本次我们就屏蔽材料的压缩量对辐射发射的影响举例分析。
1、现象描述
某产品为居住环境所用产品,辐射发射必须要求符合EN55022的 CLASS B限值。测试时发现,在120MHz附近有多个超标的频点,其幅频曲线如下图所示:
究竟是什么原因导致的呢?通常要会从以下方面去分析:
首先插拔线缆,测试辐射是否来自线缆。
如果不是来自线缆,可以用近场探头测试是否来自缝隙。
如果来自缝隙的话,就可以针对缝隙来解决超标问题了,如改变缝隙大小,保持缝隙处金属搭接良好。
还可以通过切断辐射源来解决问题,通过近场探头找到板卡中的辐射源,分析是Layout问题还是其它问题,并进行针对性整改,如前面介绍的晶振对辐射发射的影响。
2、原因分析
根据第一章节介绍的问题解决思路,首先拔去所有外接线缆,发现辐射结果依然和之前一样超标,所以可以判断辐射并非来源于线缆。
其次用近场探头进行探测发现,在该产品的模块安装处的辐射最大,其结构安装示意图如下所示:
在图中可以看出,模块和底板都是被屏蔽的,据了解底板与模块互联处也用导电胶条进行了屏蔽处理,并且导电胶条和底板的金属完全“360°”(注意此处360°加了引号)搭接。
理论上分析,这是一个很好的屏蔽设计,导电胶条的使用,使得模块的屏蔽体和底板的屏蔽体形成一个完整的屏蔽体。
既然已经是一个良好的屏蔽体,但是为什么用近场探头还是能够测得到辐射超标呢?
经过查看发现,导电胶条在两个屏蔽体(底板屏蔽体和模块屏蔽体)之间的搭接并不理想,存在阻抗不连续或者等效为结构意义上的缝隙。
改用较厚的导点胶条之后,辐射发射测试通过,说明原来的导电胶条在两个屏蔽体之间的压力不够,从而使得导电胶条的压缩量不够,搭接点压力和阻抗成负相关,如下图所示:
压力越大,阻抗越小,最后保持阻抗稳定。
两个屏蔽体搭接示意图如下所示:
导电胶条具有一定的可压缩性,从以上图中可以看出,在受到的压力较小时,肉眼很难看出是否有缝隙,用万用表也无法测试是否阻抗不连续(因为万用表测的是直流阻抗,在高频下的阻抗无法测得)。
搭接点的等效电路如下所示:
从等效电路可以看出,搭接点等效为电感、电阻、电容的串并联。
如果压缩量不够,存在一定的缝隙,在高频时,阻抗就会很大。
如下图所示,在搭接点之间有共模电流流过时,就会产生较大的共模电压,这个电压会驱动等效为天线的缝隙,从而形成共模辐射。
3、处理措施
处理措施中除了将导电胶条加厚增加在两个导体之间的压缩量之外,还可以在导电胶条厚度不变的情况下通过将底板PCB垫高来增加压缩量来实现,如下图所示:
那处了以上措施还有其它措施吗?
答案是肯定的,从EMC的三要素(骚扰源、传播路径、敏感设备)来分析,例如还可以通过分析辐射源,将根源消除,从根本上来消除辐射。
修改优化后的辐射频谱图如下,顺利通过。
4、思考和启示
经过上面的分析,我们可以得到如下启示:
使用导电胶条、泡棉、衬垫之类的屏蔽材料时,不但要保证接触面上的导电性良好(接触面去除所有漆), 而且还要保证屏蔽材料一定的压缩量,但是要注意材料的压缩限位问题,任何材料受到过量压缩时都会损坏。损坏后,弹性变得很差,也就相应地失去了密封作用。
使用屏蔽材料时,同时也要注意接触面的清洁,并防止材料的腐蚀。
否则,接触面的导电性降低,屏蔽效能也会相应地降低。
另外,衬垫与屏蔽体基体之间发生电化学腐蚀的一个必要条件是潮气和腐蚀性气体。因此, 防止腐蚀的一种方法就是用一层密封材料将衬垫与环境隔离开。
缝隙也等效为天线。
通常,搭接点之间的直流电阻要小于2mΩ,一个EMC观点上搭接良好的等电位系统,一定要保证等电位的任何两点间电阻小于 25 mΩ。