Introducere în punctele de cunoaștere a ecranării electromagnetice EMI

Ca inginer electronic, zgomotul și radiațiile sunt peste tot și, ca proiectant electronic, este necesar să aveți cunoștințe despre ecranarea electromagnetică EMI, iar aceste cunoștințe și soluții vor fi utilizate pe scară largă pentru a îmbunătăți echipamentele de interferențe electromagnetice externe.

Ecuațiile lui Maxwell arată că ori de câte ori curge curent printr-un conductor, se creează un câmp magnetic, iar acel câmp magnetic creează un câmp electric. Proprietățile radiative ale câmpurilor electrice și magnetice se numesc emisii radiative. Aceste emisii radiate vor cauza probleme în circuit sau în întreaga placă de circuit imprimat (PCB). Într-un circuit ideal, semnalul emis de circuitul în sine include doar curent și tensiune, dar în lumea reală, zgomotul este o problemă de neevitat. Acest lucru se întâmplă atunci când există vreo perturbare a semnalului circuitului. Datorită naturii semnalelor electromagnetice, prezența zgomotului nu poate fi evitată, dar efectele acestuia pot fi mult reduse. Trebuie remarcat faptul că un dispozitiv nu va fi afectat de alte dispozitive în timpul funcționării, la fel cum un dispozitiv nu va fi afectat de alte dispozitive, susceptibilitatea electromagnetică este capacitatea unui sistem de circuit de a rămâne funcțional atunci când este deranjat. Această sensibilitate va depinde de nivelul de zgomot aplicat, iar aplicațiile diferite, cum ar fi auto, medical, militar etc., au grade diferite de susceptibilitate magnetică. Fiecare circuit, dispozitiv sau sistem trebuie să fie proiectat corespunzător pentru a minimiza nivelurile de radiație, astfel încât să fie sensibil doar la niveluri ridicate de câmpuri electromagnetice.

Certificare EMC

Certificarea de compatibilitate electromagnetică (EMC) este un pas obligatoriu pentru ca orice produs să intre pe piață și fiecare produs trebuie să treacă un test EMC pentru a se asigura că este instalat fără a afecta niciun alt echipament (de exemplu, testarea radiațiilor) și chiar dacă în jur sunt prezente alte sisteme. (de exemplu, testul de sensibilitate).

De obicei, electronicele sunt găzduite în carcase, iar carcasele metalice sunt excelente în limitarea ecranării electromagnetice, dar relativ imperfecte. La joncțiunea dintre PCB și carcasă apar găuri sau fante, iar câmpurile electromagnetice pot trece prin ele. Pe scurt, ecranarea EMI este de a acoperi aceste găuri sau fante. În plus, există o problemă comună în multe modele de produse: certificarea EMC este luată în considerare doar în ultima etapă a ciclului de proiectare, caz în care proiectul general este înghețat în această etapă, iar inginerii EMC nu au spațiu pentru a modifica designul produsului. . Rezolvați probleme legate de electromagnetice. Prin urmare, un set complet de instrumente și ecologie, fără a fi necesară modificarea din nou a PCB-ului, joacă un rol crucial în ecranarea EMI. Miniaturizarea și performanța ridicată au fost întotdeauna o tendință globală în dezvoltarea produselor electronice, iar PCB-urile au timpi de creștere din ce în ce mai scurti și circuite digitale din ce în ce mai rapide. Cu cât timpul de creștere este mai scurt, cu atât lățimea de bandă este mai mare și, în același timp, lungimea de undă este mai mică. Anumite probleme apar atunci când lungimile de undă din circuit sunt comparabile cu dimensiunile fizice ale PCB. Dacă aceste lungimi de undă sunt suficient de mici, ele pot ajunge în exterior și pot provoca interferențe cu alte echipamente. Aceste deschideri pot fi închise cu ecranare EMI (adică cu materiale magnetice care ajută la acoperirea acestor mici găuri și la îmbunătățirea efectului de cușcă Faraday al carcasei mecanice).

Calculați eficacitatea ecranării EMI și adâncimea pielii

Nenumărate scuturi EMI vin în diferite materiale și forme, dar, în general, scopul final este de a limita câmpurile electromagnetice. Elementul de ecranare acționează ca o barieră împotriva radiațiilor electromagnetice, de fapt, procesul acestei metode de ecranare are o atenuare uriașă, care va depinde de unda electromagnetică și de materialul elementului de ecranare. Când valurile lovesc materialul de ecranare, două noi valuri sunt generate, reflectate și transmise. Prin urmare, energia undei incidente va fi împărțită în aceste două unde. Componenta transmisă este componenta cheie relevantă, iar unda va trece prin materialul de ecranare spre exterior. Eficacitatea scutului va determina capacitatea acestuia de a atenua această componentă. Adâncimea pielii este distanța pe care o poate parcurge o undă înainte ca amplitudinea sa să scadă la 1/e, parametru care depinde de factori de permeabilitate a materialului, frecvență și rezistivitate și poate fi aproximat prin următoarea expresie:

Notă: σ reprezintă conductivitatea, μ reprezintă permeabilitatea, F reprezintă frecvența

Scopul utilizării materialului de ecranare este de a minimiza amplitudinea undei după ce aceasta a trecut. Prin urmare, este extrem de important să alegeți tipul de material adecvat și grosimea lui t pentru a vă asigura că toate frecvențele sistemului sunt atenuate. Cât de bine funcționează materialul de ecranare la această sarcină depinde de eficacitatea ecranării (SE), după cum urmează:

Notă: primul termen reprezintă pierderea de reflexie, iar al doilea termen reprezintă pierderea de absorbție.

Tipuri de ecranare EMI Tipul de ecranare EMI va depinde în mare măsură de tipul de produs, cerințele electromagnetice și condițiile de mediu. Cele mai comune scuturi EMI sunt următoarele: - garnituri EMI - benzi de ecranare EMI - cleme metalice - dulapuri ecranate Garnituri EMI Garniturile EMI sunt folosite pentru a acoperi micro-găurile neregulate, dar existente între două suprafețe mecanice. Îmbunătățiți conexiunea la pământ. Au secțiuni lipicioase și multe profile, astfel încât să se potrivească cu ușurință în diferite tipuri de îmbinări mecanice.

Bandă de protecție EMI Banda EMC este prima alegere atunci când doriți să vă asigurați că toate microviile sunt acoperite, dar nu aveți mult spațiu vertical pentru opțiuni precum garniturile EMI. Aceste benzi au un material foarte conductiv (cum ar fi nichelul sau cuprul) pe partea de sus și adeziv pe cealaltă parte.

Cleme metalice Orice dispozitiv are nevoie de un fir de împământare scurt, lat și drept, iar dacă această conexiune nu este făcută bine, se vor forma monopoluri nedorite, care vor genera câmpuri electromagnetice radiate. Clemele metalice îmbunătățesc această conexiune și întăresc legătura mecanică. Dulapuri ecranate Pentru surse de interferență, cum ar fi procesoarele, circuitele integrate de stocare și nivelurile de frecvență radio (RF), este o alegere excelentă să folosiți dulapuri de ecranare pentru ecranarea individuală a stratului PCB.

Concluzie Toate circuitele emit radiații electromagnetice și sunt ușor radiate de alte circuite. Obținerea certificărilor necesare pentru a vă aduce produsul pe piață poate fi un proces de testare dureros. Diferite forme și tipuri de ecranare EMI sunt fundamentale pentru rezolvarea problemelor EMI.