EMI屏蔽究竟是怎么回事?一文一探究竟
发布时间: 2024-07-16 作者: kaiyun体育平台安全

  身为电子工程师,噪声和辐射无处不在,作为电子设计师必须掌握EMI电磁屏蔽相关知识,而这些知识和解决方案将大范围的使用在改善设备免于受到外部电磁干扰。

  麦克斯韦方程显示,每当电流经流导体时,都会产生磁场,而磁场将会产生电场。电场和磁场的辐射特性被称之为辐射发射。

  这些辐射发射将会在电路或整个印刷电路板(PCB)中引发一些问题。在理想电路之中,电路本身发射的信号只包括电流和电压,而在现实世界中,噪音是绕不开的问题。当电路信号受到任何干扰时,就会发生这种情况。

  需要注意的是,设备在运行时不可能会受到别的设备的影响,正如设备不会受到别的设备影响一样,电磁敏感性是电路系统受到干扰仍就保持正常工作的能力。这种敏感性将取决于施加的噪声水平,而不同的应用诸如车载、医疗、军事等领域,拥有不同的程度磁化率。

  每个电路、设备或系统都一定要经过适当的设计,尽可能减少辐射水平,来达到只对高水平的电磁场敏感。

  电磁兼容性(EMC)认证是任何一个产品上市必须经过的步骤,每个产品都一定要通过EMC测试, 以确保安装时不可能影响任何别的设备(例如辐射测试),并且即使周围存在别的系统(例如,敏感性测试)。

  通常来说,电子设备都会安装在外壳内,金属外壳非常擅长限制电磁屏蔽,但相对来说并不完美。PCB和外壳之间的结合处会出现孔或槽,并且电磁场可以穿过它们,简言之EMI屏蔽就是要覆盖这些孔或槽。

  此外,许多产品设计中存在一个普遍问题:仅在设计周期的最新阶段才去考虑EMC认证的问题,在此情况下,整体的设计就被冻结到了此阶段,EMC工程师并没有空间去修改产品设计解决电磁相关的问题。因此,一整套的工具与生态,并无需再次修改PCB对于EMI屏蔽起着至关重要的作用。

  小型化和高效能一直以来是电子科技类产品发展的全球趋势,PCB具有越来越短的上升时间和慢慢的变快的数字电路。上升时间越短,带宽越大,而在此同时波长则会越小。当电路中波长与PCB的物理尺寸相当时,就会出现一定问题。如果这些波长足够小,可能会到达外部并与别的设备产生干扰。

  可以使用EMI屏蔽(即采用有助于覆盖这些小孔并改善机械外壳的法拉第笼效应的磁性材料)封闭这些开口。

  无数种的EMI屏蔽拥有不同的材料和形状,但总的来说最终的目标都是限制电磁场。

  屏蔽元件充当阻挡电磁辐射的屏障,事实上,这种屏蔽方式的过程拥有巨大的衰减,这将取决于电磁波和屏蔽元件的材料。

  当波撞击屏蔽材料时,会生成两种新的波,包括反射波和透射波。因此,入射波的能量将分裂为这两种波。所传输的组件是关键的相关组件,波将穿过屏蔽材料而到达外面。屏蔽的有效性将决定其衰减该分量的能力。

  趋肤深度是波在其幅度降低到1 / e之前可以传播的距离,该参数取决于材料磁导率,频率和电阻率的因素,可通过以下表达式近似表示:

  使用屏蔽材料的目的是在波通过后尽可能减小波的幅度。因此,选择正真适合的材料类型及其厚度t是非常非常重要的,以确保系统的所有频率都被衰减。

  EMI屏蔽类型将很大程度上取决于产品的类型、电磁要求和环境条件。最常见的EMI屏蔽如下:

  EMI垫片用于覆盖两个机械表面间不规则但又存在的微孔,这些垫片还可用来改善接地连接。它们具有粘性部分和许多轮廓,因此能轻松地安装在不一样的机械接头之中。

  可以切割垫片以适应任何系统,图片来源于WürthElektronik提供

  想要确保所有微孔都被盖住,但对于像EMI垫片之类的选件并没有太多垂直空间时,EMC胶带就是首选了。这些胶带的顶部具有高导电性的材料(例如镍或铜),另一侧具有粘合剂。

  任何设备都需要短而宽且直连的接地线,如果这项连接做不好,将会形成不需要的单极子,这将会产生辐射电磁场。金属夹改善了这种连接并加强了机械连接。

  如CPU、存储IC和射频(RF)级之这类的干扰源来说,选择PCB层上利用屏蔽柜单独屏蔽是极佳的选择。

  所有电路均会发出电磁辐射,并且容易被其他电路辐射。获得将您的产品推向市场所需的认证可能是一个痛苦的测试过程。