EMCppt课件(屏蔽技术)解析

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,EMC,设计方法,Part4Shielding,xxxx xxx,EMC设计方法Part4Shieldingxxxx,文献背景：作者,Eur Ing Keith Armstrong IEE,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-Static discharge),，机电装置及功率,因素补偿,文献背景：作者Eur Ing Keith Armstron,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,主要内容1、屏蔽的商业必要性；,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,（,Michael Faraday,，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。,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,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,EMC,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（,SE shiedling effectiveness,）的需求。,作者提出的一个重要概念：屏蔽措施往往带来费用,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。,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,4,、趋肤效应,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,:,式中,导线材料的磁导率；,1/,材料的电导率；,k,材料电导率（或电阻率）温度系数；,趋肤深度,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,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,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，,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,1,m,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,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,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,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。,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,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,430mm,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,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,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。,孔隙、平率与屏蔽效能的大致关系：对于1GHz电磁波，想要达到,6,、低频磁场的屏蔽,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，可大幅度减小磁场影响。,与孔隙（波导）的宽度及深度有关：,7,、截至波导,截止频率：,当,时，,SE,大约为,27d/g,波导在不同宽度深度下的屏蔽效能：,显然孔是越窄、越深的,SE,越好,6、低频磁场的屏蔽采用高磁导率的合金材料（如非晶合金、坡莫合,8,、垫圈,采用良导体，用于填缝，能承受一定的挤压变形，抗腐蚀、经久耐用,.,(1),导电聚合物（形变小，难以使用）,(2),导电外包的聚合物（难以密封）,(3),金属网（不密封）,(4),弹簧夹指（,spring fingers,，铍铜合金材质，）,(5),导电密封圈,8、垫圈采用良导体，用于填缝，能承受一定的挤压变形，抗腐蚀、,EMCppt课件(屏蔽技术)解析,9,、可视组件的屏蔽,两种措施,(1),显示屏外部贴金属薄膜（铟锡氧化,物材质）,(2),内置金属网（类似军用笔记本屏幕）,贴合的屏蔽窗形式,导体垫圈,9、可视组件的屏蔽两种措施贴合的屏蔽窗形式导体垫圈,10,、通风孔的屏蔽,将通风孔做成两种形式：,(1),金属网格（类似蜂窝铝板）,(2),(,截至,),波导,11,、用喷漆或电镀的塑料,因为开模塑料美观轻便，所以时常使用，对这种情况，一般在塑料杯面喷涂导电材料，因为导电层厚度不可能太厚（微米级），实际效果不怎么样。,对于二类电器,(class II),，还可能增加静电放电（,ESD,）的可能性。,二类电器：这类电器采用双重绝缘或加强绝缘，没有接地要求。,12,、非金属屏蔽,如碳纤维或导电聚合物（导电塑料），但是无论如何其,SE,都不及金属的好。,10、通风孔的屏蔽将通风孔做成两种形式：11、用喷漆或电镀的,13,、屏蔽罩的安装,PEC,：平行接地导体,13、屏蔽罩的安装PEC：平行接地导体,14,、板级屏蔽,外屏蔽壳接地,PCB,走线滤波,接地层,常用,5,边形屏蔽盒,14、板级屏蔽外屏蔽壳接地PCB走线滤波接地层常用5边形屏蔽,Thank you!,Thank you!,