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將EMI/EMC控制在搖籃之中
將EMI/EMC控制在搖籃之中
 更新時(shí)間:2008-8-3 15:48:59  點(diǎn)擊數(shù):9
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個(gè)部分進(jìn)行制作,因此就會(huì)有縫隙需要接合,另外通常還得在屏蔽罩上打孔以便安裝與插卡或裝配組件的聯(lián)機(jī)。 設(shè)計(jì)屏蔽罩的困難在于制造過(guò)程中不可避免會(huì)產(chǎn)生孔隙,而且設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中還會(huì)需要用到這些孔隙。制造、面板聯(lián)機(jī)、通風(fēng)口、外部監(jiān)測(cè)窗口以及面板安裝組件等都需要在屏蔽罩上打孔,從而大大降低了屏蔽性能。盡管溝槽和縫隙不可避免,但在屏蔽設(shè)計(jì)中對(duì)與電路工作頻率波長(zhǎng)有關(guān)的溝槽長(zhǎng)度作仔細(xì)考慮是很有好處的。 2.2屏蔽設(shè)計(jì)關(guān)鍵

設(shè)備一般都需要進(jìn)行屏蔽,這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)本身存在一些槽和縫隙。所需屏蔽可通過(guò)一些基本原則確定,但是理論與現(xiàn)實(shí)之間還是有差別。例如在計(jì)算某個(gè)頻率下襯墊的大小和間距時(shí)還必須考慮信號(hào)的強(qiáng)度,如同在一個(gè)設(shè)備中使用了多個(gè)處理器時(shí)的情形,表面處理及墊片設(shè)計(jì)是保持長(zhǎng)期屏蔽以實(shí)現(xiàn)EMC性能的關(guān)鍵因素。

由于接縫會(huì)導(dǎo)致屏蔽罩導(dǎo)通率下降,因此屏蔽效率也會(huì)降低。要注意低于截止頻率的輻射其衰減只取決于縫隙的長(zhǎng)度直徑比,例如長(zhǎng)度直徑比為3時(shí)可獲得100 dB的衰減。在需要穿孔時(shí),可利用厚屏蔽罩上面小孔的波導(dǎo)特性;另一種實(shí)現(xiàn)較高長(zhǎng)度直徑比的方法是附加一個(gè)小型金屬屏蔽物,如一個(gè)大小合適的襯墊。上述原理及其在多縫情況下的推廣構(gòu)成多孔屏蔽罩設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

多孔薄型屏蔽層:多孔的例子很多,比如薄金屬片上的通風(fēng)孔等等,當(dāng)各孔間距較近時(shí)設(shè)計(jì)上必須要仔細(xì)考慮,接縫和接點(diǎn):電焊、銅焊或錫焊是薄片之間進(jìn)行永久性固定的常用方式,接合部位金屬表面必須清理干凈,以使接合處能完全用導(dǎo)電的金屬填滿。不建議用螺釘或鉚釘進(jìn)行固定,因?yàn)榫o固件之間接合處的低阻接觸狀態(tài)不容易長(zhǎng)久保持。

導(dǎo)電襯墊的作用是減少接縫或接合處的槽、孔或縫隙,使RF輻射不會(huì)散發(fā)出去。EMI襯墊是一種導(dǎo)電介質(zhì),用于填補(bǔ)屏蔽罩內(nèi)的空隙并提供連續(xù)低阻抗接點(diǎn)。通常EMI襯墊可在兩個(gè)導(dǎo)體之間提供一種靈活的連接,使一個(gè)導(dǎo)體上的電流傳至另一導(dǎo)體。

封孔EMI襯墊的選用必須考慮一些變量,包括:特定頻率范圍的屏蔽效率、安裝方法和密封強(qiáng)度、與外罩電流兼容性以及對(duì)外部環(huán)境的抗腐蝕能力、工作溫度范圍、成本,多數(shù)商用襯墊都具有足夠的屏蔽性能以使設(shè)備滿足EMC標(biāo)準(zhǔn),關(guān)鍵是在屏蔽罩內(nèi)正確地對(duì)墊片進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.3屏蔽材料的選擇

目前可用的屏蔽和襯墊產(chǎn)品非常多,包括鈹一銅接頭、金屬網(wǎng)線、嵌入橡膠中的金屬網(wǎng)和定向線、導(dǎo)電橡膠以及具有金屬鍍層的聚氨酯泡沫襯墊等。大多數(shù)屏蔽材料制造商都可提供各種襯墊能達(dá)到的SE估計(jì)值,但要記住SE是個(gè)相對(duì)數(shù)值,還取決于孔隙、襯墊尺寸、襯墊壓縮比以及材料成分等。襯墊有多種形狀,可用于各種特定應(yīng)用,包括有磨損、滑動(dòng)以及帶鉸鏈的場(chǎng)合。目前許多襯墊帶有粘膠或在襯墊上面就有固定裝置,如擠壓插入、管腳插入或倒鉤裝置等。

