Introduction aux points de connaissance du blindage électromagnétique EMI

En tant qu'ingénieur électronicien, le bruit et les radiations sont partout, et en tant que concepteur électronique, il est nécessaire d'avoir des connaissances sur le blindage électromagnétique EMI, et ces connaissances et solutions seront largement utilisées pour améliorer les équipements contre les interférences électromagnétiques externes.

Les équations de Maxwell montrent que chaque fois qu'un courant traverse un conducteur, un champ magnétique est créé et que ce champ magnétique crée un champ électrique. Les propriétés radiatives des champs électriques et magnétiques sont appelées émissions radiatives. Ces émissions rayonnées causeront des problèmes dans le circuit ou dans l'ensemble de la carte de circuit imprimé (PCB). Dans un circuit idéal, le signal émis par le circuit lui-même ne comprend que le courant et la tension, mais dans le monde réel, le bruit est un problème incontournable. Cela se produit en cas de perturbation du signal du circuit. En raison de la nature des signaux électromagnétiques, la présence de bruit ne peut être évitée, mais ses effets peuvent être considérablement réduits. Il convient de noter qu'un appareil ne sera pas affecté par d'autres appareils pendant le fonctionnement, tout comme un appareil ne sera pas affecté par d'autres appareils, la susceptibilité électromagnétique est la capacité d'un système de circuit à rester fonctionnel lorsqu'il est perturbé. Cette sensibilité dépendra du niveau de bruit appliqué, et différentes applications, telles que l'automobile, la médecine, l'armée, etc., ont différents degrés de susceptibilité magnétique. Chaque circuit, appareil ou système doit être correctement conçu pour minimiser les niveaux de rayonnement afin qu'il ne soit sensible qu'aux niveaux élevés de champs électromagnétiques.

Certification CEM

La certification de compatibilité électromagnétique (CEM) est une étape obligatoire pour la mise sur le marché de tout produit, et chaque produit doit passer un test CEM pour s'assurer qu'il est installé sans affecter les autres équipements (par exemple, les tests de rayonnement) et même si d'autres systèmes sont présents autour (par exemple, test de sensibilité).

En règle générale, l'électronique est logée dans des boîtiers et les boîtiers métalliques sont excellents pour limiter le blindage électromagnétique, mais relativement imparfaits. Des trous ou fentes apparaissent à la jonction entre le PCB et le boîtier, et les champs électromagnétiques peuvent les traverser. En bref, le blindage EMI consiste à couvrir ces trous ou fentes. De plus, il existe un problème commun à de nombreuses conceptions de produits : la certification CEM n'est envisagée qu'à la dernière étape du cycle de conception, auquel cas la conception globale est gelée à ce stade, et les ingénieurs CEM n'ont aucune marge de manœuvre pour modifier la conception du produit. . Résoudre les problèmes liés à l'électromagnétisme. Par conséquent, un ensemble complet d'outils et d'écologie, sans qu'il soit nécessaire de modifier à nouveau le PCB, joue un rôle crucial dans le blindage EMI. La miniaturisation et les hautes performances ont toujours été une tendance mondiale dans le développement des produits électroniques, et les PCB ont des temps de montée de plus en plus courts et des circuits numériques de plus en plus rapides. Plus le temps de montée est court, plus la bande passante est grande, et en même temps plus la longueur d'onde est petite. Certains problèmes surviennent lorsque les longueurs d'onde dans le circuit sont comparables aux dimensions physiques du PCB. Si ces longueurs d'onde sont suffisamment petites, elles peuvent atteindre l'extérieur et provoquer des interférences avec d'autres équipements. Ces ouvertures peuvent être fermées avec un blindage EMI (c'est-à-dire avec des matériaux magnétiques qui aident à couvrir ces petits trous et améliorent l'effet de cage de Faraday de l'enceinte mécanique).

Calculer l'efficacité du blindage EMI et la profondeur de peau

D'innombrables blindages EMI sont disponibles dans différents matériaux et formes, mais en général, le but ultime est de confiner les champs électromagnétiques. L'élément de blindage agit comme une barrière contre le rayonnement électromagnétique, en fait, le processus de cette méthode de blindage a une atténuation énorme, qui dépendra de l'onde électromagnétique et du matériau de l'élément de blindage. Lorsque les ondes frappent le matériau de blindage, deux nouvelles ondes sont générées, réfléchies et transmises. Par conséquent, l'énergie de l'onde incidente sera divisée en ces deux ondes. La composante transmise est la composante clé pertinente et l'onde traversera le matériau de blindage vers l'extérieur. L'efficacité du bouclier déterminera sa capacité à atténuer cette composante. La profondeur de peau est la distance qu'une onde peut parcourir avant que son amplitude ne diminue à 1/e, un paramètre qui dépend des facteurs de perméabilité, de fréquence et de résistivité du matériau, et peut être approximé par l'expression suivante :

Remarque : σ représente la conductivité, μ représente la perméabilité, F représente la fréquence

L'utilisation d'un matériau de blindage a pour but de minimiser l'amplitude de l'onde après son passage. Par conséquent, il est extrêmement important de choisir le bon type de matériau et son épaisseur t pour s'assurer que toutes les fréquences du système sont atténuées. La performance du matériau de blindage sur cette tâche dépend de l'efficacité du blindage (SE) comme suit :

Remarque : Le premier terme représente la perte de réflexion et le second terme représente la perte d'absorption.

Types de blindage EMI Le type de blindage EMI dépendra largement du type de produit, des exigences électromagnétiques et des conditions environnementales. Les blindages EMI les plus courants sont les suivants : - Joints EMI - Rubans de blindage EMI - Clips métalliques - Armoires blindées Joints EMI Les joints EMI sont utilisés pour recouvrir des micro-trous irréguliers mais existants entre deux surfaces mécaniques. Améliorer la connexion au sol. Ils ont des sections collantes et de nombreux profils afin qu'ils puissent facilement s'adapter à différents types de joints mécaniques.

Bande de blindage EMI La bande CEM est le premier choix lorsque vous voulez vous assurer que toutes les microvias sont couvertes, mais que vous n'avez pas beaucoup d'espace vertical pour des options telles que les joints EMI. Ces rubans ont un matériau hautement conducteur (comme le nickel ou le cuivre) sur le dessus et adhésif sur l'autre côté.

Clips métalliques Tout appareil a besoin d'un fil de terre court, large et droit, et si cette connexion n'est pas bien faite, des monopôles indésirables se formeront, ce qui générera des champs électromagnétiques rayonnés. Des clips métalliques améliorent cette liaison et renforcent la liaison mécanique. Armoires blindées Pour les sources d'interférence telles que les processeurs, les circuits intégrés de stockage et les niveaux de radiofréquence (RF), c'est un excellent choix d'utiliser des armoires de blindage pour un blindage individuel sur la couche PCB.

Conclusion Tous les circuits émettent un rayonnement électromagnétique et sont facilement rayonnés par d'autres circuits. L'obtention des certifications nécessaires pour mettre votre produit sur le marché peut être un processus de test pénible. Diverses formes et types de blindage EMI sont fondamentaux pour résoudre les problèmes EMI.