EMC课件(屏蔽技术).ppt

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1、EMC设计方法——Part4 Shieldingxxxxxxx文献背景: 作者EurIngKeithArmstrongIEE会员、IEEE会员他的EMC系列文章包括6部分:1、电路设计2、连线及连接器3、过滤器及瞬态抑制其4、屏蔽5、PCB布局6、ESD(Electro-Staticdischarge),机电装置及功率因素补偿主要内容1、屏蔽的商业必要性;2、屏蔽的概念;3、电路之间、屏蔽之间更大(的间距)、矩形(或不规则)的屏蔽外形更好,以避免共振;4、趋肤效应(很难挡住低频)5、孔隙(很难挡住高频)6、低频(磁场)屏蔽7、截至波导8、导体垫圈(用于

2、填缝)9、可视组件的屏蔽(如显示皮、指示灯、键盘)10、通风(散热)孔的屏蔽11、用喷漆或电镀的塑料来屏蔽12、非金属屏蔽13、屏蔽室的安装14、板级电磁屏蔽1、屏蔽的商业必要性最初的模型如“法拉第笼”屏蔽的大致商业成本:单个IC部分PCB单个模块整个产品工控机迈克尔·法拉第(MichaelFaraday,公元1791~公元1867),1831年10月17日发现电磁感应现象,发电机和电动机(原型)的发明者。作者提出的一个重要概念:一个项目在计划阶段就要考虑屏蔽问题,这样花费在屏蔽措施上的成本才会最低。屏蔽措施往往带来费用和仪器重量的增加,若能以其他EM

3、C方式加以解决,就尽量减少屏蔽。(言下之意屏蔽是最后一招)若等到问题暴露出来再去查漏补缺,往往需要付出相当大的代价。对于PCB应注意以下两点:1、使导线及元器件尽量靠近一块大的金属板(这个金属板不是指屏蔽体)2、使电气部件及线路尽量靠近地层(减少层间信号的电磁干扰、地层可以吸收部分干扰)这样,即使是需要加屏蔽,也可以降低对屏蔽效能(SEshiedlingeffectiveness)的需求。屏蔽相当于一个滤波器,放置于电磁波的传播路径上,对其中的一部分频段形成高阻抗。阻抗比越大,屏蔽效能越好。对于一般金属,0.5mm的厚度就能对1MHz的电磁波产生较好的

4、屏蔽效果,对100MHz能有非常好的屏蔽效果,问题在于薄层金属屏蔽对1MHz以下或孔隙来说,屏蔽效果就不行了,本文重点介绍这方面。2、屏蔽的概念3、大的间距、矩形屏蔽会更好(1)电路之间、屏蔽之间更大的间距能够减少相互干扰;(2)矩形(或不规则)的屏蔽外形,能够尽量避免频率共振;正方形的外壳往往容易引起共振;但总的来说,电路板一般位于屏蔽体内,其元器件、线路等都会改变预期的共振频率点,所以不必太操心。4、趋肤效应工程上定义从表面到电流密度下降到表面电流密度的0.368(即1/e)的厚度为趋肤深度或穿透深度Δ:式中μ-导线材料的磁导率;γ=1/ρ-材料的

5、电导率;k-材料电导率(或电阻率)温度系数;趋肤深度上图:不同频率下三种金属的趋肤效应深度(频率越高,深度越浅,越趋肤);趋肤效应以传导的角度看,是希望趋肤深度深的,那表示导线的利用率高;但是对于屏蔽,是希望趋肤深度浅的,这样就能以较薄的金属屏蔽更多的电磁频段;50Hz的趋肤深度5~15mm,很难屏蔽……用于屏蔽的金属应有良好的导电及导磁性能,厚度根据干扰的最低频率所产生的趋肤深度来定。一般1mm的低碳钢板或者1μm的镀锌层就能满足一般的应用。(这也是实际中常看到机箱壁上镀锌的原因)5、孔隙如果屏蔽体的整个壳体是无缝无孔的,那么对于30MHz的电磁波来

6、说,要达到100dB的衰减效果不是难事。问题就在于他们不是无缝无孔的:一个好的设计要做到:不要被他人干扰也不要干扰他人在一个完美的屏蔽壳体上开一个洞,相当于构成一个半波共振缝隙天线,屏蔽效能SE与孔的最大尺寸d、电磁波波长λ关系如下:我们常用到的电磁波频段:对讲机那么对于之前提到的30MHz,波长10m,假设有一个USB口(孔径对角线尺寸10mm),换算下来SE为54dB,d越大,SE越小。我们在常规应用中制造出的干扰及谐波频段:整流器开关电源微处理器时钟右图:大致说明缝隙的长度在某频率电磁波长下的屏蔽效能,举例说,对于一个19’’的屏蔽盖板边沿有条4

7、30mm长的缝隙,对于350MHz的干扰来说,该缝隙近乎一个完美天线,屏蔽形同虚设。完美天线屏蔽基本无效屏蔽尚起作用孔隙、平率与屏蔽效能的大致关系:对于1GHz电磁波,想要达到40dB(民用常规)的SE,孔隙就要小于1.6mm。对于1GHz电磁波,想要达到20dB的SE,孔隙就要小于16mm。要达到40dB的SE,通常需要用导体垫圈、弹簧夹指来进行密封,注意内部元件与屏蔽罩的间距、数据总线与开孔和缝隙之间的距离。还要注意,当屏蔽体中有电流,且电流的前进方向上有孔缝挡路,迫使电流绕行时,将引起孔缝类似天线而发射磁场,通过孔缝变化的电压产生磁场。6、低频磁

8、场的屏蔽采用高磁导率的合金材料(如非晶合金、坡莫合金),按一定规格制成屏蔽罩,可大幅度减小磁场

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