设计控制EMR和EMI的产品与屏蔽技术介绍

现代智能手机，吊舱，平板电脑和个人电脑不断改进的功能证明了设计师能够在更小的空间内完成更多工作。然而，随着硅几何尺寸变小，对噪声的敏感性会变得更高。例如，当试图通过天线恢复非常低电平的信号时，这是有问题的。除了提供对周围噪声的免疫力之外，设计人员还面临着抑制发射以满足严格的电磁辐射（EMR）和射频干扰（RFI）合规性规定的迫切需求。 1982年，除了排放标准之外，FCC还有权监管消费电子设备对EMR的敏感性。

本文介绍了可以保护敏感区域免受外界干扰并帮助设计人员控制排放水平的技术和产品。

问题

数字系统通常有许多时钟在运行。此外，设计人员更喜欢数字线条上清晰锐利的边缘（快速上升和下降时间），边缘越清晰，谐波就越多。很容易理解为什么在游戏频率如此之高的情况下，周围都会有辐射。时钟频率的1/4，1/2或者波长的信号路径成为天线，并且90度方向变化（例如印刷电路板上的过孔）也可以成为辐射点。

幸运的是，虽然我们设计中的时钟频率在数量和频率上都在增加，但逻辑电压水平一直在下降。由于辐射功率与电压摆幅成正比，从早期低频12 V CMOS逻辑电平到现代3.3至1.8 V逻辑电平的转换使得工程师在控制辐射功率方面的生活更加轻松。另一方面，这种祝福也可以证明是一种诅咒，因为较低级别的信号更容易受到噪声和本地来源的干扰。让我们来看看可以做些什么。

屏蔽组件

由于电磁能量可以被反射，定向或吸收，因此良好的设计技术和屏蔽可以提供帮助。法拉第笼是确保固体屏蔽的最佳技术。然而，很少有设计是自己的岛屿。相反，有输入，输出和用户界面。因此，坚固的笼子是最难实施的。

幸运的是，有几个精心设计的现成的屏蔽组件可供选择（图1）。诸如Laird BMI-S-105之类的板安装屏蔽具有各种尺寸和形状，可以容纳在我们的印刷电路板上。这些焊料焊接到电路板上并具有通气孔，以便在焊接过程中释气。剥离顶部覆盖物可在开发过程中进入，并在需要时电磁密封顶部（图2）。

图1：各种尺寸和形状焊接到PC板上以减弱EMI/RFI。

图2：剥离盖可以进行开发，并且可以用剥离和粘贴盖片完全密封。

除非使用固体外壳，否则某些信号将能够穿透和/或辐射。 Laird等制造商提供的衰减图表明了外壳衰减的频率和水平（图3）。有关更多信息，请访问Digi-Key网站上的EMI屏蔽设备和技术培训模块。

图3：衰减图提供了特定外壳展示的频率和电平。孔尺寸和图案会影响结果。

Würth的实心顶盖示例来自于其36003200 20 x 20 mm屏蔽顶盖。另一个有趣的方法来自Foto-Fab及其手工制作的镀锡板和黄铜标准RF屏蔽，例如2.0 X 3.0 X 0.50。

如果您需要制作自己的屏蔽外壳，那么RF配件可以使这项工作变得更加容易，包括安装在PC板上的手指，桌子和夹子。例如，诸如Harwin S1791-42R的弹性夹子可以为屏蔽组件提供保持力，同时提供屏蔽接地导电馈电。类似地，标准触点如Laird BMI-C-001提供弹簧加载的轴轮廓导电点。

这些类型的金属成型迷你笼和相关的连接技术通常用于要求苛刻的医疗，电信，CATV，遥测和雷达应用。上述产品还允许您使用标准的印刷电路板技术，并实现（有些）划分分区（图4）。

图4：可以在标准PC板上定义分区部分，以便控制每个阶段。

最坚固的法拉第笼式外壳用于安全的军事设计，特别是用于通信和加密。一种非常苛刻的分类称为Tempest，它采用分隔金属外壳和巧妙的几何布局来隔离功能阶段和控制信号流（图5）。每个敏感或潜在发射阶段都被完全包围。信号通过使用诸如馈通电容器之类的装置从一级传递到另一级。

图5：像Tempest设计中使用的那样坚固加工的隔间可以最好地防止排放物泄漏。直通组件允许信号进出，以及隔室之间。

Tusconix 4400-680LF等直通电容器允许您通过从级到级的互连来制作高通，低通，带通和陷波类型的滤波器。像2463-001-X5S0-471MLF这样的压合式无引线版本可用于更自动化的制造环境（图6）。

图6：可以将简单的直通电容器压入底盘或隔室壁，让信号通过屏蔽部分。

对于底盘分区，低噪音设计，这些类型的过滤器部件可减少排放和易感性，并采用含铅，无引线，转塔，钩，soldertail和压合配置。有关直通电容和滤波器的Tusonix培训模块可在Digi-Key网站上找到。

很少有设计需要这种级别的保护。对于大多数应用来说，更简单，成本更低，重量更轻的屏蔽材料和网格就足够了。

在某些情况下，只要网格尺寸小于所关注的波长，网格就可以非常有效地阻挡EMI/EMR。如果波长小于网孔开口尺寸，它将穿透，虽然处于衰减且稍微分散的水平。然而，并非每个网格都是相同的。硬件存储种类的金属丝网门型网状材料可以容易地获得并且成本低，但是它可能不具有专门用于屏蔽应用的材料的特性。更重要的是，这种材料随着老化而不稳定地破裂。

粘贴剂有或没有屏蔽外壳的有效技术是基于粘合剂的屏蔽材料。诸如Laird 3536-S之类的粘贴式屏蔽板由聚合物粘合剂中的磁性颗粒组成，其吸收50MHz至3GHz范围内的能量。 Laird 5206-S等高温版本的额定温度为-85°至250°F，重量轻且灵活。填缝剂类粘合剂和密封剂甚至可以为要求苛刻的分隔设计提供导电性（图7）。

图7：隔室屏蔽外壳可以使用导电粘合剂密封屏蔽组件并使其具有防风雨性。

除了成型的外壳和板材外，我们还可以使用垫圈，胶带，薄膜和丙烯酸树脂来安静地降低噪音节点，或者在恶劣和嘈杂的环境中保护低水平输入信号。

Laird 4245PA51H01800等导电弹性体和泡沫不仅可以防止排放/敏感性，还可以帮助吸收冲击和振动。

像TDK IRL02A 200X200X1这样的铁氧体材料也可以抑制冲击和磁入侵，就像Laird铁氧体片一样，专门设计用于RFID等应用（图8）。

图8：铁氧体屏蔽板的吸收特性可针对RFID的特定需求进行优化。

例如3M 1181 X 1“等通用铝箔胶带类型，在装配线地板上作为最终固定装置也非常有用。它们不仅可以密封成型屏蔽罩中的角落和孔径，还可以从关键区域带走热量。确保布置PCB以便能够接受这些修复，留下一点空间，没有粘合金属带的痕迹。