07.基础电路设计(七) EMC对策与雷击防护(6)

塑膠筐體具有以下特點: ※高設計自由度。 ※量產性佳。

因此塑膠外殼經常被當應用在電子產品，不過塑膠筐體對電磁噪訊無抑制效果，而且筐體內部的電路極易受外部電磁噪訊的影響。但不論是塑膠筐體或是金屬筐體，使用上必需注意下列事項:

(a).金屬筐體

※金屬筐體相互接合的場合，必需避免介面cable造成筐體之間發生電位差，同時儘量使信號頻率範圍的頻率低阻抗化(impedance)，具體方法是利用同軸cable與具備shield效果的twist cable的shield外皮， 全方位貼合於筐體內側，進行電磁屏蔽(shield)防護，如此一來金屬筐體對外部電磁噪訊就具備相當程度的防護效果。 ※避免內部電路產生的電磁噪訊洩漏至筐體外部。

常用手法是在機器的出入口部位進行filtering，此外也可以利用圖19所示的LC filter結構去除電磁噪訊。此種情況LC filter必需具備以下特性:

＊信號的頻率範圍內插入損失越少越好。

＊normal mode與common mode必需具備低減效應，為了發揮低減效應因此 cable與基板的接點附近，例如在connector裝設filter。 ＊輸入與輸出端的cable勿鄰近配線。

有關元件的特性使用上需注意的事項，如果是由數十MHz以上高頻filter構成的場合，由於電容與電感(inductance)會影響殘留電感(inductance)與浮游容量的特性，因此盡可能選用電容值與電感值較低的元件。

(b).塑膠筐體

※由於塑膠筐體對電磁噪訊無抑制效果，因此有關強化耐電磁噪訊特性，必需從印刷電路板的改善著手，具體改善改善項目如下所示:

? 強化ground單元。

? ground的電感(inductance)最小化。 ? loop面積最小化。

? 高頻部位的pattern導線最短化。 ? Decoupling Condenser的適宜化。

同時依照電子元件封裝設計的基礎原理與法則，強化並提高印刷電路板的耐電磁噪訊特性。

進入商品化之後卻無法通過EMI規範的場合，雖然可利用塗抹導電塗料，或是利用導電性塑膠作shield對策，不過廣泛進行材料與效果的檢討，卻是必要而且是非常重要的一環，即使最後結論是必需採行時，針對系統整體進行全盤性檢討，尋求成本效益最高的對策未嘗不是明智的抉擇。

屏蔽技巧

設於電磁噪訊環境非常複雜的機器介面cable，外來電磁噪訊經常在cable內結合，成為電路誤動作的原因，類似這種情況通常會使用具有shield效果的twist pair電線或是同軸cable。為了防止電磁噪訊干擾電子機器，理論上必需使信號線物理性的遠離噪訊源導體，然而事實上卻非常不易實現如此的要求，因此屏蔽技巧基本上乃是利用靜電shield、磁氣shield、電磁shield，遮斷外來的電磁噪訊保障電子機器。

①靜電shield(遮蔽電界)

靜電shield不會隨著時間發生變化，頻率很低的場合它可以有效遮蔽電界。具體方法是在應作屏蔽的電路周圍，設置與ground相同電位的導體防止靜電誘導，shield的兩端不可與ground連接，而是與clean的ground一端連接，如果將它與dirty的gro und連接時，該ground noise會作靜電結合，並侵入成為應作屏蔽的信號電路與導體。銅與鋁是典型的shield材料。

②磁氣shield(遮蔽磁界)

磁界有變化的地方若有導體，誘導電流就會流入該導體內，因此必需在磁界的某空間內設置高透磁性的磁性體，藉此收斂磁束減緩磁束對被誘導體的影響，值得一提的即使如此仍無法利用磁氣shield徹底消除磁束。磁氣shield不同於靜電shield，因此不需將shield材料與ground連接。常用的shield材料分別是透磁率極高的鐵與鐵鎳合(permalloy)。

③電磁shield(消耗電磁波)

由於在高頻電磁界良導體的屏蔽(shield)特性比磁性材料好，因此在有電磁界的空間內設置小阻抗(impedance)的導體，利用圖20所示的渦卷電流以反磁束作屏蔽(sh ield)。圖21是磁性材料與良導體對頻率的屏蔽(shield)特性，由圖可知頻率超過100kHz以上時，良導體的屏蔽(shield)特性比鐵鎳合金(permalloy)等磁性材料好。主要原因如上所述它是利用渦卷電流，以反磁束抵銷外部磁界，該特性尤其是頻率超過100kHz以上時更加突顯它的效果，而高頻電磁界就是根據這種動作原理發揮屏蔽效果。由於電磁屏蔽(shield)是使用良導體，它的一端作ground時便可同時兼具靜電屏蔽效應。

Twist pair電線與同軸cable

通常介面cable是使用Twist pair電線與同軸cable。外覆shield主要目的是屏蔽靜電，因此必需與ground連接，該shield對保持ground電位扮演重要角色，為防止高頻電流流入shield，所以必需作單點接地。如果shield兩端同時接地，會形成具大的ground loop，該ground loop若有鎖交的外部高頻電流時，高頻電流就會流入shield，shield電流因內部導體相互感應(inductance)，一旦在內部導體產生誘起電力的話，便成為發生障礙的原因，也就是說避免shield ground因單點接地形成loop的論點，成為目前非常盛行的「單點接地技術」的理論依據。

圖22是shield ground的基本方法。圖22(b)是兩端同時接地，如果在低頻時作兩端接地就會產生問題，亦即低頻的場合必需採用單點接地方式。如圖22(b)所示高頻的場合，如果能獲得圖中的關係式，頻率越高越能發揮單點接地的效果。

圖22 shield ground的基本方法

電源供給線產生的放射

幾乎所有的電子機器都會使用DC switching電源供應器，為了去除外部的傳導噪訊，同時防止switching內部產生的高頻switching噪訊，藉由AC電源cable洩漏至外部，因此通常會在switching電源的上游設置電源用line filter。為了使line filter能有效發揮功能，所以必需進行EMC對策。基本上line filter發揮最大效益，必需先作filter與AC電源以及負載端三者的整合。假設型錄上的filter輸出入終端特性為50Ω，不過由於實際應用時卻欠缺阻抗(impedance)整合的考量，因此要獲得與型錄記載相同的特性變得非常困難，也就是說要使line filter發揮最大效益，必需與元件廠商配合決定可與該電路整合的LC定數，依此定數選用合適的filter，除此之外還必需根據型錄記載的衰減特性，從眾多產品中找尋合適的filter，並實機封裝確認它的效果之後，決定filter的種類才是最有效的對策，因為大部份不整合的line filter幾乎都無法事先預測實際應用後的結果。

此外line filter封裝時必需注意下列要點:

※為防止輸出入配線發生電偶(couple)現象，因此不可將導體捆榜在一起。

※盡量縮短FG線的長度，並降低FG線的阻抗(impedance)，防止高頻噪訊流入機器內部 ※盡量縮短AC電源輸入線的長度。

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