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实用EMI噪讯对策讲座(12)—— 筐体与筐体内的导线

我爱方案网| EMI,噪讯,筐体与筐体内的导线| 2011-11-30
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中心议题:
    *  case主要目的
    *  case的遮蔽效果与接地
    *  case内的导线

本系列讲座共12篇,剩下6篇在文章最后:
实用EMI噪讯对策讲座(7)——失真
http://www.52solution.com/article/articleinfo/id/80010433
实用EMI噪讯对策讲座(8)——遮蔽Shield
http://www.52solution.com/article/articleinfo/id/80010434
实用EMI噪讯对策讲座(9)——Ground与电源
http://www.52solution.com/article/articleinfo/id/80010436
实用EMI噪讯对策讲座(10)——电源的噪讯
http://www.52solution.com/article/articleinfo/id/80010437
实用EMI噪讯对策讲座(11)——DC电源与Ground
http://www.52solution.com/article/articleinfo/id/80010438
实用EMI噪讯对策讲座(12)——筐体与筐体内的导线
http://www.52solution.com/article/articleinfo/id/80010439


收容电子电路的容器,名称五花八门例如case、筐体、frame等等,frame通常是指尺寸较大的容器,case是指体积比小可以轻易移动的容器,不过本讲座原则上一律使用case一词。 
 
case主要目的

case主要目的除了收容电子电路之外,还可以保护电子电路,许多场合case的表面设有显示器、操作开关,对用户显示信息,或是接受用户的操作等等,它可以发挥人机接口的功能。

噪讯对策时经常仰赖case遮蔽,它可以遮蔽来自外部的放射噪讯,同时防止放射噪讯泄漏到case外部。为了使case具备遮蔽(shield)效果,case必需使用导磁性材料,对低频磁气必需利用磁性体作磁性遮蔽。

遮蔽即使无法完全含盖遮蔽对象物,仍旧具有某种程度的遮蔽效果。为了达成完全的遮蔽,理论上要求完全包覆对象物,此时如果有孔穴的话,噪讯会从孔穴进出,然而实际上case完全无孔穴化却超过预期的困难,它要求非常严密的作业技巧。

电子电路几乎都整合在印刷基板上,case内的导线分成印刷基板内的印刷图案,与连接印刷基板之间的导线两种。

case的遮蔽效果与接地

case接地(本讲座将Ground与接地区隔使用)有两个目的,分别是:
1. case接地 → 防止触电保全为目的
2. 信号接地 →使Ground的电位更稳定为目的
case接地原本是高功率电子机器必要的措施,使用商用电源的电子机器,遇到商用电源超过一定基准时,有义务作case接地,此时必需根据接地工程基准进行接地工程,除此之外并无case接地的法规,case未接地具有下列效果:

以导电体完全包覆对象物,即使case未接地,对电磁波具体电磁遮蔽效果,如果case未接地,对静电放电就完全无效果。

case未接地case的电压上升可能会引发静电放电,由于静电放电属于强烈噪讯,因此针对遮蔽等目的作判断,认为不需要作case接地时,基于静电放电考虑仍旧必需作作case接地。此外只作部份导体包覆对象物时,如果不作case接地,就完全没有遮蔽效果。

case如果设有孔穴时会抵销遮蔽效果,然而case要达到完全无孔穴化,困难度经常却超过预期,如图1所示的case周围所有标示部位,它的效应与孔穴相同,尤其是钣金接合部位的数量比孔穴多,而且长度更长,这意味着钣金接合部位的问题比孔穴更严重。

然而实际上全部消除这些孔穴与钣金接合部位几乎不可能,例如堵塞通气孔会造成电子电路的热量无法排至case外部。所幸的是孔穴的长度如果很短时并不会造成问题,因为对应孔穴长度的波长,孔穴只会让短波长的电磁波通过,低通滤波器(Low Pass Filter)会阻止高频领域的电磁波。

由此可知适当选用孔穴长度与滤波器的cut-off频率,通过孔穴侵入case内部电子电路的噪讯,可以利用滤波器消除。必需注意的是门扇的隙缝、钣金接合部位即使很细小,有可能变成长孔穴。

