Introducción a los puntos de conocimiento del blindaje electromagnético EMI

Como ingeniero electrónico, el ruido y la radiación están en todas partes, y como diseñador electrónico, es necesario tener conocimientos sobre el blindaje electromagnético EMI, y estos conocimientos y soluciones se utilizarán ampliamente para mejorar los equipos frente a las interferencias electromagnéticas externas.

Las ecuaciones de Maxwell muestran que siempre que la corriente fluye a través de un conductor, se crea un campo magnético y ese campo magnético crea un campo eléctrico. Las propiedades radiativas de los campos eléctricos y magnéticos se denominan emisiones radiativas. Estas emisiones radiadas causarán problemas en el circuito o en toda la placa de circuito impreso (PCB). En un circuito ideal, la señal emitida por el propio circuito solo incluye corriente y voltaje, pero en el mundo real, el ruido es un problema ineludible. Esto sucede cuando hay alguna perturbación en la señal del circuito. Debido a la naturaleza de las señales electromagnéticas, no se puede evitar la presencia de ruido, pero sus efectos se pueden reducir considerablemente. Cabe señalar que un dispositivo no se verá afectado por otros dispositivos durante el funcionamiento, al igual que un dispositivo no se verá afectado por otros dispositivos, la susceptibilidad electromagnética es la capacidad de un sistema de circuito para permanecer funcional cuando se altera. Esta sensibilidad dependerá del nivel de ruido aplicado, y las diferentes aplicaciones, como la automotriz, médica, militar, etc., tienen diferentes grados de susceptibilidad magnética. Cada circuito, dispositivo o sistema debe estar diseñado adecuadamente para minimizar los niveles de radiación de modo que solo sea sensible a niveles altos de campos electromagnéticos.

Certificación CEM

La certificación de compatibilidad electromagnética (EMC) es un paso obligatorio para que cualquier producto salga al mercado, y cada producto debe pasar una prueba de EMC para garantizar que se instala sin afectar a ningún otro equipo (por ejemplo, prueba de radiación) e incluso si hay otros sistemas presentes alrededor. (por ejemplo, prueba de sensibilidad).

Por lo general, los componentes electrónicos se alojan en gabinetes, y los gabinetes de metal son excelentes para limitar el blindaje electromagnético, pero son relativamente imperfectos. Aparecen agujeros o ranuras en la unión entre la PCB y la carcasa, y los campos electromagnéticos pueden pasar a través de ellos. En resumen, el blindaje EMI es para cubrir estos agujeros o ranuras. Además, existe un problema común en muchos diseños de productos: la certificación EMC solo se considera en la última etapa del ciclo de diseño, en cuyo caso el diseño general se congela en esta etapa y los ingenieros de EMC no tienen espacio para modificar el diseño del producto. . Resolver problemas relacionados con electromagnéticos. Por lo tanto, un conjunto completo de herramientas y ecología, sin necesidad de volver a modificar la PCB, juega un papel crucial en el blindaje EMI. La miniaturización y el alto rendimiento siempre han sido una tendencia mundial en el desarrollo de productos electrónicos, y las PCB tienen tiempos de subida cada vez más cortos y circuitos digitales cada vez más rápidos. Cuanto menor sea el tiempo de subida, mayor será el ancho de banda y, al mismo tiempo, menor será la longitud de onda. Ciertos problemas surgen cuando las longitudes de onda en el circuito son comparables a las dimensiones físicas de la PCB. Si estas longitudes de onda son lo suficientemente pequeñas, pueden llegar al exterior y causar interferencias con otros equipos. Estas aberturas se pueden cerrar con blindaje EMI (es decir, con materiales magnéticos que ayudan a cubrir estos pequeños agujeros y mejoran el efecto de jaula de Faraday del recinto mecánico).

Calcule la efectividad del blindaje EMI y la profundidad de la piel

Innumerables escudos EMI vienen en diferentes materiales y formas, pero en general, el objetivo final es confinar los campos electromagnéticos. El elemento de blindaje actúa como una barrera contra la radiación electromagnética, de hecho, el proceso de este método de blindaje tiene una gran atenuación, que dependerá de la onda electromagnética y del material del elemento de blindaje. Cuando las ondas golpean el material de protección, se generan, reflejan y transmiten dos nuevas ondas. Por lo tanto, la energía de la onda incidente se dividirá en estas dos ondas. El componente transmitido es el componente clave relevante, y la onda pasará a través del material de protección hacia el exterior. La eficacia del escudo determinará su capacidad para atenuar este componente. La profundidad de la piel es la distancia que puede viajar una onda antes de que su amplitud disminuya a 1/e, un parámetro que depende de factores de permeabilidad, frecuencia y resistividad del material, y puede aproximarse mediante la siguiente expresión:

Nota: σ representa conductividad, μ representa permeabilidad, F representa frecuencia

El propósito de usar material de protección es minimizar la amplitud de la onda después de que haya pasado. Por lo tanto, es extremadamente importante elegir el tipo de material adecuado y su espesor t para garantizar que se atenúen todas las frecuencias del sistema. El desempeño del material de blindaje en esta tarea depende de la efectividad del blindaje (SE) de la siguiente manera:

Nota: El primer término representa la pérdida por reflexión y el segundo término representa la pérdida por absorción.

Tipos de blindaje EMI El tipo de blindaje EMI dependerá en gran medida del tipo de producto, los requisitos electromagnéticos y las condiciones ambientales. Las pantallas EMI más comunes son las siguientes: - Juntas EMI - Cintas de protección EMI - Clips metálicos - Gabinetes blindados Juntas EMI Las juntas EMI se utilizan para cubrir microagujeros irregulares pero existentes entre dos superficies mecánicas. Mejorar la conexión a tierra. Tienen secciones adhesivas y muchos perfiles para que puedan encajar fácilmente en diferentes tipos de juntas mecánicas.

Cinta de blindaje EMI La cinta EMC es la primera opción cuando desea asegurarse de que todas las microvías estén cubiertas, pero no tiene mucho espacio vertical para opciones como juntas EMI. Estas cintas tienen un material altamente conductor (como níquel o cobre) en la parte superior y adhesivo en el otro lado.

Clips metálicos Cualquier dispositivo necesita un cable de tierra corto, ancho y recto, y si esta conexión no se hace bien, se formarán monopolos no deseados, que generarán campos electromagnéticos radiados. Los clips de metal mejoran esta conexión y fortalecen la conexión mecánica. Gabinetes blindados Para fuentes de interferencia como CPU, circuitos integrados de almacenamiento y niveles de radiofrecuencia (RF), es una excelente opción usar gabinetes blindados para blindaje individual en la capa de PCB.

Conclusión Todos los circuitos emiten radiación electromagnética y son fácilmente radiados por otros circuitos. Obtener las certificaciones necesarias para llevar su producto al mercado puede ser un proceso de prueba doloroso. Varias formas y tipos de blindaje EMI son fundamentales para resolver los problemas de EMI.