Ознайомлення з елементами електромагнітного екранування EMI

Інженеру-електроннику шум і випромінювання повсюди, а розробнику електроніки необхідно мати знання про електромагнітне екранування EMI, і ці знання та рішення будуть широко використовуватися для вдосконалення обладнання від зовнішніх електромагнітних перешкод.

Рівняння Максвелла показують, що всякий раз, коли струм протікає через провідник, створюється магнітне поле, а це магнітне поле створює електричне поле. Радіаційні властивості електричного і магнітного полів називають радіаційним випромінюванням. Ці випромінювання спричинять проблеми в схемі або всій друкованій платі (PCB). В ідеальній схемі сигнал, який випромінює сама схема, включає лише струм і напругу, але в реальному світі шум є неминучою проблемою. Це трапляється, коли є будь-які перешкоди в сигналі схеми. Через природу електромагнітних сигналів неможливо уникнути шуму, але його вплив можна значно зменшити. Слід зазначити, що на пристрій не впливатимуть інші пристрої під час роботи, так само як на пристрій не впливатимуть інші пристрої, електромагнітна сприйнятливість — це здатність системи ланцюга залишатися працездатною, якщо її порушують. Ця чутливість залежатиме від застосовуваного рівня шуму, а різні сфери застосування, наприклад автомобільна, медична, військова тощо, мають різний ступінь магнітної сприйнятливості. Кожен ланцюг, пристрій або система повинні бути належним чином розроблені для мінімізації рівнів випромінювання, щоб вони були чутливі лише до високих рівнів електромагнітних полів.

Сертифікація ЕМС

Сертифікація електромагнітної сумісності (EMC) є обов’язковим етапом для виходу будь-якого продукту на ринок, і кожен продукт повинен пройти перевірку на електромагнітну сумісність, щоб переконатися, що він встановлений без впливу на будь-яке інше обладнання (наприклад, радіаційне випробування) і навіть якщо інші системи присутні поруч (наприклад, тест на чутливість).

Як правило, електроніка розміщується в корпусах, і металеві корпуси чудово обмежують електромагнітне екранування, але відносно недосконалі. На стику між друкованою платою та корпусом з’являються отвори або прорізи, через які можуть проходити електромагнітні поля. Коротше кажучи, електромагнітне екранування має закривати ці отвори або слоти. Крім того, існує загальна проблема для багатьох проектів продуктів: сертифікація EMC розглядається лише на останньому етапі циклу проектування, у цьому випадку загальний дизайн заморожено на цій стадії, і інженери EMC не мають можливості змінити дизайн продукту. . Вирішуйте електромагнітні проблеми. Таким чином, повний набір інструментів і екологія, без необхідності знову модифікувати друковану плату, відіграють вирішальну роль у захисті від електромагнітних перешкод. Мініатюризація та висока продуктивність завжди були глобальною тенденцією в розробці електронних продуктів, а друковані плати мають все коротший час наростання та все швидші цифрові схеми. Чим коротший час наростання, тим більша смуга пропускання і водночас менша довжина хвилі. Певні проблеми виникають, коли довжини хвиль у схемі можна порівняти з фізичними розмірами друкованої плати. Якщо ці довжини хвиль досить малі, вони можуть досягати зовнішнього середовища та створювати перешкоди для іншого обладнання. Ці отвори можна закрити електромагнітним екрануванням (тобто магнітними матеріалами, які допомагають закрити ці маленькі отвори та покращують ефект клітки Фарадея механічного корпусу).

Розрахуйте ефективність захисту від електромагнітних перешкод і глибину шкіри

Безліч електромагнітних екранів випускається з різних матеріалів і форм, але загалом кінцевою метою є обмеження електромагнітних полів. Екрануючий елемент діє як бар’єр проти електромагнітного випромінювання, фактично, процес цього методу екранування має величезне загасання, яке буде залежати від електромагнітної хвилі та матеріалу екрануючого елемента. Коли хвилі потрапляють на екрануючий матеріал, генеруються дві нові хвилі, які відбиваються та передаються. Отже, енергія падаючої хвилі розділиться на ці дві хвилі. Компонент, що передається, є ключовим відповідним компонентом, і хвиля пройде через екрануючий матеріал назовні. Ефективність екрану визначатиме його здатність послаблювати цей компонент. Глибина скін-фактора — це відстань, яку хвиля може пройти до того, як її амплітуда зменшиться до 1/e, параметр, який залежить від факторів проникності матеріалу, частоти та питомого опору, і може бути наближено виражений таким виразом:

Примітка: σ представляє провідність, μ представляє проникність, F представляє частоту

Метою використання екрануючого матеріалу є мінімізація амплітуди хвилі після її проходження. Тому надзвичайно важливо вибрати відповідний тип матеріалу та його товщину t, щоб гарантувати ослаблення всіх частот системи. Наскільки добре екрануючий матеріал виконує це завдання, залежить від ефективності екранування (SE):

Примітка. Перший член означає втрати від відбиття, а другий — втрати на поглинання.

Типи екранування від електромагнітних перешкод Тип екранування від електромагнітних перешкод значною мірою залежатиме від типу виробу, електромагнітних вимог і умов навколишнього середовища. Найпоширеніші електромагнітні екрани: - електромагнітні прокладки - електромагнітні екрануючі стрічки - металеві затискачі - екрановані шафи електромагнітні прокладки електромагнітні прокладки використовуються для покриття неправильних, але наявних мікроотворів між двома механічними поверхнями. Поліпшення заземлення. Вони мають липкі секції та багато профілів, тому їх можна легко вставляти в різні типи механічних з’єднань.

EMI Shielding Tape Стрічка EMI є першим вибором, якщо ви хочете переконатися, що всі мікроотвірки закриті, але не маєте багато вертикального простору для таких опцій, як прокладки EMI. Ці стрічки мають високопровідний матеріал (наприклад, нікель або мідь) на верхній частині та клей на іншій стороні.

Металеві затискачі Для будь-якого пристрою потрібен короткий, широкий і прямий дріт заземлення, і якщо це з’єднання виконано неправильно, утворяться небажані монополи, які створюватимуть випромінювані електромагнітні поля. Металеві кліпси покращують це з’єднання та посилюють механічне з’єднання. Екрановані шафи Для джерел перешкод, таких як процесори, мікросхеми накопичувачів і радіочастотних (РЧ) рівнів, чудовим вибором є використання екрануючих шаф для індивідуального екранування на шарі друкованої плати.

Висновок Усі ланцюги випромінюють електромагнітне випромінювання та легко випромінюються іншими ланцюгами. Отримання сертифікатів, необхідних для виведення продукту на ринок, може бути болісним процесом тестування. Різні форми та типи захисту від електромагнітних перешкод є фундаментальними для вирішення проблем електромагнітних перешкод.