正确选择和使用电磁兼容性元器件

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在复杂的电磁环境中,每台电子、电气产品除了本身要能抗住一定的外来电磁干扰正常工作以外,还不能产生对该电磁环境中的其它电子、电气产品所不能承受的电磁干扰。或者说,既要满足有关标准规定的电磁敏感度极限值要求,又要满足其电磁发射极限值要求,这就是电子、电气产品电磁兼容性应当解决的问题,也是电子、电气产品通过电磁兼容性认证的必要条件

模拟与逻辑有源器件的选用

电磁干扰发射和电磁敏感度的关键是模拟与逻辑有源器件的选用。必须注意有源器件固有的敏感特性和电磁发射特性。

有源器件可分为调谐器件和基本频带器件。调谐器件起带通元件作用,其频率特性包括:中心频率、带宽、选择性和带外乱真响应;基本领带器件起低通元件作用,其频率特性包括:截止频率、通带特性、带外抑制特性和乱真响应。此外还有输入阻抗特性和输入端的平衡不平衡特性等。

模拟器件的敏感度特性取决于灵敏度和带宽,而灵敏度以器件的固有噪声为基础。

逻辑器件的敏感度特性取决于直流噪声容限和噪声抗扰度。

有源器件有两种电磁发射源:传导干扰通过接地线和互连线进行传输,并随频率增加而增加;辐射干扰通过器件本身或通过互连线进行辐射,并随频率的平方而增加。瞬态地电流是传导干扰和辐射干扰的初始源,减少瞬态地电流必须减小接地阻抗和使用去耦电容。

逻辑器件的翻转时间越短,所占频谱越宽。为此,应当在保证实现功能的前提下,尽可能增加信号的上升/下降时间。

数字电路是一种最常见的宽带干扰源,其电磁发射可分为差模和共模两种形式。

为了减少发射,应尽可能降低频率和信号电平;为了控制差模辐射,必须将印制电路板上的信号线、电源线和它们的回线紧靠在一起,减小回路面积;为了控制共模辐射,可以使用栅网地线或接地平面,也可使用共模扼流圈。同时,选择“干净地”作为接地点也是十分重要的。

表面安装技术(SMT)是70年代末发展起来的新型电子装联技术,内容包括表面安装器件(SMD)、表面安装元件(SMC)、表面安装印制电路板(SMB)以及表面安装设备、在线测试等。

电子整机应用SMT最多的是计算机,其次是通讯、军用、消费类电子产品。

90年代SMT发展了一种新型电路基板,可用来制作多芯片组件MCM。目前片式集成电路的输入/输出端口已增加到上百个,引脚的中心间距已减小到0.3毫米。目前表面安装技术正在和微组装技术互相交错和渗透。由于SMD/SMC的超小型化,使基板焊区尺寸减小到I平方英寸以内,无论电磁发射还是电磁敏感度问题,都可以得到很好的解决。

电磁屏蔽材料的选用

具有较高导电、导磁特性的材料可以用作屏蔽材料。常用的有钢板、铝板、铝箔、铜板、铜箔等。也可以在塑料机箱上喷涂镍漆或铜漆的方法实现屏蔽。

屏蔽机箱的屏蔽效能除了与所选屏蔽材料的导电率、导磁率和厚度有关外,在很大程度上还依赖于机箱的结构,即其导电连续性。任何实用的屏蔽机箱上都有缝隙,这些缝隙是由于屏蔽板之间临时性搭接所造成的。由于缝隙的导电不连续性,在缝隙处会产生电磁泄漏。因此,对于永久性搭接,可以使用焊接的方法消除缝隙。如果使用铆接或螺钉连接,间距必须足够小。对于非永久性搭接,采用电磁密封衬垫等屏蔽材料则是十分有效的手段。

1.电磁密封衬垫

电磁密封衬垫是一中弹性好、导电性高的材料。将这种材料填充在缝隙处,能保持导电连续性,是解决缝隙电磁泄漏的好方法。在选用电磁密封衬垫时,需要熟悉以下特性参数:

转移阻抗 设衬垫和两侧屏蔽板的接合面上流过电流I,而两侧屏蔽板之间的电压为V,则转移阻抗定义为Zr=V/I。转移阻抗越低,则两侧屏蔽板之间的电磁泄漏越小,加衬垫后该缝隙的屏蔽效能越高。

硬度 衬垫的硬度应当适中,硬度太低,易造成接触不良,屏蔽效能较低;硬度太高,需要较大的压力,给结构设计造成困难。

压缩永久形变 衬垫只有在外力作用下发生一定的形变时,才有屏蔽作用。当外力去掉后,衬垫不会完全恢复到原来的形状,即发生了永久形变。当然,衬垫的压缩永久形变越小越好。

衬垫厚度 衬垫的厚度应能满足接触面不平整度的要求,利用其弹性,将缝隙填充满,达到导电连续性的目的。

常用的电磁密封衬垫有以下几种类型:

金属丝网衬垫 用金属丝编织成的弹性网套,为纯金属接触,接触电阻低;但金属丝在高频时会呈现较大感抗,使屏蔽效能降低。所以只适用于l吉赫以下的频率范围。

橡胶芯编织网套 将金属丝编织的网套套在发泡橡胶芯或硅橡胶芯上,具有很好的弹性和导电性。

导电橡胶衬垫 在硅橡胶内填充金属颗粒或金属丝,构成导电的弹性物质。由于导电橡胶中的导电颗粒之间的容抗在高频时会降低,因此,填充金属颗粒在高频时屏蔽效能较高。如果填充方向一致的金属丝,还可以做到纯金属接触,但由于金属丝在高频时呈现较大感抗,使屏蔽效能降低,所以填充金属丝时只适用于低频。

铍铜指形簧片 利用被铜良好的导电性和弹性,可制成各种指形簧片。由于纯金属接触,直流电阻低,感抗又小,所以低频和高频时都具有较高的屏蔽效能。

螺旋管衬垫 用镀锡被铜或不锈钢做成 的螺旋管,具有良好的弹性和导电性,是目前屏蔽效能最高的衬垫。