如图2所示钣金接合部位形成导电性有效方法,使用遮蔽线亦即导电性垫片,门扇等可动部位则使用图3的Finger,通风孔等开口部位很大的场合,可以张贴金属网,根据笔者的经验Expanding meta(l图4)的效果比金属网好,主要原因是金属网的导线捻合部位的导电性不够充分,Expanding metal利用整片金属板冲压制成,因此Expanding metal的电磁波遮蔽效果比金属网好。
   
 

 



比孔穴更严重的是case有电气性浮动部位,尤其是电气导体未连接Ground的部位非常容易带电。浮动部位的天线效应会收集外部噪讯,当静电超过过一定电压时,会引发静电放电现象产生巨大的噪讯。

为了避免case出现浮动部位,常用的对策可以使用图5所示的方式。case的门扇容易形成浮动部位,设计上必需格外谨慎。

与case本体作电气性接合时,可以考虑使用图3所示的方式,必需注意的是门扇与case之间不可以制作长方形孔穴。
   
图6是case浮动部位范例。case表面的按键圆柱(rod)呈浮动状,由于圆柱裸露在case外部,它会收集case外部的噪讯散播至case内部,常用对策有两个,分别是将圆柱连接至Ground,或是改用塑料材质的圆柱。

浮动部位裸露在case外部是最糟糕的情况,即使裸露部位是在case内部也不好,必需作Ground,例如利用金属螺丝固定印刷电路基时,非常忌讳金属螺丝浮动,此时可以用Ground pattern使金属螺丝作Ground。
   
如上所述case具有遮蔽效果,必需使用导电性材料,只要导电性材料即使是金属箔片(图7)、塑料电镀金属薄膜、导电性塑料(图8)都能够获得充分的遮蔽效果。图9是金属网与金属板的遮蔽效果比较。

 

 





case内的导线

case内部的导线会产生微弱的噪讯,虽然case内部的导线排列不可以杂乱无章,不过即使导线整齐排列,噪讯对策上还是不够充分。

导线使用捻合对线(twist pair)在平衡上最理想,不过一般导线都是不平衡,不平衡的场合,导线必需尽量贴近信号的往、返线亦即Ground线,同时设法使导线的loop面积变成最小,藉此降低噪讯的被害与加害机率。

导线绘制成loop时如果呈现大面积时,表示导线的阻抗非常大,大导线阻抗噪讯对策上非常棘手,设计上必需尽避免。尤其是强噪讯加害性的导线,与高被害性的导线平行贴近排列最危险。

各导线采取直交方式被认为是最佳设计,不过确必需与有问题的导线贴近排列时,建议读者采用直交排列方式,最忌讳排列变成loop状,特别是loop相互重迭最危险(图10)。

导线数量很多的场合必需制作束线(Harness),相同束线内的导线尽量贴近形成并行线,噪讯加害性较大的导线,必需避免与容易成为噪讯被害的导线在相同束线内配置。此外相异束线不可以并行排列,尽量缩短束线的长度。
 
 

 

 
图11是复数Harness的排列方法,由图可知排列是否妥当取决导线缠绕方法。case内的Rack设置受到各种限制,不过连接器(connector)的位置与方向,大多根据导线是否顺利通行度决定。信号导线与电源/Ground导线之间布线,形成相同位置也很重要,尤其是AC电源导线与其它导线的分隔必需彻底遵循。


本系列讲座共12篇,剩下6篇在文章最前:
实用EMI噪讯对策讲座(1)——基础物理篇
http://www.52solution.com/article/articleinfo/id/80010427
实用EMI噪讯对策讲座(2)——信号模式
http://www.52solution.com/article/articleinfo/id/80010428
实用EMI噪讯对策讲座(3)——噪讯与电洞
http://www.52solution.com/article/articleinfo/id/80010429
实用EMI噪讯对策讲座(4)——平衡
http://www.52solution.com/article/articleinfo/id/80010430
实用EMI噪讯对策讲座(5)——天线与噪讯放射
http://www.52solution.com/article/articleinfo/id/80010431
实用EMI噪讯对策讲座(6)——反射
http://www.52solution.com/article/articleinfo/id/80010432
 

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