Giới thiệu các điểm kiến ​​thức về che chắn điện từ EMI

Là một kỹ sư điện tử, tiếng ồn và bức xạ có ở khắp mọi nơi, và là một nhà thiết kế điện tử, cần phải có kiến ​​thức về che chắn điện từ EMI, những kiến ​​thức và giải pháp này sẽ được sử dụng rộng rãi để cải thiện thiết bị khỏi nhiễu điện từ bên ngoài.

Các phương trình của Maxwell cho thấy rằng bất cứ khi nào dòng điện chạy qua một dây dẫn, một từ trường sẽ được tạo ra và từ trường đó sẽ tạo ra một điện trường. Tính chất bức xạ của điện trường và từ trường gọi là hiện tượng phát xạ. Các bức xạ bức xạ này sẽ gây ra sự cố trong mạch hoặc toàn bộ bảng mạch in (PCB). Trong một mạch lý tưởng, tín hiệu do chính mạch phát ra chỉ bao gồm dòng điện và điện áp, nhưng trong thế giới thực, nhiễu là một vấn đề không thể tránh khỏi. Điều này xảy ra khi có bất kỳ nhiễu nào đối với tín hiệu mạch. Do tính chất của tín hiệu điện từ, không thể tránh được sự hiện diện của nhiễu, nhưng tác động của nó có thể được giảm thiểu đáng kể. Cần lưu ý rằng một thiết bị sẽ không bị ảnh hưởng bởi các thiết bị khác trong quá trình hoạt động, giống như một thiết bị sẽ không bị ảnh hưởng bởi các thiết bị khác, độ nhạy điện từ là khả năng hệ thống mạch vẫn hoạt động khi bị nhiễu. Độ nhạy này sẽ phụ thuộc vào mức độ tiếng ồn được áp dụng và các ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như ô tô, y tế, quân sự, v.v., có mức độ nhạy cảm từ tính khác nhau. Mọi mạch điện, thiết bị hoặc hệ thống phải được thiết kế phù hợp để giảm thiểu mức độ bức xạ sao cho chỉ nhạy cảm với mức độ trường điện từ cao.

chứng nhận EMC

Chứng nhận Tương thích Điện từ (EMC) là bước bắt buộc đối với bất kỳ sản phẩm nào được tung ra thị trường và mọi sản phẩm phải vượt qua bài kiểm tra EMC để đảm bảo rằng nó được lắp đặt mà không ảnh hưởng đến bất kỳ thiết bị nào khác (ví dụ: kiểm tra bức xạ) và ngay cả khi các hệ thống khác hiện diện xung quanh (ví dụ: kiểm tra độ nhạy).

Thông thường, các thiết bị điện tử được đặt trong vỏ bọc và vỏ kim loại rất tốt trong việc hạn chế che chắn điện từ, nhưng tương đối không hoàn hảo. Các lỗ hoặc khe xuất hiện ở phần tiếp giáp giữa PCB và vỏ và trường điện từ có thể đi qua chúng. Nói tóm lại, che chắn EMI là để che các lỗ hoặc khe này. Ngoài ra, có một vấn đề phổ biến trong nhiều thiết kế sản phẩm: Chứng nhận EMC chỉ được xem xét ở giai đoạn cuối của chu trình thiết kế, trong trường hợp đó, thiết kế tổng thể bị đóng băng ở giai đoạn này và các kỹ sư EMC không có chỗ để sửa đổi thiết kế sản phẩm . Giải các bài toán liên quan đến điện từ. Do đó, một bộ công cụ và hệ sinh thái hoàn chỉnh, mà không cần phải sửa đổi lại PCB, đóng một vai trò quan trọng trong việc che chắn EMI. Thu nhỏ và hiệu suất cao luôn là xu hướng toàn cầu trong việc phát triển các sản phẩm điện tử và PCB có thời gian tăng ngày càng ngắn hơn và các mạch kỹ thuật số ngày càng nhanh hơn. Thời gian tăng càng ngắn, băng thông càng lớn và đồng thời bước sóng càng nhỏ. Một số vấn đề phát sinh khi bước sóng trong mạch có thể so sánh với kích thước vật lý của PCB. Nếu các bước sóng này đủ nhỏ, chúng có thể ra bên ngoài và gây nhiễu cho các thiết bị khác. Các lỗ này có thể được đóng lại bằng tấm chắn EMI (nghĩa là bằng các vật liệu từ tính giúp che các lỗ nhỏ này và cải thiện hiệu ứng lồng Faraday của vỏ cơ khí).

