EMC对策元件介绍-3

1EMC對策元件介紹主講人:姚啟元2EMC對策元件種類電容電感、鐵氧體磁環及磁珠(FerriteCore&Bead)電磁波吸波貼片銅箔及鋁箔彈片及導電泡棉地線及金屬屏蔽線導電漆及金屬片3電容的外觀電容是最常被用在EMC的對策中，其主要的好處是成本低廉、使用方便常見的電容元件4電容的特性電容在應用上的特性主要是高頻信號能夠導通而低頻信號則無法導通當頻率f愈大時，我們可以看到所得到的容抗則愈小此點表示高頻電流愈容易通過fCXC215電容器的種類及其有效頻率鋁電解電容：1KHz以下MP電容：100KHz以下Mylar電容：1MHz以下塑膠電容：10MHz以下(Mmylarcermaic)電容：數百MHz以下SMT電容：GHz以下6X及Y電容器X及Y電容是應用在AC電源濾波上使用由於電源大多是具有高電壓及大電流，所以其所使用的電容則必須有特別的要求對X及Y電容均要求符合IEC60384第二版表II之規定。7X及Y電容器外觀8X電容的配置9Y電容的配置10X電容所承受雷擊能量等級承受之雷擊能量ClassX12.5kVX14kVClassX2X22.5kVClassX3X31.2kV11X電容器使用容值的安規要求當X電容容值較高時，Safety要求插頭拔離電源後，1至2秒內之兩pin放電能量不能超出IEC之規定。IEC60065為0.7mA峰值約34V。一般不超過1uF的容值即可符合上述要求12Y電容所承受雷擊能量等級承受之雷擊能量ClassY18kV及雙重絕緣ClassY25kV及基本或補充絕緣ClassY32.5kV及基本或補充絕緣13Y電容器使用容值的安規要求當Y電容值較高時，Safety要求其與外殼之間的洩漏電流量，不得大於IEC各產品標準之規定。IEC60065為0.7mA峰值。一般不超過4700p的容值即可符合上述要求14電容抑制雜訊的應用由於電容對於高頻信號是短路導通，因此我們可以利用電容的這種特性，將信號上的高頻電流導到接地上，但是不影響到信號線的clock頻率。電容的作用是將高頻雜訊的能量導流到接地金屬上，因此其本身並不會衰減雜訊能量，而電容連接的接地大小就變成很重要。15電容作用的特性分類Bypass電容：濾除信號線上的高頻雜訊電容值：1000p-10p電容值的選擇必須注意是否會影響信號品質Decoupling電容：避免電源Vcc的雜訊耦合電容值：0.1uFBulk電容：提供CPU及IC元件穩壓的作用電容值：1uF-10uF在消耗電流較大的區域擺放16電容器的三種應用BypassDecouplingBulkSignalICVcc1uF-10uF+_Vcc17Bypass電容的容值與頻率Bypass電容30M100M300M1000M18X及Y電容的容值與頻率X及Y電容150k1M10M30M19電感的外觀20電感的特性電感在應用上的特性主要是高頻信號無法導通而低頻信號則可以通過當頻率f愈大時，我們可以看到所得到的感抗則愈大。此點表示高頻電流愈不容易通過。fLXL221電容與電感在高頻時的特性在高頻時電容與電感的作用會受到導線作用的影響，此時電容器不單只是有電容的效應，同時還存在了電阻(effectiveseriesresistor,ESR)和電感(effectiveseriesinductor,ESL)的作用電感器則不僅只有電感的作用，同時還存在了電容與電阻的效應22電容器的等效電路CR2R1LR1：損失電阻R2：洩漏電阻23電容器的共振頻率24電感器的等效電路CRLR：線圈中的電阻C：線圈中的電容25電感器的頻率限制由於電感內的電容效應在高頻時，C之阻抗值變低，容易形成並聯共振電路，有共振頻率之存在而有最高頻率之限制。因為電感的物理結構存在著電容效應，此點反而使得原本要抑制的高頻雜訊藉由電容效應而快速的導通，無法達到濾波的效果。在實際的對策中大多以磁珠或鐵氧體來取代電感。26鐵氧體的介紹與特性曲線使用高導磁係數的鐵鎂或鐵鎳合金磁性材質製成直流或是低頻不影響電流的損失高頻的雜訊能量會以電感的方式以熱能消耗損失鐵氧體(ferritecore)的特性是會依照頻率而改變其阻抗的大小，一般隨著頻率的增加而加大，一直到達飽和點的頻率。27磁珠(BeadCore)磁珠是以鐵氧體製作的濾波元件。常見磁珠的外觀28磁珠的應用時脈電路類比和數位之間的濾波I/O輸入輸出線路RF電路易受干擾的邏輯設備之間供電電路吸收靜電放電脈衝能量29鐵氧體與磁珠的選擇依照信號頻率大小及要濾除雜訊的頻率選擇。在所選擇要濾除的頻率上，阻抗值較大的鐵氧體或Bead其濾波效果會較好。由於受限於材質特性一般超過300MHz以上的頻率會有飽和的效應，因此對於超過300MHz以上的雜訊效果不佳。