Введение в знания об электромагнитном экранировании от электромагнитных помех

Как инженеру-электронщику шум и излучение повсюду, а как конструктору-электронщику необходимо иметь знания об электромагнитном экранировании от электромагнитных помех, и эти знания и решения будут широко использоваться для улучшения оборудования от внешних электромагнитных помех.

Уравнения Максвелла показывают, что всякий раз, когда ток течет по проводнику, создается магнитное поле, а это магнитное поле создает электрическое поле. Радиационные свойства электрических и магнитных полей называются излучением. Эти излучаемые помехи вызовут проблемы в схеме или всей печатной плате (PCB). В идеальной схеме сигнал, излучаемый самой схемой, включает только ток и напряжение, но в реальном мире шум является неизбежной проблемой. Это происходит, когда есть какие-либо помехи в сигнале цепи. Из-за природы электромагнитных сигналов невозможно избежать присутствия шума, но его влияние можно значительно уменьшить. Следует отметить, что на устройство не будут влиять другие устройства во время работы, точно так же, как на устройство не будут влиять другие устройства, электромагнитная восприимчивость — это способность схемной системы оставаться функциональной при воздействии. Эта чувствительность будет зависеть от применяемого уровня шума, а различные приложения, такие как автомобильная, медицинская, военная и т. д., имеют разную степень магнитной восприимчивости. Каждая цепь, устройство или система должны быть спроектированы таким образом, чтобы свести к минимуму уровни излучения, чтобы они были чувствительны только к высоким уровням электромагнитных полей.

Сертификация ЭМС

Сертификация электромагнитной совместимости (ЭМС) является обязательным шагом для выхода любого продукта на рынок, и каждый продукт должен пройти тест на электромагнитную совместимость, чтобы убедиться, что он установлен без воздействия на другое оборудование (например, радиационное тестирование) и даже если вокруг присутствуют другие системы. (например, тест на чувствительность).

Как правило, электроника размещается в корпусах, а металлические корпуса отлично ограничивают электромагнитное экранирование, но относительно несовершенны. На стыке между платой и корпусом появляются отверстия или щели, через которые могут проходить электромагнитные поля. Короче говоря, экранирование EMI ​​должно закрывать эти отверстия или слоты. Кроме того, во многих конструкциях продуктов существует общая проблема: сертификация по электромагнитной совместимости рассматривается только на последнем этапе цикла проектирования, и в этом случае общий проект на этом этапе замораживается, и у инженеров по электромагнитной совместимости нет места для изменения конструкции продукта. . Решение проблем, связанных с электромагнитным полем. Таким образом, полный набор инструментов и экология без необходимости повторной модификации печатной платы играют решающую роль в защите от электромагнитных помех. Миниатюризация и высокая производительность всегда были глобальной тенденцией в разработке электронных продуктов, а печатные платы имеют все более короткое время нарастания и все более и более быстрые цифровые схемы. Чем короче время нарастания, тем больше ширина полосы и в то же время меньше длина волны. Определенные проблемы возникают, когда длины волн в цепи сравнимы с физическими размерами печатной платы. Если эти длины волн достаточно малы, они могут выйти наружу и создать помехи для другого оборудования. Эти отверстия можно закрыть экранированием от электромагнитных помех (то есть магнитными материалами, которые помогают закрыть эти маленькие отверстия и улучшить эффект клетки Фарадея механического корпуса).

Рассчитать эффективность экранирования электромагнитных помех и глубину скин-слоя

Бесчисленные экраны EMI изготавливаются из различных материалов и форм, но в целом конечной целью является ограничение электромагнитных полей. Экранирующий элемент действует как барьер против электромагнитного излучения, на самом деле процесс этого метода экранирования имеет огромное затухание, которое будет зависеть от электромагнитной волны и материала экранирующего элемента. Когда волны ударяются о экранирующий материал, генерируются, отражаются и передаются две новые волны. Следовательно, энергия падающей волны будет расщеплена на эти две волны. Передаваемый компонент является ключевым соответствующим компонентом, и волна будет проходить через защитный материал наружу. Эффективность экрана будет определять его способность ослаблять этот компонент. Глубина скин-слоя — это расстояние, которое волна может пройти до того, как ее амплитуда уменьшится до 1/e, параметра, который зависит от факторов проницаемости материала, частоты и удельного сопротивления и может быть аппроксимирован следующим выражением:

Примечание: σ представляет проводимость, μ представляет проницаемость, F представляет частоту

Цель использования экранирующего материала — минимизировать амплитуду волны после ее прохождения. Поэтому чрезвычайно важно выбрать правильный тип материала и его толщину t, чтобы обеспечить ослабление всех частот системы. Насколько хорошо экранирующий материал справляется с этой задачей, зависит от эффективности экранирования (SE) следующим образом:

Примечание. Первый член представляет собой потери на отражение, а второй член представляет собой потери на поглощение.

Типы экранирования от электромагнитных помех Тип экранирования от электромагнитных помех во многом зависит от типа продукта, электромагнитных требований и условий окружающей среды. Наиболее распространенными экранами ЭМП являются: - прокладки ЭМП - экранирующие ленты ЭМП - металлические зажимы - экранированные шкафы Прокладки ЭМП Прокладки ЭМП используются для закрытия неравномерных, но существующих микроотверстий между двумя механическими поверхностями. Улучшить соединение с землей. У них есть липкие участки и множество профилей, поэтому они легко подходят к различным типам механических соединений.

Экранирующая лента для защиты от электромагнитных помех Лента для защиты от электромагнитных помех лучше всего подходит, если вы хотите убедиться, что все микроотверстия закрыты, но не имеете достаточно места по вертикали для таких опций, как прокладки для защиты от электромагнитных помех. Эти ленты имеют высокопроводящий материал (например, никель или медь) на верхней части и клей на другой стороне.

Металлические зажимы Любое устройство нуждается в коротком, широком и прямом заземляющем проводе, и если это соединение не выполнено должным образом, будут образовываться нежелательные монополя, которые будут генерировать излучаемые электромагнитные поля. Металлические зажимы улучшают это соединение и усиливают механическое соединение. Экранированные шкафы Для источников помех, таких как процессоры, микросхемы хранения и радиочастотные (РЧ) уровни, отличным выбором является использование экранирующих шкафов для индивидуального экранирования на уровне печатной платы.

Заключение Все цепи излучают электромагнитное излучение и легко излучаются другими цепями. Получение сертификатов, необходимых для вывода вашего продукта на рынок, может быть болезненным процессом тестирования. Различные формы и типы экранирования электромагнитных помех имеют основополагающее значение для решения проблем электромагнитных помех.