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        EMI(電磁干擾)對策

        大家好,我是廣元兄。很高興和大家分享信號完整性的相關知識。希望大家點贊,分享。有什么問題加微交流學習,微信號【SI_Basic】。

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        EMC的相關知識在之前的文章有寫過:電磁兼容(EMC)基礎知識-電源網 (dianyuan.com)

        產生EMI(電磁干擾)應采用的相應對策:傳導干擾可采取濾波方式,輻射干擾可采用屏蔽和接地等措施,這些方式可以大大提高產品的抵抗電磁干擾的能力,也可以有效地降低對外界的電磁干擾。經常聽說解決EMI三大解決方法:接地、濾波、屏蔽。

        接地

        產品的電路和設備外殼需要與一個公共參考點(一般為大地)相連。接地又可以細分為接安全地和接工作地。

        接安全地:產品設備的機殼、機座等,要與大地相接,設備即使存在漏電,也不影響人身安全。

        接工作地:信號的參考地平面,產品I/O端口接地等方式,就是接工作地,抑制信號干擾。

        針對產品的設計,接地有下面四種情況:

        ①單點接地與多點接地

        信號:工作頻率大于10MHz,建議采用多點接地,盡量降低地阻抗。如果采用單點接地,注意信號地長度≤1/20λ。

        有的資料提出電子設備是否選擇單點接地,主要取決于系統的工作信號頻率和接地線的長度,即其表征量L/λ。L/λ<=0.1時,選擇單點接地,單點接地的應用范圍一般在300kHz以下,在有些場合也可用在1MHz以下。

        線纜:線纜屏蔽層的長度以0.15λ為基準,盡量采用多點接地。一般屏蔽層按0.05λ或0.1λ間隔接地?;旌辖拥貢r,一端屏蔽層接地,一端通過電容接地。

        射頻:接地線盡量短,當地線長度是λ/4波長的奇數倍時,阻抗會很高,同時相當λ/4天線,向外輻射干擾信號。

        ②數字模塊與模擬模塊區分開,數字地與模擬地分開處理

        ③加粗接地線≥2mm,減小電流變化引起的噪聲

        ④接口的接地線閉環,縮小電位差值,提高抗噪聲能力

        濾波

        常見的濾波元器件是電容,電容常用的方式如下圖:

        電容的阻抗公式:

        高頻時,電容阻抗很小,高頻噪聲經過此就會短路到地。除了電容,還可以選擇濾波器,濾除信號線上不需要的高頻干擾成份,解決高頻電磁輻射與接收干擾。電源濾波器安裝位置應靠近電源線入口處,需要注意的是濾波器要保證良好接地。

        濾波的處理有以下四點:

        ①濾波電路的性能與阻抗匹配的關系很大,源端和負載失配越大,濾波器衰減電磁干擾的能力越強。一般情況下,開關電源表現為低阻抗,負載端設計為高阻抗。

        ②增減共模和差模電容,調整電容參數和線圈匝數。共模電容的容量越大,共模阻抗越小,共模騷擾抑制效果越好。

        ③傳導干擾的問題可選用低通濾波的方式。

        ④接口處既有濾波又有防護電路,應該遵從先防護后濾波的原則。

        屏蔽

        利用屏蔽體來阻擋或減小電磁能傳輸,可以抑制電磁干擾。屏蔽有兩個目的:

        ①防止內部電磁能量輻射泄露出某區域

        ②防止外部電磁能量輻射干擾進某區域

        衡量屏蔽效能的公式:

        E1,H1為無屏蔽體時的電場強度和磁場強度

        E2,H2為有屏蔽體時的電場強度和磁場強度

        高頻射頻屏蔽的關鍵是反射,低頻磁場屏蔽的關鍵是吸收。低頻的情況下,高電導率的材料吸收衰減少,對磁場屏蔽效果不好,需采用高磁導率的材料(如鍍鋅鐵)。磁場屏蔽還取決于厚度、幾何形狀、孔洞的線性尺寸。磁屏蔽要求高磁導率的材料做封閉的屏蔽體,為了讓渦流產生的磁通和干擾產生的磁通相消達到吸收的目的,對材料也有厚度的要求。

        ①屏蔽因素

        產品的機構設計中,機箱部分為了更好屏蔽電磁輻射,既能照顧到機箱的散熱需求,又能有效地防止電磁波的衍射,開孔尺寸一般不超過4mm。需要注意的問題是,對于磁場輻射源,孔洞在近場區的屏蔽效能與電磁波的頻率沒有關系,也就是說,很小的孔洞也可能導致較大的泄漏。這時影響屏蔽效能的一個更重要參數是孔洞到輻射源的距離。

        影響屏蔽因素:縫隙、開孔、電纜穿透等??卓p泄漏量的因素主要有兩個:孔縫面積和孔縫最大線度尺寸。關于屏蔽性能和孔洞的關系公式:

        SE:屏蔽效能(dB)

        L:孔洞的長度(mm)   

        H:孔洞的寬度(mm)    

        f:入射電磁波的頻率(MHz)

        如果L大于λ/2,則SE=0(dB)。這個公式計算的是最壞情況下(造成最大泄露的極化方向)的屏蔽效能,實際情況下屏蔽效能可能會更高一些。

        孔洞的問題,先要確定磁場的輻射源是不是在附近,再確定是需要通過重新結構設計還是縮小孔洞尺寸來解決。

        縫隙的問題,先檢查襯墊情況,再確定是通過安裝好相關襯墊還是密封縫隙的方式來解決泄露問題。

        電纜的問題,先用上鐵氧體磁環看看輻射有沒有改善,然后考慮增加磁環,最后考慮濾波器或屏蔽線纜來解決。

        ②屏蔽與散熱

        屏蔽和散熱是互相矛盾的,散熱孔一般是一組孔洞,利用風扇進行強迫對流,這些孔洞將會引起電磁泄漏,使屏蔽效果下降,孔洞越大,屏蔽效果越差。通常系統的外殼都配置了散熱孔,這種散熱孔會影響整個系統的屏蔽性能。

        Ei入射電場強度

        Et透射電場強度

        SE為0,無屏蔽效果。屏蔽的效果SE要滿足相關產品的要求。

        ③屏蔽處理

        屏蔽分兩種情況進行,一種是針對干擾源進行屏蔽,另一種為在耦合路徑上進行屏蔽。屏蔽干擾源是對輻射比較嚴重的芯片進行屏蔽,防止干擾源通過空間輻射影響到周邊敏感設備。在耦合路徑進行屏蔽處理是防止噪聲通過互連結構將噪聲放大,影響信號質量。需要注意的是屏蔽都要進行接地處理,盡量多點接地。常見的屏蔽處理方式:金屬罩屏蔽、銅箔屏蔽等。

        金屬罩屏蔽處理

        銅箔屏蔽處理

        在產品設計中,根據產品實際進行屏蔽設計,端口、通風孔、孔洞、連接縫隙的屏蔽性都是值得考慮的因素。要清楚產品所需的屏蔽性能,先要確定輻射源,明確頻率范圍,再根據各個頻段的互連結構,確定控制要素,進而選擇恰當的屏蔽材料,設計屏蔽殼體。

        聲明:本內容為作者獨立觀點,不代表電子星球立場。未經允許不得轉載。授權事宜與稿件投訴,請聯系:editor@netbroad.com
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