電磁兼容器件的選擇

1、正確選擇和使用電磁兼容性元器件關(guān)鍵字： 電磁兼容性, 元器件, 選擇在復(fù)雜的電磁環(huán)境中，每臺電子、電氣產(chǎn)品除了本身要能抗住一定的外來電磁干擾正常工作以外，還不能產(chǎn)生對該電磁環(huán)境中的其它電子、電氣產(chǎn)品所不能承受的電磁干擾?；蛘哒f，既要滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電磁敏感度極限值要求，又要滿足其電磁發(fā)射極限值要求，這就是電子、電氣產(chǎn)品電磁兼容性應(yīng)當(dāng)解決的問題，也是電子、電氣產(chǎn)品通過電磁兼容性認(rèn)證的必要條件。很多企業(yè)在進(jìn)行產(chǎn)品電磁兼容性設(shè)計時，對于如何正確選擇和使用電磁兼容性元器件，往往束手無策或效果不理想，因此，很有必要對此進(jìn)行探討。模擬與邏輯有源器件的選用電磁干擾發(fā)射和電磁敏感度的關(guān)鍵是模擬與邏輯有源器件

2、的選用。必須注意有源器件固有的敏感特性和電磁發(fā)射特性。有源器件可分為調(diào)諧器件和基本頻帶器件。調(diào)諧器件起帶通元件作用，其頻率特性包括：中心頻率、帶寬、選擇性和帶外亂真響應(yīng)；基本領(lǐng)帶器件起低通元件作用，其頻率特性包括：截止頻率、通帶特性、帶外抑制特性和亂真響應(yīng)。此外還有輸入阻抗特性和輸入端的平衡不平衡特性等。模擬器件的敏感度特性取決于靈敏度和帶寬，而靈敏度以器件的固有噪聲為基礎(chǔ)。邏輯器件的敏感度特性取決于直流噪聲容限和噪聲抗擾度。有源器件有兩種電磁發(fā)射源：傳導(dǎo)干擾通過電源線、接地線和互連線進(jìn)行傳輸，并隨頻率增加而增加；輻射干擾通過器件本身或通過互連線進(jìn)行輻射，并隨頻率的平方而增加。瞬態(tài)地電流是傳導(dǎo)

3、干擾和輻射干擾的初始源，減少瞬態(tài)地電流必須減小接地阻抗和使用去耦電容。邏輯器件的翻轉(zhuǎn)時間越短，所占頻譜越寬。為此，應(yīng)當(dāng)在保證實現(xiàn)功能的前提下，盡可能增加信號的上升下降時間。數(shù)字電路是一種最常見的寬帶干擾源，其電磁發(fā)射可分為差模和共模兩種形式。為了減少發(fā)射，應(yīng)盡可能降低頻率和信號電平；為了控制差模輻射，必須將印制電路板上的信號線、電源線和它們的回線緊靠在一起，減小回路面積；為了控制共模輻射，可以使用柵網(wǎng)地線或接地平面，也可使用共模扼流圈。同時，選擇“干凈地”作為接地點也是十分重要的。表面安裝技術(shù)(SMT)是70年代末發(fā)展起來的新型電子裝聯(lián)技術(shù)，內(nèi)容包括表面安裝器件(SMD)、表面安裝元件(SMC

4、)、表面安裝印制電路板(SMB)以及表面安裝設(shè)備、在線測試等。電子整機(jī)應(yīng)用SMT最多的是計算機(jī)，其次是通訊、軍用、消費類電子產(chǎn)品。90年代SMT發(fā)展了一種新型電路基板，可用來制作多芯片組件MCM。目前片式集成電路的輸入輸出端口已增加到上百個，引腳的中心間距已減小到03毫米。目前表面安裝技術(shù)正在和微組裝技術(shù)互相交錯滲透。由于SMDSMC的超小型化，使基板焊區(qū)尺寸減小到I平方英寸以內(nèi)，無論電磁發(fā)射還是電磁敏感度問題，都可以得到很好的解決。電磁屏蔽材料的選用具有較高導(dǎo)電、導(dǎo)磁特性的材料可以用作屏蔽材料。常用的有鋼板、鋁板、鋁箔、銅板、銅箔等。也可以在塑料機(jī)箱上噴涂鎳漆或銅漆的方法實現(xiàn)屏蔽。屏蔽機(jī)箱的

