a aquelas relacionadas à áreas específicas e situadas na proximidade de linhas de transmissão de energia elétrica, antenas de rádio difusão e televisões, estações rádio base, regiões próximas a aeroportos, etc. Ressalta-se que os resultados apresentados abrangem a maioria dos eventos EM capazes de perturbar a eletrônica embarcada, proporcionando uma comparação das condições do ambiente eletromagnético brasileiro com as de outros países. Menciona-se que estes resultados são considerados de grande utilidade para o estabelecimento, melhoria e adequação das metodologias e regulamentações relaciona-das às avaliações de CEM aplicáveis à indústria automobilística brasileira. Uma análise crítica destes resultados é apresentada, bem como algumas reco-mendações relacionadas à análise de CEM em sistemas embarcados. / Facing the dependency and diversity of applications of the on-board electronics in the modern vehicles and taking into account their immunity level as well as the vari-ety of electromagnetic (EM) phenomena at the present time in the cities, the analysis of the influences from the urban electromagnetic environment have to be stressed in the electromagnetic compatibility (EMC) studies of those devices. Based on this picture and due to the mobility characteristics of the automobiles, this work emphasises the importance of the influences of EM environment of the urban areas in the methodology for EMC analysis of automobiles and its electronics equip-ment. Thus, the typical environment was defined as the one related to the main urban areas in Brazil, emphasising those located in São Paulo State and taking into considera-tion the intensity and variety of the EM sources. Results of many practical measurements, including those resultants of regions with high density of population, with commercial and industrial activities, closer to transmission lines and into substations, near to TV and radio broadcasting antennas, cellular radio base stations, airports, etc. The presented results embrace the main EM events that are capable to cause disturbances in the on-board electronics. These data enables a comparison of the brazilian EM environmental conditions with the analyses already performed in other Countries. By the way, the presented results are taken as useful for establishing, improving and adjusting the methodologies and regulations of EMC procedures that are applicable for the automotive industries in Brazil. A critical analysis of those results is presented as well as some recommendations related to the EMC analysis of the on-board devices.

O presente trabalho apresenta resultados de simulações numéricas de uma célula TEM assimétrica aberta com o objetivo de otimizar seu desempenho. Entre as otimizações, é investigado o uso de fendas resistivas para estender a faixa de frequência de operação da célula. Além disso, otimiza-se o casamento de impedância entre o conector coaxial e a célula TEM. São apresentados os resultados medidos da transição otimizada em laboratório. Foi construída, também, uma célula TEM assimétrica e seu desempenho foi verificado em laboratório, obtendo-se uma perda de retorno maior que 10 dB na faixa de operação (30 MHz a 3 GHz). / This work presents numerical simulations of an open asymmetric TEM cell in order to optimize its performance. Among the optimizations, the use of resistive slots to increase the bandwidth of the TEM cell is investigated. Furthermore, the transition between the coaxial connector and the TEM cell is also optimized. Measurements of this optimized transition were performed in laboratory validating the simulations. A prototype TEM cell was built and its return loss was verified to be above 10 dB over its entire band of operation (30 MHz 3 GHz).

Em face da crescente dependência e utilização dos sistemas elétricos e eletrônicos nos veículos automotores modernos, ao se considerar os níveis de imunidade destes sistemas e a ampla variedade de fenômenos eletromagnéticos presentes nas cidades, deve-se destacar a importância da análise da influência do ambiente eletromagnético urbano nos estudos de compatibilidade eletromagnética (CEM) destes equipamentos. Diante deste cenário e devido à característica de mobilidade dos veículos automotores, este trabalho ressalta a importância da consideração da influência do ambiente eletromagnético (EM) de grandes centros urbanos na metodologia de análise de CEM em veículos e seus equipamentos embarcados. Assim, definiu-se como ambiente típico aquele relacionado às principais regiões urbanas do Brasil, com ênfase naquelas locali-zadas no Estado de São Paulo, selecionadas em função da severidade dos campos EM, tanto com relação à sua intensidade quanto à diversidade de fenômenos EM presentes. Neste trabalho são apresentados resultados práticos oriundos de diversas medi-ções, abrangendo regiões com características que variam de áreas residenciais e densamente povoadas, com grandes atividades comerciais e industriais, a aquelas relacionadas à áreas específicas e situadas na proximidade de linhas de transmissão de energia elétrica, antenas de rádio difusão e televisões, estações rádio base, regiões próximas a aeroportos, etc. Ressalta-se que os resultados apresentados abrangem a maioria dos eventos EM capazes de perturbar a eletrônica embarcada, proporcionando uma comparação das condições do ambiente eletromagnético brasileiro com as de outros países. Menciona-se que estes resultados são considerados de grande utilidade para o estabelecimento, melhoria e adequação das metodologias e regulamentações relaciona-das às avaliações de CEM aplicáveis à indústria automobilística brasileira. Uma análise crítica destes resultados é apresentada, bem como algumas reco-mendações relacionadas à análise de CEM em sistemas embarcados. / Facing the dependency and diversity of applications of the on-board electronics in the modern vehicles and taking into account their immunity level as well as the vari-ety of electromagnetic (EM) phenomena at the present time in the cities, the analysis of the influences from the urban electromagnetic environment have to be stressed in the electromagnetic compatibility (EMC) studies of those devices. Based on this picture and due to the mobility characteristics of the automobiles, this work emphasises the importance of the influences of EM environment of the urban areas in the methodology for EMC analysis of automobiles and its electronics equip-ment. Thus, the typical environment was defined as the one related to the main urban areas in Brazil, emphasising those located in São Paulo State and taking into considera-tion the intensity and variety of the EM sources. Results of many practical measurements, including those resultants of regions with high density of population, with commercial and industrial activities, closer to transmission lines and into substations, near to TV and radio broadcasting antennas, cellular radio base stations, airports, etc. The presented results embrace the main EM events that are capable to cause disturbances in the on-board electronics. These data enables a comparison of the brazilian EM environmental conditions with the analyses already performed in other Countries. By the way, the presented results are taken as useful for establishing, improving and adjusting the methodologies and regulations of EMC procedures that are applicable for the automotive industries in Brazil. A critical analysis of those results is presented as well as some recommendations related to the EMC analysis of the on-board devices.

Thesis (M.S.)--Oregon State University, 2007. / Printout. Includes bibliographical references (leaves 97-99). Also available on the World Wide Web.

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With the increasing system clock, a clock circuit will cause an amount of electromagnetic interference. To reduce EMI of the products, various EMI strategies have been developed. In the thesis, we study the suppression of electromagnetic interference of a clock circuit by using the spread spectrum technique. The basic idea of the spread spectrum is to slightly modulate the frequency of the clock signal and the energy of the signal will be dispersed to a controllable range to reduce the peak energy of each harmonic wave in the spectrum, and the products can pass the electromagnetic compatibility test more easily. We obtain the attenuation factor of spread spectrum from the theoretical derivation, including modulation index and modulation profiles. From the numerical simulation, we verify that spread spectrum technique can suppress the peak energy. We propose the attenuation formulas which can control the attenuation of every frequency point. To verify our findings, we use a spread spectrum clock generator from market to perform measurement. The trapezoidal waveform can be used to represent a clock circuit. Its waveform includes rise time and duty cycle. We will discuss the influence of rise time and duty cycle on the spread spectrum technique. Shorter rise time will cause high order harmonics in the high speed clock circuit. We verify that spread spectrum technique can suppress high order harmonics from both the simulation and experiment. Because every harmonic can be suppressed, the spread spectrum technique has the good suppression effect for the whole system.

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