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从华硕主板看防EMI设计经验

嘉峪检测网        2023-08-10 09:25

电磁辐射其实就是无线电波,是我们既熟悉又陌生的东西。我们熟悉的收音机、电视和手机,它们和我们的生活紧密联系,这些都与电磁辐射有关。陌生是因为我们看不到摸不着。电磁辐射可以说无孔不入,有时候我们非常需要这个特点,例如广播、无线通讯。有时候却必须消除它,因为它们会互相干扰,产生我们不想要的结果。最简单的例子,比如说家用电器对电视图像的干扰相信每个人都曾经碰到。防止电磁辐射并不难,理论上只要把源头放在一个封闭接地的金属容器中就好了,这就是屏蔽。其实金属网也可以,但能否起作用还要看网孔大小和电磁辐射的波长,要解决这个问题需要比较复杂的计算和试验,这里就不多说了。
 
电路板设计
 
计算机是一个强大的电磁辐射发生器,内部的主板上混合了各种高频电路、数字电路和模拟电路,它们工作的时候会互相干扰,简称EMI(电磁干扰),要想将这些电路之间的电磁干扰完全做到隔离是绝对不可能的,因为无法把它们独立地“包”起来,只好采用其他办法来降低干扰的程度。金属导体可以传送干扰,它像天线一样,所以“断开”它是一个很有效的选择。以华硕主板的频率发生器电路部分为例(如图1),此部分工作频率很高也很复杂,产生大量无用的电磁辐射,因此需要“断绝”它与外界的联系。透过强光可以清晰地看到多层PCB主板中每层铜箔都完全断开(图1中发亮的一圈),说明该电路几乎完全与外界分离。“天线”断了,被一圈绝缘体包围,自然对外界的干扰会减小,同时在未断开处使用电容可以更进一步降低电磁辐射泄露,避免了不必要的信号到处乱跑。此设计明显地提高了高频工作时的稳定性,特别是主板上有好几处高频电路的时候。
 
图一
 
同时为了防止产生的无用电磁辐射外泄,华硕主板还在所有的输入输出部分做了这个设计,“断开”它们的“天线接头”,电磁干扰辐射会大大降低。图2是华硕主板输入输出部分的类似设计,用来隔绝电磁干扰借这些接口向外传送的道路,图中电路板上的亮线清晰可见。尤其是音频模拟电路部分,采用这个设计以后,大大改善了音频质量,否则会听到复杂的噪声。
 
 
图3是连接机箱开关和指示灯等开关的接口部分,想像那么多“天线”连在这里确实会发挥很大“作用”。从图中可以明显地看到透光线条包围了这部分,几乎断开了来自主板的电磁干扰,所以即使接上那些联线产生的影响也微乎其微了。
 
 
图4是华硕主板上USB输出接头处的类似设计,被屏蔽部分一目了然。
 
采用上述设计,有效地隔离了主板上高频电路之间的电磁干扰,增强了系统高频运行时的稳定性和可靠性,同时也阻止了主板产生的电磁干扰向外界传播。
 
机箱接口设计
 
上面是华硕主板在防止电子干扰辐射方面所采用的特殊电路设计,下面介绍一下华硕在防止电磁干扰辐射向机箱外部空间发散的措施。
 
我们知道,电脑机箱本身就是一个很好的屏蔽装置,但是不能完全密闭,电磁波会从机箱表面的开孔处传播出来。一般情况下这些开孔就是主板和外界最近的输入输出部分,如鼠标、USB口、并口、串口等。孔的大小决定了电磁干扰的泄露程度。如果电磁干扰辐射的波长为λ,则孔最大直径L小于λ/20的时候,电磁干扰辐射会明显的削弱。若是方形孔,L就是其对角线长度。
 
 
如图5所示,这是华硕主板USB输出接口部分,L1是方孔对角线长度,A、B、C、D是专门设计的4个金属片(实物如图6),它们与挡板接触后形成接地,方孔就被一分为二,对角线长度缩短为L2,因此阻止电磁干扰辐射的能力大大提升。
 
 
键盘接口也是如此,图7就是实物的照片,圈出的部分为翘起的金属片,也就是上面说到的ABCD接地点,翘起的部分可以和机箱良好地接地。
 
 
因为目前机箱的设计无法和主板输入输出口完全接触,会接地不良,因此华硕主板还附带了专用的挡板,如图8、9,圈出的部分是翘起的金属接触片,原理相同。把原来机箱上的挡板换成华硕主板附带的挡板,安装后红色区域的金属片会和主板上的输入输出部分很好地接地,进一步缩小L值,从而有效地屏蔽电磁干扰辐射。
 
 

以上谈到的两项设计在所有的华硕主板上都看得到,因此,采用华硕主板的电脑在电磁干扰辐射的屏蔽方面性能极佳。电磁干扰对我们的生活似乎影响不大,它看不见也摸不到,但是确实能够影响到周围电子设备的正常工作;主板设计的许多细节在许多人看来也未曾留意,但正是这些设计,使得我们的许多设备共同拥有一个更干净的使用空间。
 

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