5、屏蔽效能除了與所選屏蔽材料的導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率和厚度有關(guān)外，在很大程度上還依賴于機(jī)箱的結(jié)構(gòu)，即其導(dǎo)電連續(xù)性。任何實用的屏蔽機(jī)箱上都有縫隙，這些縫隙是由于屏蔽板之間臨時性搭接所造成的。由于縫隙的導(dǎo)電不連續(xù)性，在縫隙處會產(chǎn)生電磁泄漏。因此，對于永久性搭接，可以使用焊接的方法消除縫隙。如果使用鉚接或螺釘連接，間距必須足夠小。對于非永久性搭接，采用電磁密封襯墊等屏蔽材料則是十分有效的手段。1.電磁密封襯墊電磁密封襯墊是一中彈性好、導(dǎo)電性高的材料。將這種材料填充在縫隙處，能保持導(dǎo)電連續(xù)性，是解決縫隙電磁泄漏的好方法。在選用電磁密封襯墊時，需要熟悉以下特性參數(shù)：轉(zhuǎn)移阻抗 設(shè)襯墊和兩側(cè)屏蔽板的接合面上流過電流I

6、，而兩側(cè)屏蔽板之間的電壓為V，則轉(zhuǎn)移阻抗定義為ZrVI。轉(zhuǎn)移阻抗越低，則兩側(cè)屏蔽板之間的電磁泄漏越小，加襯墊后該縫隙的屏蔽效能越高。硬度 襯墊的硬度應(yīng)當(dāng)適中，硬度太低，易造成接觸不良，屏蔽效能較低；硬度太高，需要較大的壓力，給結(jié)構(gòu)設(shè)計造成困難。壓縮永久形變 襯墊只有在外力作用下發(fā)生一定的形變時，才有屏蔽作用。當(dāng)外力去掉后，襯墊不會完全恢復(fù)到原來的形狀，即發(fā)生了永久形變。當(dāng)然，襯墊的壓縮永久形變越小越好。襯墊厚度 襯墊的厚度應(yīng)能滿足接觸面不平整度的要求，利用其彈性，將縫隙填充滿，達(dá)到導(dǎo)電連續(xù)性的目的。常用的電磁密封襯墊有以下幾種類型：金屬絲網(wǎng)襯墊 用金屬絲編織成的彈性網(wǎng)套，為純金屬接觸，接觸電阻

7、低；但金屬絲在高頻時會呈現(xiàn)較大感抗，使屏蔽效能降低。所以只適用于l吉赫以下的頻率范圍。橡膠芯編織網(wǎng)套 將金屬絲編織的網(wǎng)套套在發(fā)泡橡膠芯或硅橡膠芯上，具有很好的彈性和導(dǎo)電性。導(dǎo)電橡膠襯墊 在硅橡膠內(nèi)填充金屬顆粒或金屬絲，構(gòu)成導(dǎo)電的彈性物質(zhì)。由于導(dǎo)電橡膠中的導(dǎo)電顆粒之間的容抗在高頻時會降低，因此，填充金屬顆粒在高頻時屏蔽效能較高。如果填充方向一致的金屬絲，還可以做到純金屬接觸，但由于金屬絲在高頻時呈現(xiàn)較大感抗，使屏蔽效能降低，所以填充金屬絲時只適用于低頻。鈹銅指形簧片 利用被銅良好的導(dǎo)電性和彈性，可制成各種指形簧片。由于純金屬接觸，直流電阻低，感抗又小，所以低頻和高頻時都具有較高的屏蔽效能。螺旋管

