Использование экранирования от электромагнитных помех для снижения излучаемых излучений в электронных конструкциях

Электронный шум повсюду. Как проектировщику, вам необходимо иметь под рукой все возможные инструменты, чтобы защитить свое оборудование от этого. Эта статья посвящена экранированию электромагнитных помех — инструментам, которые можно широко использовать для улучшения электромагнитного поведения вашего устройства и защиты его от внешних помех.

Согласно уравнениям Максвелла, каждый раз, когда по проводнику циркулирует электрический ток, создается магнитное поле. Кроме того, каждый раз, когда существует магнитное поле, существует и электрическое поле. Из-за излучаемого аспекта этих электрических и магнитных полей они широко известны какрадиационные выбросы.

Эти излучаемые излучения могут вызвать проблемы в схемах или на всей печатной плате (PCB). В идеальной схеме вы найдете только сигналы, ток и напряжение, создаваемые самой цепью. В реальном мире будет шум. Это происходит, когда сигнал одной цепи нарушается любым другим.

Из-за природы электромагнитных сигналов избежать присутствия шума невозможно, но можно значительно снизить его воздействие.

Крайне важно, чтобы устройство не влияло на других во время своего функционирования, так же, как важно, чтобы на устройство в свою очередь не влияли другие люди. Электромагнитная восприимчивость — это способность цепи или системы продолжать работать даже при воздействии помех. Эта восприимчивость будет определяться уровнем применяемого шума. В зависимости от применения — автомобильная, медицинская, военная и т. д. — допустимы разные уровни чувствительности.

Каждая цепь, устройство или система должны быть правильно спроектированы так, чтобы излучать как можно меньше с точки зрения выбросов и быть восприимчивыми только к электромагнитным полям высокого уровня.

Сертификация электромагнитной совместимости (ЭМС) является необходимым шагом для вывода на рынок любого продукта. Каждое изделие должно быть подвергнуто испытаниям на ЭМС, чтобы гарантировать, что оно не повлияет на другое оборудование при установке (т. е. испытание на выбросы) и что его работа будет нормальной даже при наличии других систем в окружающей зоне (т. е. тест на чувствительность).

Электронные конструкции обычно устанавливаются внутри корпусов. Металлические корпуса хорошо удерживают электромагнитные поля, но они не идеальны. Соединение между печатной платой и корпусом имеет отверстия или прорези, через которые могут проходить электромагнитные поля. Экранирование электромагнитных помех может удобно закрыть эти отверстия.

Более того, при проектировании многих продуктов существует общая проблема: сертификация ЭМС принимается во внимание только на последних этапах цикла проектирования. На этом этапе электромеханические конструкции замораживаются, и тогда у инженера по ЭМС почти нет возможности модифицировать продукт для решения электромагнитных проблем. По этой причине часто необходимо иметь набор инструментов для решения проблем с радиацией без модификации печатной платы. В таких ситуациях экранирование от электромагнитных помех играет ключевую роль.

Глобальная тенденция в электронике — быть маленькой и быстрой. На печатных платах появляется все больше и больше быстрых цифровых схем с очень коротким временем нарастания. Чем короче время нарастания, тем больше полоса пропускания и, следовательно, меньше длина волны. Проблемы возникают, когда длины волн, присутствующие в схемах, сравнимы с физическими размерами печатной платы. Если эти длины волн достаточно малы, они могут выходить наружу и создавать помехи другому оборудованию.

Эти отверстия можно закрыть с помощью экранирования электромагнитных помех, т. е. магнитного материала, который помогает закрыть эти небольшие отверстия и улучшить эффект клетки Фарадея механического корпуса.

Существует множество экранов от электромагнитных помех, все они изготовлены из разных материалов и форм. Однако все они преследуют одну и ту же цель: ограничить электромагнитные поля.

Экранирующие элементы действуют как барьер, блокирующий электромагнитное излучение. Этот процесс блокировки на самом деле представляет собой огромное затухание, которое зависит от частоты электромагнитной волны и материала экранирующего элемента.