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  • 發布時間:2020-10-05 23:47 原文鏈接: PCB設計中的電磁兼容性考慮(二)

    PCB設計的EMC考慮

    對于高速PCB(Printed Circuit Board,印制電路板)設計中EMI問題,通常有兩種方法解決:一種是抑制EMI的影響,另一種是屏蔽EMI的影響。這兩種方式有很多不同的表現形式,特別是屏蔽系統使得EMI影響電子產品的可能性降到了最低。

    射頻(RF)能量是由印制電路板(PCB)內的開關電流產生的,這些電流是數字元件產生的副產品。在一個電源分配系統中每一個邏輯狀態的改變都會產生一個瞬間的電涌,大多數情況下,這些邏輯狀態的改變不會產生足夠的接地噪聲電壓造成任何功能性的影響,但當一個元件的邊沿速率(上升時間和下降時間)變得相當快的時候便會產生足夠的射頻能量影響其他的電子元件的正常工作。

    一、 PCB上電磁干擾產生的原因

    不適當的做法通常會在PCB上引起超出規范的EMI。結合高頻信號的特性,與PCB級的EMI相關的主要包括以下幾個方面:
    (1)封裝措施使用不適當。如應該用金屬封裝的器件卻用塑料封裝。

    (2)PCB設計不佳,完成質量不高,電纜與接頭的接地不良。

    (3)不適當甚至錯誤的PCB布局。

    包括時鐘和周期信號走線設定不當;PCB的分層排列及信號布線層設置不當;對于帶有高頻RF能量分布成分的選擇不當;共模與差模濾波考慮不足;接地環路引起RF和地彈;旁路和去耦不足等等。

    要實現系統級的EMI抑制,通常需要一些適當的方法:這主要包括屏蔽、襯墊、接地、濾波、去耦、適當布線、電路阻抗控制等。

    二、電磁兼容的屏蔽設計

    現今的電子產業界已愈來愈注意到SE/EMC(Shielding Effectiveness,SE,隔離室屏蔽效益)的需求,而隨著更多電子組件的使用,電磁兼容性亦更受到關切。電磁屏蔽就是以金屬隔離的原理來控制電磁干擾由一個區域向另一個區域感應和輻射傳播電方法。通常包括兩種:一種是靜電屏蔽,主要用于防止靜電場和恒定磁場的影響;另一種是電磁屏蔽,主要用于防止交變電場、交變磁場以及交變電磁場的影響。

    EMI屏蔽可使產品簡單且有效的符合EMC的規范,當頻率在10MHz以下時電磁波大多為傳導的形式,而較高頻率的電磁波則多為輻射的形式。設計時可以采用單層實心屏蔽材料、多層實心屏蔽材料、雙重屏蔽或者雙重以上屏蔽等新型材料進行EMI屏蔽。對于低頻的電磁干擾需要用厚的屏蔽層,最合適的是使用磁導率高的材料或磁性材料,如鎳銅合金等,以獲得最大的電磁吸收損耗,而對于高頻電磁波可使用金屬屏蔽材料。

    在實際的EMI屏蔽中,電磁屏蔽效能很大程度上取決于機箱的物理結構,即導電的連續性。機箱上的接縫以及開口都是電磁波的泄漏源。而且,穿過機箱的電纜也是造成屏蔽效能下降到主要原因。機箱上開口的電磁泄漏與開口的形狀、輻射源的特性和輻射源到開口處的距離相關。通過適當地設計開口尺寸和輻射源到開口的距離能夠改善屏蔽效能。通常解決機箱縫隙電磁泄漏的方式是在縫隙處用電磁密封襯墊。電磁密封襯墊是一種導電的彈性材料,它能夠保持縫隙處的導電連續性。常見的電磁密封襯墊有:導電橡膠(在橡膠中摻入導電顆粒,使這種復合材料既具有橡膠的彈性,又具有金屬的導電性。)、雙重導電橡膠(它不是在橡膠所有部分摻入導電顆粒,這樣獲得的好處是既最大限度地保持了橡膠的彈性,又保證了導電性)、金屬編織網套(以橡膠為芯的金屬編織網套)、螺旋管襯墊(用不銹鋼、鈹銅或鍍錫鈹銅卷成的螺旋管)等。另外,當對通風量要求比較高時,必須使用截至波導通風板,這種板相當于一個高通濾波器,對高于某一頻率的電磁波不衰減通過,但對于低于這一頻率的電磁波則進行很大的衰減,合理應用截至波導的這種特性可以很好的屏蔽EMI的干擾。




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