各類(lèi)襯墊中,涂層泡沫襯墊是最新也是市面上用途最廣的產(chǎn)品之一。這類(lèi)襯墊可做成多種形狀,厚度大于0.5 mm,也可減少厚度以滿足UL燃燒及環(huán)境密封標(biāo)準(zhǔn)。還有另一種新型襯墊即環(huán)境/EMI混合襯墊,有了它就可以無(wú)需再使用單獨(dú)的密封材料,從而降低屏蔽罩成本和復(fù)雜程度。這些襯墊的外部覆層對(duì)紫外線穩(wěn)定,可防潮、防風(fēng)、防清洗溶劑,內(nèi)部涂層則進(jìn)行金屬化處理并具有較高導(dǎo)電性。最近的另外一項(xiàng)革新是在EMI襯墊上裝了一個(gè)塑料夾,同傳統(tǒng)壓制型金屬襯墊相比,它的重量較輕,裝配時(shí)間短,而且成本更低,因此更具市場(chǎng)吸引力。

3信號(hào)通路的考慮

產(chǎn)生EMI需要許多變量的配合,因?yàn)镋MI是被動(dòng)組件正常狀態(tài)以外所衍生的結(jié)果。這些被動(dòng)組件在高頻的一些行為特性一般稱(chēng)之為"隱藏之電路"。硬件工程師一般假設(shè)這些組件有單一的頻率響應(yīng)。結(jié)果,其根據(jù)時(shí)域之功能特性來(lái)選擇組件,而不管在頻域里的實(shí)際表現(xiàn),很多時(shí)候,當(dāng)設(shè)計(jì)者彎曲或打破規(guī)則時(shí),很多EMI情況就產(chǎn)生了。

一旦了解到這些隱藏行為就很容易可以設(shè)計(jì)出一個(gè)能夠符合要求的產(chǎn)品了。同時(shí)也要考慮到主動(dòng)組件之切換速度所帶來(lái)之隱藏行為,其中隱藏著有電感、電容、電阻組件。

當(dāng)信號(hào)傳輸于電路板中的線路時(shí),介于電線之間的串?dāng)_是明顯的,在高速設(shè)計(jì)中只有接地線是不被所有信號(hào)所推薦,為確認(rèn)每一信號(hào)都擁有自己的返回路徑以降低串?dāng)_源。返回信號(hào)電流是依據(jù)個(gè)別路徑的電感,而流動(dòng)于所有接地路徑之間。于低電感線路中,會(huì)有更多的返回電流,而這些低電感線路被放于靠近信號(hào)線之處,但于外部路徑則較少。 與傳統(tǒng)的信號(hào)傳輸線相比較,傳統(tǒng)信號(hào)傳輸線僅有一條信號(hào)線,以及電流返回的地線,至于差分信號(hào)傳輸方式,則需有兩條信號(hào)線以及一條電流返回地線。信號(hào)差動(dòng)所衍生的信號(hào)返回電流問(wèn)題,不僅對(duì)于單一信號(hào)提供有低阻抗的路徑、并也會(huì)限制阻抗。

差分信號(hào)的理論相當(dāng)?shù)暮?jiǎn)單,當(dāng)傳輸兩個(gè)信號(hào)時(shí),將要傳送的信號(hào)加入于第二個(gè)信號(hào)之后,并使其等于第一個(gè)信號(hào)的負(fù)值,而來(lái)自于第一個(gè)信號(hào)是為正的;來(lái)自于第二個(gè)信號(hào)的返回電流卻是為負(fù)的。在接收端比較兩個(gè)信號(hào)以決定邏輯的極性,比較的過(guò)程中,需要一個(gè)不屬于本地的參考電壓,接地電壓的移位是介于傳送端與接收端之間,以使每一條線有效的等于不同的兩條線所形成的影響。若接地電壓移位于傳送器與接收器之間,可以使差動(dòng)接收無(wú)效。 當(dāng)有一差分信號(hào)經(jīng)由連接器傳送時(shí),應(yīng)保持相鄰腳位的連接,在此方法中,返回信號(hào)電流路徑將會(huì)被覆蓋及取消,也可以將線路緊密結(jié)合并移到印刷電路板之上,串音是來(lái)自于不同金屬路線,而它們會(huì)有著干擾的產(chǎn)生,并進(jìn)而產(chǎn)生EMI,這些均是產(chǎn)生于任何兩個(gè)不平衡的傳輸信號(hào)之間,我們稱(chēng)此不平衡為共模干擾。