Tính toán hiệu quả che chắn EMI và độ sâu của da

Vô số lá chắn EMI có các vật liệu và hình dạng khác nhau, nhưng nhìn chung mục tiêu cuối cùng là hạn chế các trường điện từ. Phần tử che chắn hoạt động như một rào cản chống lại bức xạ điện từ, trên thực tế, quá trình của phương pháp che chắn này có độ suy giảm rất lớn, điều này sẽ phụ thuộc vào sóng điện từ và vật liệu của phần tử che chắn. Khi sóng chạm vào vật liệu che chắn, hai sóng mới được tạo ra, phản xạ và truyền đi. Do đó, năng lượng của sóng tới sẽ bị tách thành hai sóng này. Thành phần được truyền là thành phần liên quan chính và sóng sẽ truyền qua vật liệu che chắn ra bên ngoài. Hiệu quả của tấm chắn sẽ quyết định khả năng làm suy yếu thành phần này. Độ sâu của lớp da là khoảng cách mà sóng có thể truyền đi trước khi biên độ của nó giảm xuống 1/e, một tham số phụ thuộc vào các yếu tố về độ thấm, tần số và điện trở suất của vật liệu và có thể được tính gần đúng bằng biểu thức sau:

Lưu ý: σ đại diện cho độ dẫn điện, μ đại diện cho độ thấm, F đại diện cho tần số

Mục đích của việc sử dụng vật liệu che chắn là để giảm thiểu biên độ của sóng sau khi nó đi qua. Do đó, điều cực kỳ quan trọng là chọn loại vật liệu thích hợp và độ dày t của nó để đảm bảo rằng tất cả các tần số của hệ thống đều bị suy giảm. Vật liệu che chắn thực hiện nhiệm vụ này tốt như thế nào phụ thuộc vào hiệu quả che chắn (SE) như sau:

Lưu ý: Thuật ngữ đầu tiên biểu thị suy hao phản xạ và thuật ngữ thứ hai biểu thị suy hao hấp thụ.

Các loại che chắn EMI Loại che chắn EMI phần lớn sẽ phụ thuộc vào loại sản phẩm, yêu cầu điện từ và điều kiện môi trường. Các tấm chắn EMI phổ biến nhất như sau: - Vòng đệm EMI - Băng che chắn EMI - kẹp kim loại - tủ được che chắn Vòng đệm EMI Vòng đệm EMI được sử dụng để che các lỗ siêu nhỏ không đều nhưng tồn tại giữa hai bề mặt cơ khí. Cải thiện kết nối mặt đất. Chúng có các phần dính và nhiều biên dạng nên có thể dễ dàng lắp vào các loại khớp nối cơ học khác nhau.

Băng che chắn EMI Băng EMC là lựa chọn đầu tiên khi bạn muốn đảm bảo rằng tất cả các microvia đều được bao phủ, nhưng không có nhiều không gian theo chiều dọc cho các tùy chọn như miếng đệm EMI. Những băng này có vật liệu dẫn điện cao (chẳng hạn như niken hoặc đồng) ở mặt trên và chất kết dính ở mặt kia.

Kẹp kim loại Bất kỳ thiết bị nào cũng cần một dây nối đất ngắn, rộng và thẳng, và nếu kết nối này không được thực hiện tốt, các đơn cực không mong muốn sẽ hình thành, tạo ra các trường điện từ bức xạ. Kẹp kim loại cải thiện kết nối này và tăng cường kết nối cơ khí. Tủ được che chắn Đối với các nguồn gây nhiễu như CPU, IC lưu trữ và mức tần số vô tuyến (RF), sử dụng tủ che chắn để che chắn riêng lẻ trên lớp PCB là một lựa chọn tuyệt vời.

Kết luận Tất cả các mạch đều phát ra bức xạ điện từ và dễ bị các mạch khác bức xạ. Đạt được các chứng nhận cần thiết để đưa sản phẩm của bạn ra thị trường có thể là một quá trình thử nghiệm khó khăn. Các hình thức và loại che chắn EMI khác nhau là cơ bản để giải quyết các vấn đề về EMI.