Introduzione ai punti di conoscenza della schermatura elettromagnetica EMI

In qualità di ingegnere elettronico, il rumore e le radiazioni sono ovunque e, in qualità di progettista elettronico, è necessario conoscere la schermatura elettromagnetica EMI e queste conoscenze e soluzioni saranno ampiamente utilizzate per migliorare le apparecchiature dalle interferenze elettromagnetiche esterne.

Le equazioni di Maxwell mostrano che ogni volta che la corrente scorre attraverso un conduttore, viene creato un campo magnetico e quel campo magnetico crea un campo elettrico. Le proprietà radiative dei campi elettrici e magnetici sono chiamate emissioni radiative. Queste emissioni irradiate causeranno problemi nel circuito o nell'intero circuito stampato (PCB). In un circuito ideale, il segnale emesso dal circuito stesso include solo corrente e tensione, ma nel mondo reale il rumore è un problema inevitabile. Questo accade quando c'è qualche disturbo al segnale del circuito. A causa della natura dei segnali elettromagnetici, la presenza di rumore non può essere evitata, ma i suoi effetti possono essere notevolmente ridotti. Va notato che un dispositivo non sarà influenzato da altri dispositivi durante il funzionamento, proprio come un dispositivo non sarà influenzato da altri dispositivi, la suscettibilità elettromagnetica è la capacità di un sistema circuitale di rimanere funzionante quando disturbato. Questa sensibilità dipenderà dal livello di rumore applicato e diverse applicazioni, come quelle automobilistiche, mediche, militari, ecc., hanno diversi gradi di suscettività magnetica. Ogni circuito, dispositivo o sistema deve essere adeguatamente progettato per ridurre al minimo i livelli di radiazione in modo che sia sensibile solo a livelli elevati di campi elettromagnetici.

Certificazione EMC

La certificazione di compatibilità elettromagnetica (EMC) è un passaggio obbligatorio per l'immissione sul mercato di qualsiasi prodotto e ogni prodotto deve superare un test EMC per garantire che sia installato senza influire su altre apparecchiature (ad es. test sulle radiazioni) e anche se sono presenti altri sistemi in giro (ad esempio, test di sensibilità).

In genere, l'elettronica è alloggiata in custodie e le custodie metalliche sono ottime per limitare la schermatura elettromagnetica, ma relativamente imperfette. Alla giunzione tra il PCB e l'alloggiamento compaiono fori o fessure e i campi elettromagnetici possono attraversarli. In breve, la schermatura EMI serve a coprire questi fori o fessure. Inoltre, c'è un problema comune in molti progetti di prodotto: la certificazione EMC viene presa in considerazione solo nell'ultima fase del ciclo di progettazione, nel qual caso il progetto complessivo viene congelato in questa fase e gli ingegneri EMC non hanno spazio per modificare il progetto del prodotto . Risolvere problemi relativi all'elettromagnetismo. Pertanto, un set completo di strumenti ed ecologia, senza la necessità di modificare nuovamente il PCB, gioca un ruolo cruciale nella schermatura EMI. La miniaturizzazione e le alte prestazioni sono sempre state una tendenza globale nello sviluppo di prodotti elettronici e i PCB hanno tempi di salita sempre più brevi e circuiti digitali sempre più veloci. Più breve è il tempo di salita, maggiore è la larghezza di banda e allo stesso tempo minore è la lunghezza d'onda. Alcuni problemi sorgono quando le lunghezze d'onda nel circuito sono paragonabili alle dimensioni fisiche del PCB. Se queste lunghezze d'onda sono abbastanza piccole, possono raggiungere l'esterno e causare interferenze con altre apparecchiature. Queste aperture possono essere chiuse con schermatura EMI (ovvero con materiali magnetici che aiutano a coprire questi piccoli fori e migliorano l'effetto gabbia di Faraday dell'involucro meccanico).

Calcola l'efficacia della schermatura EMI e la profondità della pelle

Innumerevoli schermature EMI sono disponibili in diversi materiali e forme, ma in generale l'obiettivo finale è quello di confinare i campi elettromagnetici. L'elemento schermante funge da barriera contro le radiazioni elettromagnetiche, infatti, il processo di questo metodo di schermatura ha un'enorme attenuazione, che dipenderà dall'onda elettromagnetica e dal materiale dell'elemento schermante. Quando le onde colpiscono il materiale schermante, vengono generate, riflesse e trasmesse due nuove onde. Pertanto, l'energia dell'onda incidente sarà divisa in queste due onde. Il componente trasmesso è il componente chiave rilevante e l'onda passerà attraverso il materiale schermante verso l'esterno. L'efficacia dello scudo determinerà la sua capacità di attenuare questa componente. La profondità della pelle è la distanza che un'onda può percorrere prima che la sua ampiezza scenda a 1/e, un parametro che dipende da fattori di permeabilità del materiale, frequenza e resistività, e può essere approssimato dalla seguente espressione:

Nota: σ rappresenta la conduttività, μ rappresenta la permeabilità, F rappresenta la frequenza

Lo scopo dell'utilizzo di materiale schermante è ridurre al minimo l'ampiezza dell'onda dopo che è passata. Pertanto, è estremamente importante scegliere il tipo di materiale appropriato e il suo spessore t per garantire che tutte le frequenze del sistema siano attenuate. Quanto bene il materiale di schermatura si comporta in questo compito dipende dall'efficacia di schermatura (SE) come segue:

Nota: il primo termine rappresenta la perdita per riflessione e il secondo termine rappresenta la perdita per assorbimento.

Tipi di schermatura EMI Il tipo di schermatura EMI dipende in gran parte dal tipo di prodotto, dai requisiti elettromagnetici e dalle condizioni ambientali. Le schermature EMI più comuni sono le seguenti: - Guarnizioni EMI - Nastri di schermatura EMI - Clip metalliche - Armadi schermati Guarnizioni EMI Le guarnizioni EMI vengono utilizzate per coprire microfori irregolari ma esistenti tra due superfici meccaniche. Migliorare la connessione a terra. Hanno sezioni appiccicose e molti profili in modo che possano adattarsi facilmente a diversi tipi di giunti meccanici.

Nastro di schermatura EMI Il nastro EMC è la prima scelta quando si desidera assicurarsi che tutte le microvia siano coperte, ma non si dispone di molto spazio verticale per opzioni come le guarnizioni EMI. Questi nastri hanno un materiale altamente conduttivo (come nichel o rame) sulla parte superiore e adesivo sull'altro lato.

Fermagli metallici Qualsiasi dispositivo necessita di un filo di terra corto, largo e diretto e, se questo collegamento non viene eseguito correttamente, si formeranno monopoli indesiderati, che genereranno campi elettromagnetici irradiati. Le clip metalliche migliorano questa connessione e rafforzano la connessione meccanica. Armadi schermati Per fonti di interferenza come CPU, circuiti integrati di archiviazione e livelli di radiofrequenza (RF), è una scelta eccellente utilizzare armadi schermati per la schermatura individuale sullo strato PCB.

Conclusione Tutti i circuiti emettono radiazione elettromagnetica e sono facilmente irradiati da altri circuiti. Ottenere le certificazioni necessarie per portare il tuo prodotto sul mercato può essere un doloroso processo di test. Varie forme e tipi di schermatura EMI sono fondamentali per risolvere i problemi EMI.