8、襯墊 用鍍錫被銅或不銹鋼做成 的螺旋管，具有良好的彈性和導(dǎo)電性，是目前屏蔽效能最高的襯墊。2導(dǎo)電化合物導(dǎo)電化合物包括各種導(dǎo)電膠和各種導(dǎo)電填充物等。環(huán)氧導(dǎo)電膠可用于金屬之間，金屬與非金屬之間，各種硬性表面之間的導(dǎo)電粘接?？纱婧稿a，完成微波器件引線連接；可修復(fù)印制板線路，可用于導(dǎo)電陶瓷粘接，天線元件粘接，玻璃除霜粘接，導(dǎo)電導(dǎo)熱粘接，微波波導(dǎo)部件粘接等。硅脂導(dǎo)電膠用于將彈性的導(dǎo)電橡膠粘接固定在金屬表面上，可應(yīng)用于航天、航空、軍用等電子設(shè)備中。導(dǎo)電填充物是一種高導(dǎo)電漿糊狀材料，用于無法加裝屏蔽襯墊的縫隙處，固化后仍保持彈性。3截止波導(dǎo)通風(fēng)板屏蔽機(jī)箱的通風(fēng)口及其它開口都是主要的電磁輻射源。采用開小孔或

9、加金屬絲網(wǎng)的方法都難以達(dá)到滿意的屏蔽效能。理論證明，當(dāng)金屬管截面尺寸滿足一定條件時，可以傳輸一定頻率范圍的電磁波，稱為波導(dǎo)管。而波導(dǎo)管存在一個截止頻率，當(dāng)頻率低于截止頻率時，電磁波被截止而不能傳輸。根據(jù)這個原理可以設(shè)計成截止波導(dǎo)管。截止波導(dǎo)通風(fēng)板由許多截止波導(dǎo)管依次排列組成，為了提高通風(fēng)效率，每個截止波導(dǎo)管的截面都設(shè)計為六角形，故又稱蜂窩狀通風(fēng)板。當(dāng)屏蔽效能要求很高時，可用兩塊截止波導(dǎo)通風(fēng)板構(gòu)成雙層通風(fēng)板。而通風(fēng)板材料的導(dǎo)電率是屏蔽效能的重要因素，采用高導(dǎo)電率材料或鍍層的通風(fēng)板可以得到高屏蔽效能。4導(dǎo)電玻璃和導(dǎo)電膜片顯示屏或顯示窗口既要滿足視覺要求，又要滿足防電磁輻射的要求，為此，可選用導(dǎo)電玻

10、璃實現(xiàn)屏蔽。導(dǎo)電玻璃可用兩塊光學(xué)玻璃中間夾金屬絲網(wǎng)構(gòu)成，金屬絲網(wǎng)的密度越大，屏蔽效能就越高，但透光性變得越差。導(dǎo)電玻璃也可由光學(xué)玻璃或有機(jī)玻璃表面鍍的金屬薄膜構(gòu)成。此外，還可以在透明聚脂膜片上鍍以金屬薄膜，制成柔性透明導(dǎo)電膜片。這種膜片的透光性可達(dá)70(80，而且膜片很薄，僅013mm，可以直接貼覆在常規(guī)玻璃或有機(jī)玻璃表面，特別適用于要求高透明度和中等屏蔽效能的儀表表盤、液晶顯示器、面板指示燈孔、彩色顯示器等部位。電磁干擾濾波器的選用實踐表明，即使對一個經(jīng)過很好設(shè)計并且具有正確的屏蔽和接地措施的產(chǎn)品，也仍然會有傳導(dǎo)干擾發(fā)射或傳導(dǎo)干擾進(jìn)入產(chǎn)品。濾波是壓縮干擾頻譜的一種有效方法，當(dāng)干擾頻譜不同于有

11、用信號的頻帶時，可以用電磁干擾濾波器將無用的干擾濾除。因此，恰當(dāng)?shù)剡x擇和正確地使用濾波器對抑制傳導(dǎo)干擾是十分重要的。從頻率選擇的角度出發(fā)，電磁干擾濾波器屬于低通濾波器，分為信號線濾波器和電源線濾波器等。1信號線濾波器信號線濾波器是用在各種信號線上的低通濾波器，用來濾除高頻干擾成分?？煞譃榫€路板濾波器、饋通濾波器和連接器濾波器等三種。線路板濾波器適合于安裝在線路板上，具有成本低、安裝方便等優(yōu)點；饋通濾波器適合于安裝在屏蔽殼體上，特別適用于單根導(dǎo)線或電纜穿過屏蔽體時使用；濾波器連接器適用于多根導(dǎo)線或電纜穿過屏蔽體時使用。濾波器連接器在外形上和尺寸上都和普通連接器相同，兩者完全可以互換。但濾波器連接

