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原來(lái)金屬外殼屏蔽EMI大有講究!
發(fā)布時(shí)間:2018-07-19 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】筆者提出的一個(gè)重要概念:一個(gè)項(xiàng)目在計(jì)劃階段就要考慮屏蔽問(wèn)題,這樣花費(fèi)在屏蔽措施上的成本才會(huì)最低。若等到問(wèn)題暴露出來(lái)再去查漏補(bǔ)缺,往往需要付出相當(dāng)大的代價(jià)。屏蔽措施往往帶來(lái)費(fèi)用和儀器重量的增加,若能以其他EMC方式加以解決,就盡量減少屏蔽。(言下之意屏蔽是最后一招)
對(duì)于PCB應(yīng)注意以下兩點(diǎn):
1、使導(dǎo)線及元器件盡量靠近一塊大的金屬板(這個(gè)金屬板不是指屏蔽體)
2、使電氣部件及線路盡量靠近地層(減少層間信號(hào)的電磁干擾、地層可以吸收部分干擾 )這樣,即使是需要加屏蔽,也可以降低對(duì)屏蔽效能(SE shiedling effectiveness)的需求。
屏蔽的概念
屏蔽相當(dāng)于一個(gè)濾波器,放置于電磁波的傳播路徑上,對(duì)其中的一部分頻段形成高阻抗。阻抗比越大,屏蔽效能越好。
對(duì)于一般金屬,0.5mm的厚度就能對(duì)1MHz的電磁波產(chǎn)生較好的屏蔽效果,對(duì)100MHz能有非常好的屏蔽效果,問(wèn)題在于薄層金屬屏蔽對(duì)1MHz以下或孔隙來(lái)說(shuō),屏蔽效果就不行了,本文重點(diǎn)介紹這方面。
大的間距、矩形屏蔽會(huì)更好
(1) 電路之間、屏蔽之間更大的間距能夠減少相互干擾;
(2) 矩形(或不規(guī)則)的屏蔽外形,能夠盡量避免頻率共振;正方形的外殼往往容易引起共振;
但總的來(lái)說(shuō),電路板一般位于屏蔽體內(nèi),其元器件、線路等都會(huì)改變預(yù)期的共振頻率點(diǎn),所以不必太操心。
趨膚效應(yīng)
趨膚深度
工程上定義從表面到電流密度下降到表面電流密度的0.368(即1/e)的厚度為趨膚深度或穿透深度Δ:
式中:
μ-導(dǎo)線材料的磁導(dǎo)率;
γ=1/ρ-材料的電導(dǎo)率;
k-材料電導(dǎo)率(或電阻率)溫度系數(shù);
上圖:不同頻率下三種金屬的趨膚效應(yīng)深度(頻率越高,深度越淺,越趨膚);趨膚效應(yīng)以傳導(dǎo)的角度看,是希望趨膚深度深的,那表示導(dǎo)線的利用率高;但是對(duì)于屏蔽,是希望趨膚深度淺的,這樣就能以較薄的金屬屏蔽更多的電磁頻段;50Hz的趨膚深度5~15mm,很難屏蔽……
用于屏蔽的金屬應(yīng)有良好的導(dǎo)電及導(dǎo)磁性能,厚度根據(jù)干擾的最低頻率所產(chǎn)生的趨膚深度來(lái)定。一般1mm的低碳鋼板或者1μm的鍍鋅層就能滿足一般的應(yīng)用。(這也是實(shí)際中??吹綑C(jī)箱壁上鍍鋅的原因)
孔隙
如果屏蔽體的整個(gè)殼體是無(wú)縫無(wú)孔的,那么對(duì)于30MHz的電磁波來(lái)說(shuō),要達(dá)到100dB的衰減效果不是難事。問(wèn)題就在于他們不是無(wú)縫無(wú)孔的:
在一個(gè)完美的屏蔽殼體上開(kāi)一個(gè)洞,相當(dāng)于構(gòu)成一個(gè)半波共振縫隙天線,屏蔽效能SE與孔的最大尺寸d、電磁波波長(zhǎng)λ關(guān)系如下:
那么對(duì)于之前提到的30MHz,波長(zhǎng)10m,假設(shè)有一個(gè)USB口(孔徑對(duì)角線尺寸10mm),換算下來(lái)SE為54dB,d越大,SE越小。
我們常用到的電磁波頻段:
我們?cè)诔R?guī)應(yīng)用中制造出的干擾及諧波頻段:
孔隙、平率與屏蔽效能的大致關(guān)系:
要達(dá)到40dB的SE,通常需要用導(dǎo)體墊圈、彈簧夾指來(lái)進(jìn)行密封,注意內(nèi)部元件與屏蔽罩的間距、數(shù)據(jù)總線與開(kāi)孔和縫隙之間的距離。
還要注意,當(dāng)屏蔽體中有電流,且電流的前進(jìn)方向上有孔縫擋路,迫使電流繞行時(shí),將引起孔縫類似天線而發(fā)射磁場(chǎng),通過(guò)孔縫變化的電壓產(chǎn)生磁場(chǎng)。
低頻磁場(chǎng)的屏蔽
采用高磁導(dǎo)率的合金材料(如非晶合金、坡莫合金),按一定規(guī)格制成屏蔽罩,可大幅度減小磁場(chǎng)影響。
截至波導(dǎo)
墊圈
采用良導(dǎo)體,用于填縫,能承受一定的擠壓變形,抗腐蝕、經(jīng)久耐用.
可視組件的屏蔽
通風(fēng)孔的屏蔽
將通風(fēng)孔做成兩種形式:
(1)金屬網(wǎng)格(類似蜂窩鋁板)
(2) (截至)波導(dǎo)
用噴漆或電鍍的塑料
因?yàn)殚_(kāi)模塑料美觀輕便,所以時(shí)常使用,對(duì)這種情況,一般在塑料杯面噴涂導(dǎo)電材料,因?yàn)閷?dǎo)電層厚度不可能太厚(微米級(jí)),實(shí)際效果不怎么樣。
對(duì)于二類電器(class II),還可能增加靜電放電(ESD)的可能性。
二類電器:這類電器采用雙重絕緣或加強(qiáng)絕緣,沒(méi)有接地要求。
非金屬屏蔽
如碳纖維或?qū)щ娋酆衔铮▽?dǎo)電塑料),但是無(wú)論如何其SE都不及金屬的好。
屏蔽罩的安裝
板級(jí)屏蔽
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