Bevezetés az EMI elektromágneses árnyékolás tudáspontjaiba

Elektronikus mérnökként a zaj és a sugárzás mindenhol jelen van, elektronikai tervezőként pedig az EMI elektromágneses árnyékolással kapcsolatos ismeretekre van szükség, és ezeket az ismereteket és megoldásokat széles körben fogják alkalmazni a berendezések külső elektromágneses interferencia elleni javítására.

A Maxwell-egyenletek azt mutatják, hogy amikor áram folyik át egy vezetőn, mágneses mező jön létre, és ez a mágneses mező elektromos mezőt hoz létre. Az elektromos és mágneses mezők sugárzási tulajdonságait sugárzási kibocsátásnak nevezzük. Ezek a sugárzott kibocsátások problémákat okoznak az áramkörben vagy a teljes nyomtatott áramköri kártyában (PCB). Egy ideális áramkörben az áramkör által kibocsátott jel csak áramot és feszültséget tartalmaz, de a való világban a zaj elkerülhetetlen probléma. Ez akkor fordul elő, ha bármilyen zavar van az áramkör jelében. Az elektromágneses jelek természetéből adódóan a zaj jelenléte nem kerülhető el, de hatásai jelentősen csökkenthetők. Meg kell jegyezni, hogy egy eszközt működés közben nem érintenek más eszközök, ahogyan egy eszközt sem más eszközök, az elektromágneses érzékenység az áramköri rendszer azon képessége, hogy zavarás esetén működőképes maradjon. Ez az érzékenység az alkalmazott zajszinttől függ, és a különböző alkalmazások, mint például az autóipar, az orvosi, a katonai stb., eltérő mértékű mágneses érzékenységgel rendelkeznek. Minden áramkört, eszközt vagy rendszert megfelelően meg kell tervezni, hogy minimálisra csökkentsék a sugárzási szintet, hogy csak a magas szintű elektromágneses mezőkre legyenek érzékenyek.

EMC tanúsítás

Az elektromágneses kompatibilitási (EMC) tanúsítás kötelező lépés minden termék piacra kerüléséhez, és minden terméknek át kell mennie egy EMC-teszten, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a telepítés nem befolyásolja a többi berendezést (pl. sugárzásteszt), és még akkor is, ha más rendszerek vannak a közelben. (pl. érzékenységi teszt).

Az elektronika általában házakban van elhelyezve, és a fémházak kiválóan korlátozzák az elektromágneses árnyékolást, de viszonylag tökéletlenek. A NYÁK és a ház találkozásánál lyukak vagy rések jelennek meg, amelyeken elektromágneses mezők haladhatnak át. Röviden, az EMI-árnyékolás ezeket a lyukakat vagy réseket takarja. Ezen túlmenően sok terméktervezésnél van egy közös probléma: az EMC-tanúsítványt csak a tervezési ciklus legkésőbbi szakaszában veszik figyelembe, ebben az esetben a teljes tervezés ebben a szakaszban lefagy, és az EMC-mérnököknek nincs lehetőségük a termékterv módosítására. . Elektromágneses problémák megoldása. Ezért az EMI-árnyékolásban döntő szerepet játszik a teljes eszközkészlet és az ökológia, anélkül, hogy a PCB-t újból módosítani kellene. A miniatürizálás és a nagy teljesítmény mindig is globális trend volt az elektronikai termékek fejlesztésében, és a PCB-k felfutási ideje egyre rövidebb, a digitális áramkörök pedig egyre gyorsabbak. Minél rövidebb a felfutási idő, annál nagyobb a sávszélesség, és egyúttal annál kisebb a hullámhossz. Bizonyos problémák akkor merülnek fel, ha az áramkörben lévő hullámhosszak összehasonlíthatók a PCB fizikai méreteivel. Ha ezek a hullámhosszak elég kicsik, kijuthatnak a külvilágba, és interferenciát okozhatnak más berendezésekben. Ezek a nyílások EMI-árnyékolással zárhatók (vagyis olyan mágneses anyagokkal, amelyek segítenek elfedni ezeket a kis lyukakat, és javítják a mechanikus burkolat Faraday-ketrec hatását).

