本次我們就屏蔽材料的壓縮量對輻射發射的影響舉例分析。
1、現象描述
某產品為居住環境所用產品,輻射發射必須要求符合EN55022的 CLASS B限值。測試時發現,在120MHz附近有多個超標的頻點,其幅頻曲線如下圖所示:
究竟是什么原因導致的呢?通常要會從以下方面去分析:
首先插拔線纜,測試輻射是否來自線纜。
如果不是來自線纜,可以用近場探頭測試是否來自縫隙。
如果來自縫隙的話,就可以針對縫隙來解決超標問題了,如改變縫隙大小,保持縫隙處金屬搭接良好。
還可以通過切斷輻射源來解決問題,通過近場探頭找到板卡中的輻射源,分析是Layout問題還是其它問題,并進行針對性整改,如前面介紹的晶振對輻射發射的影響。
2、原因分析
根據第一章節介紹的問題解決思路,首先拔去所有外接線纜,發現輻射結果依然和之前一樣超標,所以可以判斷輻射并非來源于線纜。
其次用近場探頭進行探測發現,在該產品的模塊安裝處的輻射最大,其結構安裝示意圖如下所示:
在圖中可以看出,模塊和底板都是被屏蔽的,據了解底板與模塊互聯處也用導電膠條進行了屏蔽處理,并且導電膠條和底板的金屬完全“360°”(注意此處360°加了引號)搭接。
理論上分析,這是一個很好的屏蔽設計,導電膠條的使用,使得模塊的屏蔽體和底板的屏蔽體形成一個完整的屏蔽體。
既然已經是一個良好的屏蔽體,但是為什么用近場探頭還是能夠測得到輻射超標呢?
經過查看發現,導電膠條在兩個屏蔽體(底板屏蔽體和模塊屏蔽體)之間的搭接并不理想,存在阻抗不連續或者等效為結構意義上的縫隙。
改用較厚的導點膠條之后,輻射發射測試通過,說明原來的導電膠條在兩個屏蔽體之間的壓力不夠,從而使得導電膠條的壓縮量不夠,搭接點壓力和阻抗成負相關,如下圖所示:
壓力越大,阻抗越小,最后保持阻抗穩定。
兩個屏蔽體搭接示意圖如下所示:
導電膠條具有一定的可壓縮性,從以上圖中可以看出,在受到的壓力較小時,肉眼很難看出是否有縫隙,用萬用表也無法測試是否阻抗不連續(因為萬用表測的是直流阻抗,在高頻下的阻抗無法測得)。
搭接點的等效電路如下所示:
從等效電路可以看出,搭接點等效為電感、電阻、電容的串并聯。
如果壓縮量不夠,存在一定的縫隙,在高頻時,阻抗就會很大。
如下圖所示,在搭接點之間有共模電流流過時,就會產生較大的共模電壓,這個電壓會驅動等效為天線的縫隙,從而形成共模輻射。
3、處理措施
處理措施中除了將導電膠條加厚增加在兩個導體之間的壓縮量之外,還可以在導電膠條厚度不變的情況下通過將底板PCB墊高來增加壓縮量來實現,如下圖所示:
那處了以上措施還有其它措施嗎?
答案是肯定的,從EMC的三要素(騷擾源、傳播路徑、敏感設備)來分析,例如還可以通過分析輻射源,將根源消除,從根本上來消除輻射。
修改優化后的輻射頻譜圖如下,順利通過。
4、思考和啟示
經過上面的分析,我們可以得到如下啟示:
使用導電膠條、泡棉、襯墊之類的屏蔽材料時,不但要保證接觸面上的導電性良好(接觸面去除所有漆), 而且還要保證屏蔽材料一定的壓縮量,但是要注意材料的壓縮限位問題,任何材料受到過量壓縮時都會損壞。損壞后,彈性變得很差,也就相應地失去了密封作用。
使用屏蔽材料時,同時也要注意接觸面的清潔,并防止材料的腐蝕。
否則,接觸面的導電性降低,屏蔽效能也會相應地降低。
另外,襯墊與屏蔽體基體之間發生電化學腐蝕的一個必要條件是潮氣和腐蝕性氣體。因此, 防止腐蝕的一種方法就是用一層密封材料將襯墊與環境隔離開。
縫隙也等效為天線。
通常,搭接點之間的直流電阻要小于2mΩ,一個EMC觀點上搭接良好的等電位系統,一定要保證等電位的任何兩點間電阻小于 25 mΩ。
