EMI電磁シールドの知識ポイントの紹介

電子エンジニアとして、ノイズと放射はどこにでもあり、電子設計者として、EMI 電磁シールドに関する知識が必要です。これらの知識とソリューションは、外部電磁干渉から機器を改善するために広く使用されます。

マクスウェルの方程式は、導体に電流が流れるたびに磁場が発生し、その磁場によって電場が発生することを示しています。 電界および磁界の放射特性は、放射放出と呼ばれます。 これらの放射性エミッションは、回路またはプリント回路基板 (PCB) 全体に問題を引き起こします。 理想的な回路では、回路自体が発する信号には電流と電圧のみが含まれますが、現実の世界ではノイズは避けられない問題です。 これは、回路信号に障害がある場合に発生します。 電磁信号の性質上、ノイズの存在は避けられませんが、その影響は大幅に軽減できます。 デバイスが他のデバイスの影響を受けないのと同様に、デバイスは動作中に他のデバイスの影響を受けないことに注意する必要があります。 この感度は適用されるノイズ レベルに依存し、自動車、医療、軍事などのさまざまな用途では、磁化率が異なります。 すべての回路、デバイス、またはシステムは、放射レベルを最小限に抑えて高レベルの電磁界にのみ敏感になるように適切に設計する必要があります。

EMC認定

電磁適合性 (EMC) 認証は、製品を市場に出すための必須のステップであり、すべての製品は EMC テストに合格して、他の機器 (放射線テストなど) に影響を与えずに設置され、周囲に他のシステムが存在する場合でも合格する必要があります。 （例えば、感受性試験）。

通常、電子機器は筐体に収納されており、金属筐体は電磁シールドを制限するのに優れていますが、比較的不完全です。 PCB とハウジングの間の接合部に穴またはスロットが現れ、電磁界がそれらを通過できます。 つまり、EMI シールドはこれらの穴またはスロットを覆うことです。 さらに、多くの製品設計には共通の問題があります。EMC 認証は、設計サイクルの最終段階でのみ考慮されます。この場合、全体的な設計はこの段階で凍結され、EMC エンジニアは製品設計を変更する余地がありません。 . 電磁関連の問題を解決します。 したがって、PCB を再度変更する必要のないツールとエコロジーの完全なセットは、EMI シールドにおいて重要な役割を果たします。 小型化と高性能化は常に電子製品の開発における世界的な傾向であり、PCB の立ち上がり時間はますます短くなり、デジタル回路はますます高速になっています。 立ち上がり時間が短いほど、帯域幅は広くなりますが、同時に波長は短くなります。 回路内の波長が PCB の物理的寸法に匹敵する場合、特定の問題が発生します。 これらの波長が十分に小さい場合、外部に到達し、他の機器に干渉を引き起こす可能性があります。 これらの開口部は、EMI シールド (つまり、これらの小さな穴を覆い、機械的筐体のファラデー ケージ効果を改善するのに役立つ磁性材料) で閉じることができます。

EMI シールド効果と表皮深さを計算する

無数の EMI シールドがさまざまな素材や形状で提供されていますが、一般的に最終的な目標は電磁界を閉じ込めることです。 シールド要素は、電磁放射に対するバリアとして機能します。実際、このシールド方法のプロセスには、電磁波とシールド要素の材料に依存する巨大な減衰があります。 波がシールド材に当たると、2 つの新しい波が生成され、反射され、透過されます。 したがって、入射波のエネルギーはこれら 2 つの波に分割されます。 透過成分は重要な関連成分であり、波はシールド材を通過して外部に出ます。 シールドの有効性は、このコンポーネントを減衰させる能力を決定します。 表皮深さは、振幅が 1/e に減少する前に波が移動できる距離であり、材料の透磁率、周波数、および抵抗率の要因に依存するパラメーターであり、次の式で近似できます。

注: σ は導電率、μ は透磁率、F は周波数を表します。

シールド材を使用する目的は、通過後の波の振幅を最小限に抑えることです。 したがって、システムのすべての周波数が確実に減衰されるように、適切な材料タイプとその厚さ t を選択することが非常に重要です。 シールド材がこのタスクでどの程度うまく機能するかは、次のようにシールド効果 (SE) に依存します。

注: 第 1 項は反射損失を表し、第 2 項は吸収損失を表します。

EMI シールドのタイプ EMI シールドのタイプは、製品のタイプ、電磁要件、および環境条件に大きく依存します。 最も一般的な EMI シールドは次のとおりです。 - EMI ガスケット - EMI シールド テープ - 金属クリップ - シールド キャビネット アース接続を改善します。 粘着部分と多くのプロファイルがあるため、さまざまなタイプの機械的ジョイントに簡単に適合できます。

EMI シールド テープ EMC テープは、すべてのマイクロビアを確実にカバーしたいが、EMI ガスケットなどのオプション用の垂直方向のスペースがあまりない場合の最初の選択肢です。 これらのテープは、上部に高導電性材料 (ニッケルや銅など) があり、反対側に接着剤が付いています。

金属クリップ どのデバイスにも、短く幅の広いストレート アース ワイヤが必要です。この接続が適切に行われていない場合、不要なモノポールが形成され、放射電磁界が生成されます。 金属クリップはこの接続を改善し、機械的接続を強化します。 シールド キャビネット CPU、ストレージ IC、無線周波数 (RF) レベルなどの干渉源については、PCB 層の個別のシールドにシールド キャビネットを使用することをお勧めします。

結論 すべての回路は電磁放射を放出し、他の回路から容易に放射されます。 製品を市場に投入するために必要な認証を取得することは、骨の折れるテスト プロセスになる可能性があります。 さまざまな形式とタイプの EMI シールドは、EMI 問題を解決するための基本です。