原來金屬外殼屏蔽EMI大有講究!
發布時間:2018-07-19 責任編輯:wenwei
【導讀】筆者提出的一個重要概念:yigexiangmuzaijihuajieduanjiuyaokaolvpingbiwenti,zheyanghuafeizaipingbicuoshishangdechengbencaihuizuidi。ruodengdaowentibaoluchulaizaiquzhaloubuque,wangwangxuyaofuchuxiangdangdadedaijia。pingbicuoshiwangwangdailaifeiyongheyiqizhongliangdezengjia,ruonengyiqitaEMC方式加以解決,就盡量減少屏蔽。(言下之意屏蔽是最後一招)
對於PCB應注意以下兩點:
1、使導線及元器件盡量靠近一塊大的金屬板(這個金屬板不是指屏蔽體)
2、使電氣部件及線路盡量靠近地層(減少層間信號的電磁幹擾、地層可以吸收部分幹擾 )這樣,即使是需要加屏蔽,也可以降低對屏蔽效能(SE shiedling effectiveness)的需求。
屏蔽的概念
屏蔽相當於一個濾波器,放置於電磁波的傳播路徑上,對其中的一部分頻段形成高阻抗。阻抗比越大,屏蔽效能越好。
對於一般金屬,0.5mm的厚度就能對1MHz的電磁波產生較好的屏蔽效果,對100MHz能有非常好的屏蔽效果,問題在於薄層金屬屏蔽對1MHz以下或孔隙來說,屏蔽效果就不行了,本文重點介紹這方麵。
大的間距、矩形屏蔽會更好
(1) 電路之間、屏蔽之間更大的間距能夠減少相互幹擾;
(2) 矩形(或不規則)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;
但總的來說,電路板一般位於屏蔽體內,其元器件、線路等都會改變預期的共振頻率點,所以不必太操心。
趨膚效應

趨膚深度
工程上定義從表麵到電流密度下降到表麵電流密度的0.368(即1/e)的厚度為趨膚深度或穿透深度Δ:

式中:
μ-導線材料的磁導率;
γ=1/ρ-材料的電導率;
k-材料電導率(或電阻率)溫度係數;

上圖:不同頻率下三種金屬的趨膚效應深度(頻率越高,深度越淺,越趨膚);趨膚效應以傳導的角度看,是希望趨膚深度深的,那表示導線的利用率高;但是對於屏蔽,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……
用於屏蔽的金屬應有良好的導電及導磁性能,厚度根據幹擾的最低頻率所產生的趨膚深度來定。一般1mm的低碳鋼板或者1μm的鍍鋅層就能滿足一般的應用。(這也是實際中常看到機箱壁上鍍鋅的原因)
孔隙
如果屏蔽體的整個殼體是無縫無孔的,那麼對於30MHz的電磁波來說,要達到100dB的衰減效果不是難事。問題就在於他們不是無縫無孔的:

在一個完美的屏蔽殼體上開一個洞,相當於構成一個半波共振縫隙天線,屏蔽效能SE與孔的最大尺寸d、電磁波波長λ關係如下:
那麼對於之前提到的30MHz,波長10m,假設有一個USB口(孔徑對角線尺寸10mm),換算下來SE為54dB,d越大,SE越小。
我們常用到的電磁波頻段:

我們在常規應用中製造出的幹擾及諧波頻段:

孔隙、平率與屏蔽效能的大致關係:

要達到40dB的SE,通常需要用導體墊圈、彈簧夾指來進行密封,注意內部元件與屏蔽罩的間距、數據總線與開孔和縫隙之間的距離。
還(hai)要(yao)注(zhu)意(yi),當(dang)屏(ping)蔽(bi)體(ti)中(zhong)有(you)電(dian)流(liu),且(qie)電(dian)流(liu)的(de)前(qian)進(jin)方(fang)向(xiang)上(shang)有(you)孔(kong)縫(feng)擋(dang)路(lu),迫(po)使(shi)電(dian)流(liu)繞(rao)行(xing)時(shi),將(jiang)引(yin)起(qi)孔(kong)縫(feng)類(lei)似(si)天(tian)線(xian)而(er)發(fa)射(she)磁(ci)場(chang),通(tong)過(guo)孔(kong)縫(feng)變(bian)化(hua)的(de)電(dian)壓(ya)產(chan)生(sheng)磁(ci)場(chang)。
低頻磁場的屏蔽
采用高磁導率的合金材料(如非晶合金、坡莫合金),按一定規格製成屏蔽罩,可大幅度減小磁場影響。
截至波導

墊圈
采用良導體,用於填縫,能承受一定的擠壓變形,抗腐蝕、經久耐用.


可視組件的屏蔽

通風孔的屏蔽
將通風孔做成兩種形式:
(1)金屬網格(類似蜂窩鋁板)
(2) (截至)波導
用噴漆或電鍍的塑料
因為開模塑料美觀輕便,所以時常使用,對這種情況,一般在塑料杯麵噴塗導電材料,因為導電層厚度不可能太厚(微米級),實際效果不怎麼樣。
對於二類電器(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絕緣,沒有接地要求。
非金屬屏蔽
如碳纖維或導電聚合物(導電塑料),但是無論如何其SE都不及金屬的好。
屏蔽罩的安裝

板級屏蔽

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