Számítsa ki az EMI-árnyékolás hatékonyságát és a bőrmélységet

Számtalan EMI-pajzs létezik különböző anyagú és formájú, de általában a végső cél az elektromágneses mezők korlátozása. Az árnyékoló elem gátként működik az elektromágneses sugárzás ellen, valójában ennek az árnyékolási eljárásnak a folyamata hatalmas csillapítással rendelkezik, amely az elektromágneses hullámtól és az árnyékoló elem anyagától függ. Amikor hullámok érik az árnyékoló anyagot, két új hullám keletkezik, visszaverődik és továbbítódik. Ezért a beeső hullám energiája erre a két hullámra oszlik. Az átvitt komponens a kulcsfontosságú releváns komponens, és a hullám az árnyékolóanyagon keresztül kifelé halad. A pajzs hatékonysága határozza meg, hogy képes-e csillapítani ezt az alkatrészt. A bőrmélység az a távolság, amelyet egy hullám megtehet, mielőtt amplitúdója 1/e-re csökkenne, ez a paraméter az anyagáteresztő képesség, a frekvencia és az ellenállás tényezőitől függ, és a következő kifejezéssel közelíthető:

Megjegyzés: σ a vezetőképesség, μ a permeabilitás, F a frekvencia

Az árnyékolóanyag használatának célja a hullám amplitúdójának minimalizálása, miután az elhaladt. Ezért rendkívül fontos a megfelelő anyagtípus és annak t vastagsága kiválasztása, hogy a rendszer minden frekvenciája csillapításra kerüljön. Az, hogy az árnyékoló anyag milyen jól teljesít ebben a feladatban, az árnyékolás hatékonyságától (SE) függ az alábbiak szerint:

Megjegyzés: Az első tag a reflexiós veszteséget, a második tag pedig az abszorpciós veszteséget jelenti.

Az EMI-árnyékolás típusai Az EMI-árnyékolás típusa nagymértékben függ a termék típusától, az elektromágneses követelményektől és a környezeti feltételektől. A legelterjedtebb EMI pajzsok a következők: - EMI tömítések - EMI árnyékoló szalagok - fém kapcsok - árnyékolt szekrények EMI tömítések Az EMI tömítések két mechanikai felület közötti szabálytalan, de meglévő mikrolyukak lefedésére szolgálnak. Javítsa a földelést. Ragadós részekkel és sok profillal rendelkeznek, így könnyen beilleszthetők különböző típusú mechanikus kötésekbe.

EMI Shielding Tape Az EMC szalag az első választás, ha meg szeretné győződni arról, hogy minden mikronyílás le van fedve, de nincs sok függőleges hely az olyan opciókhoz, mint az EMI tömítések. Ezeknek a szalagoknak a tetején erősen vezetőképes anyag (például nikkel vagy réz), a másik oldalon pedig ragasztó található.

Fémkapcsok Minden eszköznek szüksége van egy rövid, széles és egyenesen átmenő földelővezetékre, és ha ez a csatlakozás nem megfelelő, akkor nem kívánt monopólusok képződnek, amelyek kisugárzott elektromágneses tereket generálnak. A fémkapcsok javítják ezt a kapcsolatot és erősítik a mechanikai kapcsolatot. Árnyékolt szekrények Az olyan interferenciaforrásokhoz, mint a CPU-k, tároló IC-k és rádiófrekvenciás (RF) szintek, kiváló választás árnyékoló szekrények használata a PCB réteg egyedi árnyékolására.

Következtetés Minden áramkör elektromágneses sugárzást bocsát ki, és más áramkörök könnyen kisugározzák. A termék piaci bevezetéséhez szükséges tanúsítványok megszerzése fájdalmas tesztelési folyamat lehet. Az EMI-árnyékolás különféle formái és típusai alapvetőek az EMI-problémák megoldásához.