30SMDChipBeads的規格一般需注意的參數主要為阻抗大小和額定電流31CommonModeChoke的規格一般需注意的參數主要為阻抗大小和額定電流32鐵氧體抑制的效果鐵氧體的磁導率u值愈高，抑制效果愈好體積愈大，抑制效果愈好長而細的形狀比短而粗，抑制效果愈好內徑愈小，抑制效果愈好導線繞愈多圈，抑制效果愈好33鐵氧體磁環(FerriteCore)鐵氧體也是最常被用在EMC的對策中其主要的好處是濾除共模雜訊而不影響信號品質。常見鐵氧體的外觀34鐵氧體磁環的應用IO的電纜線AC及DC電源線PCB板上的所有連接線35共模電感36共模電感的濾波作用說明利用安培右手定則磁場產生電流，在Core的材質內以電感方式消耗。僅對於共模電流有效共模電流在環中的磁通相互疊加而具有大的電感量37安培右手定則的說明用右手握住導線，大拇指指向電流方向，其餘四指的方向則是磁場的方向38共模電感對於差模雜訊無效在差模信號上由於電流在導線所產生的磁通，在Core內相互抵銷而無法產生電感效應39信號線及AC電源線加Core40屏蔽線及電話線加Core41I/OConnector內建FerriteCore使用已有加FerriteCore的連接器42電感作用的特性分類電感：應用在傳導的低頻範圍電感值：1mH-10mHBead：應用在PCB的信號與IO腳位阻抗值：33-1000Ω阻抗值的選擇必須注意是否會影響信號品質FerriteCore：應用在產品內部及外部I/OCable通常對於300MHz以下的共模雜訊有效43電磁波吸波貼片44吸波貼片的應用近年來由於材料的更新與開發，而有吸波貼片的產品出現，利用多層次吸收型電磁屏蔽薄膜，由高導磁金屬及聚脂材質所製成，各家廠商所應用的材質與技術並不相同，其最高可達到3GHz以上的吸波效果主要可應用在產生高頻雜訊的CPU或IC元件上，以降低元件本體上所產生的輻射雜訊45吸波貼片的特性46金屬彈片彈片一般使用作為電路板或I/OPort的加強接地常見彈片類型47導電泡棉及導電布導電泡棉與導電布也是作為電路板或I/OPort的加強接地。48使用導電布作為電纜屏蔽亦可使用編織屏蔽網對於線束屏蔽。49使用鋁箔作為電纜屏蔽使用鋁箔層屏蔽網對於線束屏蔽。50彈片與導電泡棉的應用在使用彈片與導電泡棉時必須注意所接觸的兩面金屬必須有一定的壓力。通常選擇彈片或導電泡棉的高度為兩金屬面之間距離的1.3倍，高如此才能發揮密合導通的效果。51銅箔及鋁箔52銅箔的規格53鋁箔的規格54不同寬度的銅箔及鋁箔55銅箔及鋁箔的應用導電黏貼電磁波屏蔽接地靜電放電洩漏56銅箔及鋁箔應用的關鍵銅箔及鋁箔的使用上必須要注意其背膠的導電性，必須要使用有良好導電性背膠的銅箔。若銅鋁箔的背膠並不導電那麼雖然黏貼在金屬的兩面，但是無法跟金屬導通。使用前必須用三用電表測量背膠是否能夠有良好的導電性。57編織線和接地線編織線和接地線是常用來作為加強接地效果，降低接地阻抗使用，編織線也可作為導線屏蔽層58編織線和接地線的應用由於阻抗的關係，同樣一條導線信號愈高頻時其存在的阻抗則愈高。同樣的頻率愈粗的導線擇其阻抗愈低。為使得高頻雜訊能由接地線快速的導流到接地層或金屬面，必須盡量選擇線徑較大的導線。若使用編織網作為導線屏蔽時，必須注意在其兩端要能夠連接到接地點。59金屬屏蔽線對於某些會產生高頻雜訊的連接線可以使用金屬屏蔽線達到抑制雜訊輻射的效果60銅導線的阻抗D=6.54mmD=0.64mm頻率=1cm=10cm=1cm=10cm1KHz5.13μ51.4μ52μ5.29m10KHz174μ4.26m681μ8.89m10MHz174m4.26Ω428m7.14Ω100MHz1.74Ω42.6Ω4.28Ω71.4Ω1GHz17.4Ω426Ω42.8Ω714Ω註：μ=μΩm=mΩ61金屬板連接處加上金屬編織網62不佳的屏蔽線接地63不良的屏蔽線測試差異屏蔽不佳與良好屏蔽的測試結果比較64良好的屏蔽線接地設計65導電漆和金屬片對於許多塑膠機殼由於其對電磁波無法發揮屏蔽的效果因此必須採取導電漆和金屬片來加強66導電漆屏蔽效果的說明使用導電漆前後的測試結果67塑膠殼內使用導電漆屏蔽68接地金屬片的設計適當的接地金屬片可以加強電路板的接地不足對與兩層板的PCB更可有效降低雜訊69接地金屬片的I/O設計使用接地金屬片必須要注意金屬片要能與PCB的接地與I/O的接地密合導通70電源濾波器一般在AC電源的入口會加上電源濾波器以降低AC的雜訊71市售電源濾波器也可使用市售有鐵殼密封的AC電源濾波器，可避免空中雜訊的感應確保濾波效果72對策元件的應用關於對策元件的使用，一般要依照產品無法符合規格的實際狀況，找到問題的關鍵點，然後再挑選適當的對策元件應用由於每個產品的結構及造成雜訊的原因並不相同，無法都使用相同的對策，因此在修改對策的過程中必須要透過try&error的方式，逐步地找出問題點73對策修改工具箱常用的對策元件放在一個工具箱內方便使用