若是以雙絞線的電纜來(lái)連接差分信號(hào)時(shí),可以將傳輸效能改進(jìn),在差分信號(hào)中包含所有于正、負(fù)信號(hào)間形成的閉回路的實(shí)際返回電流,在絞線對(duì)中有一個(gè)信號(hào)線,以及最接近于返回路徑所緊密絞合,當(dāng)有一信號(hào)傳遞延遲沿著絞線對(duì)時(shí),則有一磁場(chǎng)會(huì)來(lái)自于這不同極性對(duì),來(lái)自?xún)蓷l線的磁場(chǎng)有不同的極性,對(duì)于相同距離的磁場(chǎng)極性則決定于最近的線,當(dāng)這些線互相滾繞,則其磁場(chǎng)極性會(huì)反向,所產(chǎn)生的結(jié)果,為介于相鄰絞線對(duì)的串音是為零,并可確保絞線的電線有相同的方向。

使用絞線對(duì)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不同的傳輸時(shí)可以降低電磁場(chǎng)的發(fā)射,對(duì)于個(gè)別信號(hào)流中的大多數(shù)返回電流是在接地線,此是為取消輻射場(chǎng)圖像的方法之一。

在差分方式中,低電壓差分方式信號(hào)發(fā)送(LVDS)因不依賴(lài)電源電壓,在信號(hào)產(chǎn)生時(shí)可更快更穩(wěn)定,因此具有相當(dāng)優(yōu)勢(shì)。

低振幅的差分信號(hào)還可以改善高速狀態(tài)下的信號(hào)完整性,由于通信界對(duì)數(shù)據(jù)傳輸量的需求增大,更高的頻率和更大的位寬會(huì)引起傳輸線路的反射和串?dāng)_問(wèn)題。隨系統(tǒng)負(fù)載增加,系統(tǒng)的阻抗特性會(huì)改變并引起阻抗不匹配,從而造成傳輸線發(fā)送反射信號(hào),這些反射會(huì)造成位錯(cuò)誤或延長(zhǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)間,令速度增加時(shí)的時(shí)間分配更為困難。如LVDS等差分方式發(fā)送信號(hào)的技術(shù)能通過(guò)接受差分線路的共模噪聲而解決這個(gè)問(wèn)題,此外,較低振幅的差分技術(shù)可減少反射,因?yàn)榈碗妷赫穹軌蛳拗乒⿷?yīng)給傳輸線路的能量。

4電源需要采取的措施

電源設(shè)計(jì)選擇有助于降低EMI,尤其是濾波器、扼流線圈及控制器頻率的調(diào)變組件,都是降低攜帶型設(shè)備有害輻射的方法。

電源降低EMI的重要設(shè)計(jì)問(wèn)題是切換器的頻率調(diào)制。頻率調(diào)制可通過(guò)在更寬的頻率范圍分散能量而將EMI減至最小。與EMI降低量直接相關(guān)的是調(diào)制電平和調(diào)制速度。頻率調(diào)制可以使用經(jīng)濟(jì)的電感器而不是AC輸入扼流線圈,以滿足EMI極限和規(guī)范要求。

至于在濾波器方面,可以選擇單節(jié)或多節(jié),單節(jié)濾波器較小型且便宜,但可能出現(xiàn)電路寄生和組件寄生現(xiàn)象,此外,扼流器也是電源領(lǐng)域的重要考慮因素,電源包含橋式整流輸入濾波器,可吸收寬度相當(dāng)窄且峰值相對(duì)較高的電源頻率電流。差勁模式扼流器的最基本形式可以傳輸電源頻率同時(shí)過(guò)濾/阻隔高頻傳導(dǎo)發(fā)射的一系列電感器。通常,差動(dòng)模式扼流線圈纏繞在由鐵粉或鐵磁材料制成的螺線管蕊上。共模扼流線圈是設(shè)計(jì)用于共模EMI濾波器的簡(jiǎn)單電感器。這種扼流線圈由兩個(gè)繞制相同的繞組構(gòu)成,以消除差模電流引起的電磁場(chǎng),環(huán)形扼流線圈是減弱輻射最好的扼流線圈之一。圓環(huán)是一些環(huán)狀成型鐵蕊,帶有穿過(guò)環(huán)狀中心的線圈。磁場(chǎng)環(huán)繞鐵蕊的中央運(yùn)動(dòng),將磁場(chǎng)限制在鐵蕊的內(nèi)部。

當(dāng)一個(gè)EMI問(wèn)題發(fā)生時(shí),工程師應(yīng)在邏輯性之分析來(lái)探討問(wèn)題。描述EMI之模式須有三個(gè)元素:能量之源頭、被能量干擾之接受者、在源頭與接受者間之耦合路徑。



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