Einführung in die Wissenspunkte der elektromagnetischen EMI-Abschirmung

Als Elektronikingenieur sind Rauschen und Strahlung allgegenwärtig, und als Elektronikdesigner ist es notwendig, Kenntnisse über elektromagnetische EMI-Abschirmung zu haben, und dieses Wissen und diese Lösungen werden in großem Umfang eingesetzt, um Geräte vor externen elektromagnetischen Interferenzen zu schützen.

Die Maxwell-Gleichungen zeigen, dass immer dann, wenn Strom durch einen Leiter fließt, ein Magnetfeld erzeugt wird und dieses Magnetfeld ein elektrisches Feld erzeugt. Die Strahlungseigenschaften elektrischer und magnetischer Felder werden Strahlungsemissionen genannt. Diese Strahlungsemissionen verursachen Probleme in der Schaltung oder der gesamten Leiterplatte (PCB). In einer idealen Schaltung enthält das von der Schaltung selbst emittierte Signal nur Strom und Spannung, aber in der realen Welt ist Rauschen ein unausweichliches Problem. Dies geschieht, wenn das Schaltungssignal gestört wird. Aufgrund der Natur elektromagnetischer Signale kann das Vorhandensein von Rauschen nicht vermieden werden, aber seine Auswirkungen können stark reduziert werden. Es sollte beachtet werden, dass ein Gerät während des Betriebs nicht durch andere Geräte beeinflusst wird, genauso wie ein Gerät nicht durch andere Geräte beeinflusst wird, ist die elektromagnetische Suszeptibilität die Fähigkeit eines Schaltkreissystems, bei Störungen funktionsfähig zu bleiben. Diese Empfindlichkeit hängt vom angewendeten Rauschpegel ab, und verschiedene Anwendungen, wie z. B. Automobil, Medizin, Militär usw., haben unterschiedliche Grade magnetischer Suszeptibilität. Jeder Stromkreis, jedes Gerät oder System muss so konstruiert sein, dass die Strahlungspegel minimiert werden, sodass er nur auf starke elektromagnetische Felder empfindlich reagiert.

EMV-Zertifizierung

Die Zertifizierung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) ist ein obligatorischer Schritt für jedes Produkt, das auf den Markt gebracht werden soll, und jedes Produkt muss einen EMV-Test bestehen, um sicherzustellen, dass es installiert wird, ohne andere Geräte (z. B. Strahlungstests) zu beeinträchtigen, und selbst wenn andere Systeme in der Nähe vorhanden sind (z. B. Empfindlichkeitstest).

Typischerweise ist die Elektronik in Gehäusen untergebracht, und Metallgehäuse sind großartig darin, die elektromagnetische Abschirmung zu begrenzen, aber relativ unvollkommen. An der Verbindungsstelle zwischen Leiterplatte und Gehäuse entstehen Löcher oder Schlitze, durch die elektromagnetische Felder hindurchtreten können. Kurz gesagt, die EMI-Abschirmung soll diese Löcher oder Schlitze abdecken. Darüber hinaus gibt es bei vielen Produktdesigns ein allgemeines Problem: Die EMV-Zertifizierung wird erst in der letzten Phase des Designzyklus berücksichtigt, in diesem Fall wird das Gesamtdesign in dieser Phase eingefroren, und EMV-Ingenieure haben keinen Spielraum, um das Produktdesign zu ändern . Lösen Sie elektromagnetische Probleme. Daher spielt ein vollständiger Satz an Werkzeugen und Ökologie, ohne dass die Leiterplatte erneut modifiziert werden muss, eine entscheidende Rolle bei der EMI-Abschirmung. Miniaturisierung und Hochleistung waren schon immer ein globaler Trend in der Entwicklung elektronischer Produkte, und Leiterplatten haben immer kürzere Anstiegszeiten und immer schnellere digitale Schaltungen. Je kürzer die Anstiegszeit, desto größer die Bandbreite und gleichzeitig desto kleiner die Wellenlänge. Bestimmte Probleme treten auf, wenn die Wellenlängen in der Schaltung mit den physikalischen Abmessungen der Leiterplatte vergleichbar sind. Wenn diese Wellenlängen klein genug sind, können sie nach außen gelangen und andere Geräte stören. Diese Öffnungen können mit EMI-Abschirmung verschlossen werden (d. h. mit magnetischen Materialien, die helfen, diese kleinen Löcher abzudecken und den Faraday-Käfig-Effekt des mechanischen Gehäuses zu verbessern).