12、器的每個針或孔上都有一個低通濾波器，它的電路可以是單個電容的，也可以是L型或型的。選用信號線濾波器時，應(yīng)根據(jù)使用的場合，選擇濾波器的類型，根據(jù)濾波要求選擇濾波器的電路和性能指標(biāo)，為了保證信號頻率順利通過濾波器，濾波器的截止頻率應(yīng)高于信號頻率的上限。此外，還應(yīng)正確選擇濾波器的工作電壓、電流、溫度范圍等。在使用信號線濾波器時，最重要的是保證濾波器有良好的接地，接地線應(yīng)盡量短。濾波器外殼應(yīng)與屏蔽體有良好的電接觸，可以使用焊接方式或采用射頻電磁密封襯墊。新研制的濾波器陣列板是將濾波器制成微形器件，并排列成陣列，能快速安裝到電子產(chǎn)品的底板或隔斷上，以實現(xiàn)密封或隔離。2鐵氧體電磁干擾抑制元件鐵氧體是一種立

13、方晶格結(jié)構(gòu)的亞鐵磁性材料。它的制造工藝和機(jī)械性能與陶瓷相似，顏色為灰黑色。對于抑制電磁干擾用的鐵氧體，最重要的性能參數(shù)為磁導(dǎo)率和飽和磁通密度Bs。磁導(dǎo)率可以表示為復(fù)數(shù)，實數(shù)部分構(gòu)成電感，虛數(shù)部分代表損耗，隨著頻率的增加而增加。因此，它的等效電路為由電感L和電阻R組成的串聯(lián)電路，L和R都是頻率的函數(shù)。例如磁導(dǎo)率為850的鐵氧體，在10MHz時阻抗小于10，而超過l00MHz后阻抗大于100，使高頻干擾大大衰減。這樣，就構(gòu)成了一個低通濾波器。低頻時R很小，L起主要作用，電磁干擾被反射而受到抑制；高頻時R增大，電磁干擾被吸收并轉(zhuǎn)換成熱能。鐵氧體抑制元件廣泛應(yīng)用于印制電路板、電源線和數(shù)據(jù)線上。例如在印

14、制板的電源線入口端加上鐵氧體抑制元件，就可以濾除高頻干擾。鐵氧體磁環(huán)或磁珠專用于抑制信號線、電源線上的高頻干擾和尖峰干擾，它也具有吸收靜電放電脈沖干擾的能力。不同的鐵氧體抑制元件，有不同的最佳抑制頻率范圍。通常磁導(dǎo)率越高，抑制的頻率就越低。此外，鐵氧體的體積越大，抑制效果越好。在體積一定時，長而細(xì)的形狀比短而粗的抑制效果好，內(nèi)徑越小抑制效果也越好。但在有直流或交流偏流的情況下，還存在鐵氧體飽和的問題，抑制元件橫截面越大，越不易飽和，可承受的偏流越大。鐵氧體抑制元件應(yīng)當(dāng)安裝在靠近干擾源的地方。對于輸入輸出電路，則應(yīng)盡量靠近屏蔽殼的進(jìn)、出口處。安裝時還應(yīng)當(dāng)注意，鐵氧體元件易破碎，應(yīng)采取可靠的固定措施。3. 電源線濾波器電源線是電磁干擾傳入設(shè)備和傳出設(shè)備的主要途徑。為防止這兩種情況的發(fā)生，必須在設(shè)備的電源接口安裝電源線濾波器。它只允許電源頻率通過，而高于電源頻率的電磁干擾卻受到很大的衰減。電源線上的干擾以兩種形式出現(xiàn)，在火線、零線回路中的干擾為差模干擾，在火線、零線與地線回路中的干擾為共模干擾。雖然電源線濾波器對差模干擾和共模干擾都有抑制作用，但效果不一樣，應(yīng)分別給出兩者的插入損耗。除了特別說明允許不接地的濾波器外，所有電源濾波器都必須接地，因為濾波器中的共模旁路電容只有接地時才起作用。使用電源濾波器時，應(yīng)