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1、第一章防电磁波干扰(EMI) 设计?电磁干扰 (EMI) 简介 EMI(Electro Magnetic Interference)即电磁干扰 , 是由家电、工业、科学、医疗及信息等产品发出之电磁波噪声. 此种电磁波干扰常常会使环境中的其它机器设备受到影响, 产生错误动作造成巨大损失. 因此一些先进国家都定了一些规章来管制, 比较重要的有美国的FCC(Federal Communication Commision) 、 西德的 VDE(Verband Deutscher Electrotechniker)以 及IEC( 国 际 电 子 技 术 委 员 会 ) 的CISPR(Comite Int
2、ernational Spe Ciai Des Perturbationss Dadioelectriques).而其管制程度 , 商业用的产品要符合CLASS A,一般家庭用的则要符合CLASS B 的要求 . 电磁波干扰的传播方式可分成辐射(Radiation)及传导(Coduction). 电磁波的形成结构电磁波波形圖一 . 電磁波雜訊傳送( B) 電源線傳導最大容許值Condvction Class B (A) 放射最大容許值Radiation Class A (A) 電源線傳導最大容許值Condvction Class A (B) 放射最大容許值Radiation Class B F
3、CC,VDE 及CISPR 之傳播及輻射在不同頻率下的容許 Db值, 如上下圖所示 . 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - 近场及远场电磁波在离波源/2 之距离 , 把电磁波分界为近场及远场(Near Field及Far Field),其电磁强度也不有同的表现. 第二章防止电磁干扰的对策?电气设备常会承受各类不同之电磁噪声, 其本身也会发生噪声, 辐射干扰其它电路,如下图 : 减低 EMI的方法如下表 : 名师资料总
4、结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - 項 目內 容零件選擇通常電子零件可減少 23dB電路Layout電路板PATTERN設計改變雜訊EILTER 之應用 電源的雜訊可采取 IOW PASS FILTER接地高頻回路采取多接地之原則CABLE采有屏蔽之 CABLECONNECTOR采用屏蔽之 CONNECTOR金屬殼塑膠殼表面導電材料處理 : 無電解電鍍 ,ZINCSPRAY, 鋁蒸鍍, 導電漆噴涂 , 以及用金屬箔貼附直接以導
5、電性塑膠料成型.外殼電路對策第三章电磁干扰屏蔽的一些基本方法外殼其它部份CABLECONNECTOR優點: 品質穩定 , 易量產缺點: 加工復雜 , 較重優點: 通氣性好 , 輕缺點: 接點不易處理 , 加工復雜優點: 屏蔽效果良好缺點: 只適合塑膠 , 不易遮蔽 , 有公害問題優點: 屏蔽性良好缺點: 附著性差 , 除非有良好前處理 , 且毒性強優點: 屏蔽性良好缺點: 真空機體積大 , 量產不易 , 附著性差優點: 屏蔽性良好 , 可用在復雜形狀 , 加工設備簡單可量產缺點: 復雜形狀的遮蔽 , 增加成本優點: 屏蔽效果可以不必二次加工缺點 :低成本 , 成型技術沿缺乏代表適合代表尚可導電
6、性表面處理導電塑膠金屬板 , 金屬箔(鋼板, 銅箔, 鋁箔, 馬口鐵)金屬綱無電解電鍍鍍鋅金屬蒸鍍導電漆噴涂方法特徵適用部份金屬导电性表面处理之考虑因素耐环境性温度、温度、老化及IMPACT 试验合乎 UL746C之规定包括黏着试验如下表, 结果必须在程度 4 以上 (5%以内 )名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - 导电性表面处理之表面电阴与屏蔽效果屏蔽效果与表面电阻 1.表面电阻之定义比电阻表面电阻 2.各式测量用
7、测定头第四章屏蔽效应分析概要定义电场之屏蔽效应磁场之屏蔽效应其中 : E1,H1是入射波长强度 E2,H2 是穿透波长强度屏蔽效应计算屏蔽效应 (Shielding Effectiveness) SE=R+A+B 式中 : R:反射衰减 : A:吸收衰减 : B:多次反射衰减 : 通常可忽略其中 , c是相对寻电系数, f是频率 ,p 是相对导磁系数, t是遮蔽这厚度材料相對導電系數( C)相對導磁系數 (P)C PC/P銀1.0511.051.05銅1.0011.001.00表三 各金屬之相關參數第五章防电磁干扰设计屏蔽层开口之影响屏蔽层如有孔洞等之开口会使感应屏蔽电流受到影响, 如下图所示
