Wprowadzenie do zagadnień związanych z ekranowaniem elektromagnetycznym EMI

Jako inżynier elektronik hałas i promieniowanie są wszędzie, a jako projektant elektroniczny niezbędna jest wiedza na temat ekranowania elektromagnetycznego EMI, a ta wiedza i rozwiązania będą szeroko stosowane do ulepszania sprzętu przed zewnętrznymi zakłóceniami elektromagnetycznymi.

Równania Maxwella pokazują, że ilekroć prąd przepływa przez przewodnik, powstaje pole magnetyczne, a to pole magnetyczne wytwarza pole elektryczne. Radiacyjne właściwości pól elektrycznych i magnetycznych nazywane są emisjami radiacyjnymi. Te wypromieniowane emisje spowodują problemy w obwodzie lub całej płytce drukowanej (PCB). W idealnym obwodzie sygnał emitowany przez sam obwód zawiera tylko prąd i napięcie, ale w prawdziwym świecie szum jest problemem, którego nie można uniknąć. Dzieje się tak, gdy występują jakiekolwiek zakłócenia w sygnale obwodu. Ze względu na charakter sygnałów elektromagnetycznych nie można uniknąć obecności szumu, ale można znacznie ograniczyć jego skutki. Należy zauważyć, że inne urządzenia nie będą miały wpływu na urządzenie podczas pracy, podobnie jak inne urządzenia nie będą miały wpływu na urządzenie, podatność elektromagnetyczna to zdolność systemu obwodów do zachowania funkcjonalności po zakłóceniu. Ta czułość będzie zależała od zastosowanego poziomu hałasu, a różne zastosowania, takie jak motoryzacja, medycyna, wojsko itp., mają różne stopnie podatności magnetycznej. Każdy obwód, urządzenie lub system musi być odpowiednio zaprojektowany, aby zminimalizować poziom promieniowania, tak aby był wrażliwy tylko na wysokie poziomy pól elektromagnetycznych.

Certyfikat EMC

Certyfikacja kompatybilności elektromagnetycznej (EMC) jest obowiązkowym krokiem, aby każdy produkt mógł trafić na rynek, a każdy produkt musi przejść test EMC, aby upewnić się, że jest zainstalowany bez wpływu na inne urządzenia (np. testy promieniowania), a nawet jeśli w pobliżu znajdują się inne systemy (np. test wrażliwości).

Zazwyczaj elektronika jest umieszczona w obudowach, a metalowe obudowy świetnie ograniczają ekranowanie elektromagnetyczne, ale są stosunkowo niedoskonałe. Na styku płytki drukowanej z obudową pojawiają się dziury lub szczeliny, przez które mogą przechodzić pola elektromagnetyczne. Krótko mówiąc, ekranowanie EMI ma zakrywać te otwory lub szczeliny. Ponadto w wielu projektach produktów występuje powszechny problem: certyfikacja EMC jest brana pod uwagę tylko na ostatnim etapie cyklu projektowego, w którym to przypadku ogólny projekt jest zamrożony na tym etapie, a inżynierowie EMC nie mają miejsca na modyfikację projektu produktu . Rozwiązywanie problemów związanych z elektromagnetyzmem. Dlatego kompletny zestaw narzędzi i ekologia, bez konieczności ponownego modyfikowania PCB, odgrywa kluczową rolę w ekranowaniu EMI. Miniaturyzacja i wysoka wydajność zawsze były światowym trendem w rozwoju produktów elektronicznych, a płytki PCB mają coraz krótsze czasy narastania i coraz szybsze obwody cyfrowe. Im krótszy czas narastania, tym większa szerokość pasma, a jednocześnie mniejsza długość fali. Pewne problemy pojawiają się, gdy długości fal w obwodzie są porównywalne z fizycznymi wymiarami płytki drukowanej. Jeśli te długości fal są wystarczająco małe, mogą docierać na zewnątrz i powodować zakłócenia w pracy innych urządzeń. Otwory te można zamknąć ekranowaniem EMI (to znaczy materiałami magnetycznymi, które pomagają zakryć te małe otwory i poprawić efekt klatki Faradaya w obudowie mechanicznej).