Berechnen Sie die Wirksamkeit der EMI-Abschirmung und die Skin-Tiefe

Unzählige EMI-Abschirmungen gibt es in verschiedenen Materialien und Formen, aber im Allgemeinen besteht das ultimative Ziel darin, elektromagnetische Felder einzudämmen. Das Abschirmelement wirkt als Barriere gegen elektromagnetische Strahlung, tatsächlich hat der Prozess dieses Abschirmverfahrens eine enorme Dämpfung, die von der elektromagnetischen Welle und dem Material des Abschirmelements abhängt. Wenn Wellen auf das Abschirmmaterial treffen, werden zwei neue Wellen erzeugt, reflektiert und übertragen. Daher wird die Energie der einfallenden Welle in diese beiden Wellen aufgeteilt. Die übertragene Komponente ist die schlüsselrelevante Komponente, und die Welle wird durch das Abschirmmaterial nach außen geleitet. Die Wirksamkeit der Abschirmung bestimmt ihre Fähigkeit, diese Komponente zu dämpfen. Die Hauttiefe ist die Entfernung, die eine Welle zurücklegen kann, bevor ihre Amplitude auf 1/e abnimmt, ein Parameter, der von Faktoren wie Materialdurchlässigkeit, Frequenz und spezifischem Widerstand abhängt und durch den folgenden Ausdruck angenähert werden kann:

Hinweis: σ steht für Leitfähigkeit, μ steht für Permeabilität, F steht für Frequenz

Der Zweck der Verwendung von Abschirmmaterial besteht darin, die Amplitude der Welle nach ihrem Durchgang zu minimieren. Daher ist es äußerst wichtig, den richtigen Materialtyp und seine Dicke t zu wählen, um sicherzustellen, dass alle Frequenzen des Systems gedämpft werden. Wie gut das Abschirmmaterial diese Aufgabe erfüllt, hängt von der Abschirmwirkung (SE) wie folgt ab:

Hinweis: Der erste Term steht für Reflexionsverlust und der zweite Term für Absorptionsverlust.

Arten der EMI-Abschirmung Die Art der EMI-Abschirmung hängt weitgehend von der Art des Produkts, den elektromagnetischen Anforderungen und den Umgebungsbedingungen ab. Die gebräuchlichsten EMI-Abschirmungen sind wie folgt: - EMI-Dichtungen - EMI-Abschirmbänder - Metallklammern - abgeschirmte Gehäuse EMI-Dichtungen EMI-Dichtungen werden verwendet, um unregelmäßige, aber vorhandene Mikrolöcher zwischen zwei mechanischen Oberflächen abzudecken. Masseverbindung verbessern. Sie haben klebrige Abschnitte und viele Profile, sodass sie problemlos in verschiedene Arten von mechanischen Verbindungen passen.

EMI-Abschirmband EMV-Band ist die erste Wahl, wenn Sie sicherstellen möchten, dass alle Microvias abgedeckt sind, aber nicht viel vertikalen Platz für Optionen wie EMI-Dichtungen haben. Diese Bänder haben auf der Oberseite ein hochleitfähiges Material (z. B. Nickel oder Kupfer) und auf der anderen Seite Klebstoff.

Metallklammern Jedes Gerät benötigt ein kurzes, breites und durchgehendes Erdungskabel, und wenn diese Verbindung nicht gut ausgeführt wird, bilden sich unerwünschte Monopole, die abgestrahlte elektromagnetische Felder erzeugen. Metallclips verbessern diese Verbindung und verstärken die mechanische Verbindung. Abgeschirmte Gehäuse Für Störquellen wie CPUs, Speicher-ICs und Hochfrequenzpegel (RF) ist es eine ausgezeichnete Wahl, Abschirmgehäuse für eine individuelle Abschirmung auf der Leiterplattenebene zu verwenden.

Fazit Alle Schaltkreise geben elektromagnetische Strahlung ab und werden leicht von anderen Schaltkreisen abgestrahlt. Der Erhalt der Zertifizierungen, die erforderlich sind, um Ihr Produkt auf den Markt zu bringen, kann ein schmerzhafter Testprozess sein. Verschiedene Formen und Arten der EMI-Abschirmung sind grundlegend für die Lösung von EMI-Problemen.