8、 :屏蔽层开口方式一为了使该电流顺畅, 可把长孔成多个小圆孔, 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - 如下图所示 : 屏蔽层开口方式二含排列孔的屏蔽有以下几个因素影响屏蔽效应孔最大直径 d 孔数 n 孔间距 c 屏蔽厚度 t 噪声源和孔之距离 r 电磁波频率 f 其中 d 、n、f 愈小愈好 , c 、f 、 r 愈大愈好 . 外壳间之接缝对屏蔽效应之关系必须保持导电性接触, 故不可喷到不导电漆. 接缝重迭宽度要比缝大
9、5 倍. 导电接触点间距要小于第六章电磁波兴环境的影响经由家电产品,信息通讯设备或电源线所产生的电磁场容易让人产生癌症的疾病. 电磁场所产生的辐射是由电场和磁场所组成的 , 但二种中 ,磁场对健康的影响相当大. 为了使居家环境对于电磁场的辐射暴露减到最低, 就需要改变生活方式使伤害减低到最少 . 一般家电产品的磁场强度平均都在5 milli Gauss以下 (1mG=100nT), 许多家电产品的测试值都小于1 milli Gauss,愈靠近电器产品或电线则磁场的强度愈高. 电场辐射是可以阻隔的, 但磁场辐射会穿过大部份的物质, 包括水泥和钢筋. 电视或终端机会发射多种不同的磁场辐射, 我们尽
10、量保持某一段距离 . 如能距荧光幕1.5 公尺以外的距离, 则磁场辐射会大大的降低 , 因为磁场辐射在计算机终端机的后面及两侧是最强的, 此一位置请避免靠近. 所有的微波炉都会放射微波射线, 而且变压器也会放射强度的磁场辐线, 但烹调后 , 微波辐射不会停留在食物或微波炉上. 距离电毯5 公分时 , 电毯所放射出来的磁场强度约在20 到 40 milli Gauss之间, 即使关cm5.120名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - -
11、- - - 掉电源仍然会有微量的磁场辐射产生, 除非拔掉插头 . 冷气机会产生很强的电流, 所以会有很强的磁场辐射量, 如果能保持 5尺以外之距离, 则磁场强度就会降低很多. 可拨调式的电子时锺所发射出来的磁场强度非常高, 必需保持5 尺以上的距离 . 数字显示的时锺出有磁场辐射量, 但磁场较弱 , 所以不要让电子时锺、时锺收音机或任何电器产品放在离自已很近的距离. 计算机终端机前的磁场亦有一定的磁场强度, 因此避免长期的暴露在终端机, 电动打字机和电毯等之磁场. 复印机和激光打印机经常产生相当强的磁场辐射. 员工对于这类的机器至少应该保持5 尺以上的距离 . 同时假如您的桌子是靠着墙壁或隔间
12、板, 必须注意墙壁或隔间板的另一边是否有计算机终端机、复印机或激光打印机之类的机器, 因为磁场辐射会穿透墙壁而使人暴露在其磁场辐射范围之中. 从行动电话发出的电力不强, 无线电话的电力比行动电话更小, 但是送话器因为和使用者的脑部 , 眼睛很贴近 , 所以除非在没有一般的有线电话时才使用行动电话. 根据瑞典国家职业健康研究院Dr. Kjell Hansson Mild博士的建议 , 下列十个法则可以将办公室里对于电磁场辐射的伤害减少到最低: 1. 购买极低频辐射(vlf)以及超低频辐射(elf)等低辐射量之终端机. 2. 减低在终端机前对于电磁场的暴露时间, 更要注意电磁场的强度. 3. 重新
13、设计 , 调整工作场所以降低终端机所发射之电磁场的强度. 4. 装置优良之护目镜于终端机前缘, 把终端机所发射之电场辐射及静电减到最低, 并装置磁场防护设备以降低磁场辐射量. 5. 移开工作场所不必要的电子设备如打字机、电子计算器、收音机等. 6. 将复印机和打印机置于一般工作场所的外缘, 而不要安置在工作场所旁边. 7. 尽可能将日光灯改为白热灯. 8. 安装办公室设备时要适当的接地. 9. 当不用计算机终端机、复印机、打印机时务必将电源关掉. 10. 考虑将 CRT的计算机终端机改为使用液晶显示的屏幕. 居住在高压电附近的居民罹患癌症的比例高于未暴露于高电压的2倍. 电源线的磁场强度决定于
14、电流而不是伏特数. 一个嵌入在电线杆上的变压器不见得有高强度磁场. 在高耸的大楼, 电线一般都藏在墙里, 但磁场辐射会穿过钢筋水泥. 家俱摆设如能远离高度磁场的壁面就可以减低磁场辐射的暴露了. 计算机终端机产生的静电急速吸收空气中的阴离子, 引起使用者头痛、 疲劳、晕眩等现象 ,对于高精密电子仪器, 静电亦将破坏其功能并减低使用年限. 低频或超低频辐射易导致脑部新陈代谢不正常, 造成内分泌失调, 容易产生焦虑、 压力感、易怒、痉挛、流产等病变, 对人体健康的威胁不容忽视. 第七章防电磁波材质不同材质及材质厚度对于频率的吸收有不同的效果. 由下图可以发现在同一厚度铁的吸收损的比铜的吸收损失大.