Oblicz skuteczność ekranowania EMI i głębokość skóry

Niezliczone ekrany EMI są wykonane z różnych materiałów i kształtów, ale generalnie ostatecznym celem jest ograniczenie pól elektromagnetycznych. Element ekranujący działa jak bariera przed promieniowaniem elektromagnetycznym, w rzeczywistości proces tej metody ekranowania ma ogromne tłumienie, które będzie zależeć od fali elektromagnetycznej i materiału elementu ekranującego. Kiedy fale uderzają w materiał ekranujący, generowane są dwie nowe fale, odbijane i transmitowane. Dlatego energia padającej fali zostanie podzielona na te dwie fale. Przenoszony komponent jest kluczowym istotnym komponentem, a fala przejdzie przez materiał ekranujący na zewnątrz. Skuteczność tarczy określi jej zdolność do tłumienia tego składnika. Głębokość skóry to odległość, jaką fala może pokonać, zanim jej amplituda spadnie do 1/e, parametr, który zależy od czynników przepuszczalności materiału, częstotliwości i rezystywności, i można go przybliżyć za pomocą następującego wyrażenia:

Uwaga: σ reprezentuje przewodnictwo, μ reprezentuje przepuszczalność, F reprezentuje częstotliwość

Celem zastosowania materiału ekranującego jest zminimalizowanie amplitudy fali po jej przejściu. Dlatego niezwykle ważny jest dobór odpowiedniego rodzaju materiału i jego grubości t, aby zapewnić tłumienie wszystkich częstotliwości systemu. To, jak dobrze materiał ekranujący radzi sobie z tym zadaniem, zależy od skuteczności ekranowania (SE) w następujący sposób:

Uwaga: pierwszy człon oznacza utratę odbicia, a drugi człon oznacza utratę absorpcji.

Types of EMI shielding The type of EMI shielding will largely depend on the type of product, electromagnetic requirements and environmental conditions. The most common EMI shields are as follows: - EMI gaskets - EMI shielding tapes - metal clips - shielded cabinets EMI gaskets EMI gaskets are used to cover irregular but existing micro-holes between two mechanical surfaces. Improve ground connection. They have sticky sections and many profiles so they can easily fit into different types of mechanical joints.

Taśma ekranująca EMI Taśma EMC to pierwszy wybór, jeśli chcesz mieć pewność, że wszystkie mikroprzelotki są zakryte, ale nie masz dużo miejsca w pionie na takie opcje, jak uszczelki EMI. Taśmy te mają materiał o dużej przewodności (taki jak nikiel lub miedź) na wierzchu i klej na drugiej stronie.

Metalowe zaciski Każde urządzenie wymaga krótkiego, szerokiego i prostego przewodu uziemiającego, a jeśli połączenie to nie zostanie wykonane prawidłowo, utworzą się niechciane monopole, które będą generować wypromieniowane pola elektromagnetyczne. Metalowe klipsy poprawiają to połączenie i wzmacniają połączenie mechaniczne. Szafy ekranowane W przypadku źródeł zakłóceń, takich jak procesory, układy scalone pamięci masowej i poziomy częstotliwości radiowych (RF), doskonałym wyborem jest zastosowanie szafek ekranujących do indywidualnego ekranowania warstwy PCB.

Wniosek Wszystkie obwody emitują promieniowanie elektromagnetyczne i są łatwo wypromieniowywane przez inne obwody. Uzyskanie certyfikatów potrzebnych do wprowadzenia produktu na rynek może być bolesnym procesem testowania. Różne formy i typy ekranowania EMI mają fundamentalne znaczenie dla rozwiązywania problemów EMI.