15、以 1000MHz的频率为基准,如果孔与孔的边缘距离超过15cm,则这种孔可视为是单一的孔径. 电磁波屏蔽 (Shielding)用之密封片是用在各种电子机器机壳的接合部位的空隙, 以防止电磁波漏出. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - 随着 CPU时锺波频率的高速化, 接合部位不容许有此微的空隙, 此时在开关部位的接合部份空隙 , 装填密封片做为屏蔽电磁波的对策. 密封片的材质形式如下: 密封片形式材 料金屬絲网將
16、金屬細絲編成圓筒狀而成, 金屬細絲的材料有鍍鋅銅 , 銅包鋼線( 鍍鋅銅 , 鋼) 等.彈性网矽橡膠或氯丁烯橡膠為蕊材, 外面編織金屬細絲而成 , 彈性, 復元性優越 , 兼備防塵 , 氣密效果 , 而且表面的金屬网確實與金屬面接觸 , 可維持極高的屏蔽效果.組合网由金屬网部份及氯丁烯海線體部份組合而成, 海線體部份組合而成, 海線體片面附有黏接劑 , 容易裝配 . 防塵, 氣密效果優越.多金屬絲橡膠矽橡膠中將金屬線按一定方向埋設, 是兼具電磁波屏蔽效果及防塵, 防濕, 氣密效果的復合型密封材料.碳橡膠矽橡膠中充填碳黑的汛用電磁, 屏蔽材料 , 耐熱, 耐候, 耐藥品性優越, 可以靠擠出或壓床
17、加工而做出種種形狀.手指形密封材料原料是鈹銅 , 彈性, 導電性優秀 , 對於門扉等頻於開關的部位, 出具有充分的耐久性及高電磁波屏蔽效果, 裝配方式有黏接帶方式, 夾扣方式 , 鉚釘方式等 , 簡便而確實 . 標准表面處理是光亮加工, 但出可進行各種電鍍加工.第八章如何抑制电磁波干扰在 进 行 适 合EMI规 格 的 机 器 设 计 时 , 必 须 明 确 了 解 是 什 么 样 的 规 格(CISPR,VDE,VCCI,FCC,MIL 等). 各个规格所限帛的频带及其级别不同, 因而其对策也不尽相同 . 防电磁波对策设计不是等到装置设计结束以后再来考虑其方法, 而应该在充分理解干扰噪声的发
18、生原理、 传播、辐射等原因 , 在设计工程开始初期就预期到EMI可能发生的问题,在试作阶段就发现问题的存在, 是终在试样上尽可能地全盘评价EMI 对策的效果 . 抑制 EMI 的发生 , 首先必须抑制其发生源, 然后再极力防止其感应到成为其传播、辐射天线的 I/O, 电源电缆上 , 并避免信号电缆和数据通过框体的缝隙附近. 这样就可以减少电路的直接辐射和从电缆, 框体缝隙的二次辐射. 来自数字 (Digital)设备的辐射有差动方式和共态方式二种. 差动方式辐射是由于在由电路导体形成的回路中流动的高频电流产生的, 这个回路起了辐射磁场的小天线作用. 该信号电流回路在电路动作中是必要的, 但为抑
19、制辐射 , 必须在设计过程中限制其大小. 共态方式射是当系统的某个部份的共态方式电位比真正的地线电位高时发生的, 当外部电缆与系统连接而被共态方式所驱动时, 即形成了辐射电场的天线. 共态方式辐是从电路结构或电缆发生的, 辐射频率由共态方式电位决定, 与电缆的差动方式信号不同 . 印刷电路板 (PWB)的设计为了抑制辐射, 必须最大限度把降低由信号电流形成的回路的面积 . 而必须注意的主要辐射源并不太多. 在电路图上将传输高频(500kHz) 周期性信号的全部轨迹找出来, 使其路径尽量短地配置组件, 并在驱动这高速周期性轨迹的组件附近个别地配置分流电容器. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎
20、下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - 削减共态方式辐射, 与差动方式时相同, 最好是限制信号的上升时间和频率. 为了降低辐射设计人员能控制的仅仅是共态方式电流而已. 其抑制方法为: 1. 使得驱动天线的源电压( 通常接地电压) 最小 . 2. 在电缆中串连插入共态方式扼流圈. 3. 将电流短路到接地( 系统接地 ) 上. 4. 屏蔽电缆 . 抑制共态方式辐射的第一步时最大限度地降低驱动天线的共态方式电压. 许多降低差动方式辐射的方也能同时降低共态方式辐射. 选择电子组件时, 要注意选择具有必要最小限度上升时间的组件,避免使波形不必要的锐化. 时锺速度若降低一半谐波的振幅将下降6dB,上升时间若长一倍, 振幅将下降12dB.显然放上升时间是抑制噪声发生源的有效手段. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -