pc产品测试与设计原则

1、講師講師: :王良津王良津 經理經理第一章 防電磁波干擾(EMI)設計 電磁干擾(EMI)簡介 EMIEMI(Electro Magnetic Interference)(Electro Magnetic Interference)即電磁干擾即電磁干擾, ,是由是由家電、工業、科學、醫療及資訊等產品發出之電磁波雜訊家電、工業、科學、醫療及資訊等產品發出之電磁波雜訊. .此种電磁波干擾常常會使環境中的其他機器設備受到影響此种電磁波干擾常常會使環境中的其他機器設備受到影響, ,產生錯誤動作造成巨大損失產生錯誤動作造成巨大損失. .因此一些先進國家都定了一些因此一些先進國家都定了一些規章來管制規章來

2、管制, ,比較重要的有美國的比較重要的有美國的FCCFCC(Federal Communication (Federal Communication Commision)Commision)、西德的、西德的VDEVDE(Verband Deutscher Electrotechniker)(Verband Deutscher Electrotechniker)以及以及IEC(IEC(國際電子技術委員會國際電子技術委員會) )的的CISPR(Comite CISPR(Comite International Spe Ciai Des Perturbationss International Sp

3、e Ciai Des Perturbationss Dadioelectriques).Dadioelectriques).而其管制程度而其管制程度, ,商業用的產品要符合商業用的產品要符合CLASS A,CLASS A,一般家庭用的則要符合一般家庭用的則要符合CLASS BCLASS B的要求的要求. .電磁波干擾電磁波干擾的傳播方式可分成輻射的傳播方式可分成輻射( (Radiation)Radiation)及傳導及傳導( (Coduction).Coduction).圖一圖一. . 電磁波雜訊傳送電磁波雜訊傳送( (B) )電源線傳導最大容許值電源線傳導最大容許值Condvction Cl

4、ass BCondvction Class B( (A)A)放射最大容許值放射最大容許值Radiation Class ARadiation Class A( (A)A)電源線傳導最大容許值電源線傳導最大容許值Condvction Class ACondvction Class A( (B)B)放射最大容許值放射最大容許值Radiation Class BRadiation Class BFCC,VDEFCC,VDE及及CISPR CISPR 之傳播及輻射在不之傳播及輻射在不同頻率下的容許同頻率下的容許 DbDb值值, ,如上下圖所示如上下圖所示. .電磁波的形成結構電磁波的形成結構 電磁波波

5、形電磁波波形電電磁磁波波傳傳送送 近場及遠場近場及遠場 電磁波在離波源電磁波在離波源/2/2之距離之距離,把電磁波分界為近場及遠場把電磁波分界為近場及遠場 (Near Field及及Far Field),其電磁強度也不有同的表現其電磁強度也不有同的表現.第二章 防止電磁干擾的對策 電氣設備常會承受各類不同之電磁雜訊,其本身也會發生雜訊,輻射幹擾其它電路,如下圖:電氣設備(如收音機)也會輻射雜訊幹擾其它電路 在實驗室之外,電氣設備(如收音機)可能要承受各類不同之電磁雜訊源 減低EMI的方法如下表:項 目項 目內 容內 容零件選擇通常電子零件可減少23dB電路Layout電路板PATTERN設計改

6、變雜訊EILTER之應用 電源的雜訊可采取IOW PASS FILTER接地高頻回路采取多接地之原則CABLE采有屏蔽之CABLECONNECTOR采用屏蔽之CONNECTOR金屬殼塑膠殼表面導電材料處理:無電解電鍍,ZINCSPRAY,鋁蒸鍍,導電漆噴涂,以及用金屬箔貼附直接以導電性塑膠料成型.外殼電 路 對 策第三章 電磁幹擾屏蔽的一些基本方法外殼外殼其它部份其它部份CABLECABLECONNECTORCONNECTOR優點:品質穩定,易量產缺點:加工復雜,較重優點:通氣性好,輕缺點:接點不易處理,加工復雜優點:屏蔽效果良好缺點:只適合塑膠,不易遮蔽,有公害問題優點:屏蔽性良好缺點:附著

7、性差,除非有良好前處理,且毒性強優點:屏蔽性良好缺點:真空機體積大,量產不易,附著性差優點:屏蔽性良好,可用在復雜形狀,加工設備簡單可量產缺點:復雜形狀的遮蔽,增加成本優點:屏蔽效果可以不必二次加工缺點:低成本,成型技術沿缺乏代表適合代表尚可導電性表面處理導電塑膠金屬板,金屬箔(鋼板,銅箔,鋁箔,馬口鐵)金屬綱無電解電鍍鍍鋅金屬蒸鍍導電漆噴涂方法方法特徵特徵適用部份適用部份金屬 耐環境性耐環境性 溫度、溫度、老化及溫度、溫度、老化及IMPACT 試驗試驗導電性表面處理之考慮因素導電性表面處理之考慮因素 合乎合乎UL746C之規定之規定 包括黏著試驗如下表包括黏著試驗如下表,結果必須結果必須 在

8、程度在程度4以上以上(5%以內以內)黏著程度黏著程度 標准刀頭切割再以TAPE試驗標准刀頭切割再以TAPE試驗5 5完全沒剝離完全沒剝離4 43 32 21 10 065%以上剝離65%以上剝離導電性表面處理之表面電陰與屏蔽效果導電性表面處理之表面電陰與屏蔽效果 屏蔽效果與表面電阻屏蔽效果與表面電阻 1.表面電阻之定義表面電阻之定義 比電阻比電阻 表面電阻表面電阻 2.各式測量用測定頭各式測量用測定頭ISIVRVtRRVS第四章 屏蔽效應分析概要 定義定義 電場之屏蔽效應電場之屏蔽效應 磁場之屏蔽效應磁場之屏蔽效應其中其中: E1,H1是入射波長強度是入射波長強度 E2,H2是穿透波長強度是穿

9、透波長強度21log20EESdB21log20HHSdB 屏蔽效應計算屏蔽效應計算 屏蔽效應屏蔽效應(Shielding Effectiveness) SE=R+A+B 式中式中: R:反射衰減反射衰減: A:吸收衰減吸收衰減: B:多次反射衰減多次反射衰減:通常可忽略通常可忽略 其中其中, c是相對尋電系數是相對尋電系數, f是頻率是頻率,p是相對導磁系數是相對導磁系數, t是遮蔽這厚度是遮蔽這厚度 fpcR1log10168pcftA38.1材料相對導電系數(C)相對導磁系數(P)CPC/P銀1.0511.051.05銅1.0011.001.00表三 各金屬之相關參數表三 各金屬之相關參

10、數第五章 防電磁幹擾設計 屏蔽層開口之影響屏蔽層開口之影響 屏蔽層如有孔洞等之開口會使感應屏蔽電流受到影響屏蔽層如有孔洞等之開口會使感應屏蔽電流受到影響, 如下圖所示如下圖所示:屏蔽層開口方式二為了使該電流順暢為了使該電流順暢,可把長孔成多個小圓孔可把長孔成多個小圓孔, 如下圖所示如下圖所示:屏蔽層開口方式一 含排列孔的屏蔽有以下幾個因素影響屏蔽效應含排列孔的屏蔽有以下幾個因素影響屏蔽效應 孔最大直徑孔最大直徑 d 孔數孔數 n 孔間距孔間距 c 屏蔽厚度屏蔽厚度 t 雜訊源和孔之距離雜訊源和孔之距離 r 電磁波頻率電磁波頻率 f 其中其中 d、n、f 愈小愈好愈小愈好, c 、f、r 愈大愈

11、好愈大愈好. 外殼間之接縫對屏蔽效應之關系外殼間之接縫對屏蔽效應之關系 必須保持導電性接觸必須保持導電性接觸,故不可噴到不導電漆故不可噴到不導電漆. 接縫重疊寬度要比縫大接縫重疊寬度要比縫大5倍倍. 導電接觸點間距要小於導電接觸點間距要小於cm5 . 120 經由家電產品,資訊通訊設備或電源線所產生的電磁場容易讓人產生癌症的疾病.電磁場所產生的輻射是由電場和磁場所組成的,但二種中,磁場對健康的影響相當大.為了使居家環境對於電磁場的輻射暴露減到最低,就需要改變生活方式使傷害減低到最少. 一般家電產品的磁場強度平均都在5 milli Gauss以下(1mG=100nT),許多家電產品的測試值都小於

12、1 milli Gauss,愈靠近電器產品或電線則磁場的強度愈高. 電場輻射是可以阻隔的,但磁場輻射會穿過大部份的物質,包括水泥和鋼筋. 電視或終端機會發射多種不同的磁場輻射,我們盡量保持某一段距離.如能距螢光幕1.5公尺以外的距離,則磁場輻射會大大的降低,因為磁場輻射在電腦終端機的后面及兩側是最強的,此一位置請避免靠近. 第六章 電磁波興環境的影響 所有的微波爐都會放射微波射線,而且變壓器也會放射強度的磁場輻線,但烹調后,微波輻射不會停留在食物或微波爐上. 距離電毯5公分時,電毯所放射出來的磁場強度約在20到40 milli Gauss之間,即使關掉電源仍然會有微量的磁場輻射產生,除非拔掉插

13、頭. 冷氣機會產生很強的電流,所以會有很強的磁場輻射量,如果能保持5尺以外之距離,則磁場強度就會降低很多. 可撥調式的電子時鍾所發射出來的磁場強度非常高,必需保持5尺以上的距離.數字顯示的時鍾出有磁場輻射量,但磁場較弱,所以不要讓電子時鍾、時鍾收音機或任何電器產品放在離自已很近的距離. 電腦終端機前的磁場亦有一定的磁場強度,因此避免長期的暴露在終端機,電動打字機和電毯等之磁場. 影印機和雷射印表機經常產生相當強的磁場輻射.員工對於這類的機器至少應該保持5尺以上的距離.同時假如您的桌子是靠著牆壁或隔間板,必須注意牆壁或隔間板的另一邊是否有電腦終端機、影印機或雷射印表機之類的機器,因為磁場輻射會穿

14、透牆壁而使人暴露在其磁場輻射范圍之中.第六章 電磁波興環境的影響 從行動電話發出的電力不強,無線電話的電力比行動電話更小,但是送話器因為和使用者的腦部,眼睛很貼近,所以除非在沒有一般的有線電話時才使用行動電話. 根據瑞典國家職業健康研究院Dr. Kjell Hansson Mild博士的建議,下列十個法則可以將辦公室里對於電磁場輻射的傷害減少到最低:1.購買極低頻輻射(vlf)以及超低頻輻射(elf)等低輻射量之終端機.2.減低在終端機前對於電磁場的暴露時間,更要注意電磁場的強度.3.重新設計,調整工作場所以降低終端機所發射之電磁場的強度.4.裝置優良之護目鏡於終端機前緣,把終端機所發射之電場

15、輻射及靜電減到最低,並裝置磁場防護設備以降低磁場輻射量.5.移開工作場所不必要的電子設備如打字機、電子計算機、收音機等.6.將影印機和印表機置於一般工作場所的外緣,而不要安置在工作場所旁邊.第六章 電磁波興環境的影響7.盡可能將日光燈改為白熱燈.8.安裝辦公室設備時要適當的接地.9.當不用電腦終端機、影印機、印表機時務必將電源關掉.10.考慮將CRT的電腦終端機改為使用液晶顯示的螢幕. 居住在高壓電附近的居民罹患癌症的比例高於未暴露於高電壓的2倍.電源線的磁場強度決定於電流而不是伏特數.一個嵌入在電線桿上的變壓器不見得有高強度磁場. 在高聳的大樓,電線一般都藏在牆里,但磁場輻射會穿過鋼筋水泥.

16、家俱擺設如能遠離高度磁場的壁面就可以減低磁場輻射的暴露了. 電腦終端機產生的靜電急速吸收空氣中的陰離子,引起使用者頭痛、疲勞、暈眩等現象,對於高精密電子儀器,靜電亦將破壞其功能並減低使用年限. 低頻或超低頻輻射易導致腦部新陳代謝不正常,造成內分泌失調,容易產生焦慮、壓力感、易怒、痙攣、流產等病變,對人體健康的威脅不容忽視.第六章 電磁波興環境的影響第七章 防電磁波材質 以1000MHz的頻率為基准,如果孔與孔的邊緣距離超過15cm,則這種孔可視為是單一的孔徑. 電磁波屏蔽(Shielding)用之密封片是用在各種電子機器機殼的接合部位的空隙,以防止電磁波漏出. 不同材質及材質厚度對於頻率的吸收

17、有不同的效果.由下圖可以發現在同一厚度鐵的吸收損的比銅的吸收損失大.密封片形式密封片形式材 料材 料金屬絲网將金屬細絲編成圓筒狀而成,金屬細絲的材料有鍍鋅銅,銅包鋼線(鍍鋅銅,鋼)等.彈性网矽橡膠或氯丁烯橡膠為蕊材,外面編織金屬細絲而成,彈性,復元性優越,兼備防塵,氣密效果,而且表面的金屬网確實與金屬面接觸,可維持極高的屏蔽效果.組合网由金屬网部份及氯丁烯海線體部份組合而成,海線體部份組合而成,海線體片面附有黏接劑,容易裝配.防塵,氣密效果優越.多金屬絲橡膠矽橡膠中將金屬線按一定方向埋設,是兼具電磁波屏蔽效果及防塵,防濕,氣密效果的復合型密封材料.碳橡膠矽橡膠中充填碳黑的汛用電磁,屏蔽材料,耐

18、熱,耐候,耐藥品性優越,可以靠擠出或壓床加工而做出種種形狀.手指形密封材料原料是鈹銅,彈性,導電性優秀,對於門扉等頻於開關的部位,出具有充分的耐久性及高電磁波屏蔽效果,裝配方式有黏接帶方式,夾扣方式,鉚釘方式等,簡便而確實.標准表面處理是光亮加工,但出可進行各種電鍍加工.第七章 防電磁波材質 隨著CPU時鍾波頻率的高速化,接合部位不容許有此微的空隙,此時在開關部位的接合部份空隙,裝填密封片做為屏蔽電磁波的對策.密封片的材質形式如下: 在進行適合EMI規格的機器設計時,必須明確了解是什麼樣的規格(CISPR,VDE,VCCI,FCC,MIL等).各個規格所限帛的頻帶及其級別不同,因而其對策也不盡

19、相同. 防電磁波對策設計不是等到裝置設計結束以后再來考慮其方法,而應該在充分理解幹擾噪聲的發生原理、傳播、輻射等原因,在設計工程開始初期就預期到EMI可能發生的問題,在試作階段就發現問題的存在,是終在試樣上盡可能地全盤評價EMI對策的效果. 抑制EMI的發生,首先必須抑制其發生源,然后再極力防止其感應到成為其傳播、輻射天線的I/O,電源電纜上,並避免信號電纜和數據通過框體的縫隙附近.這樣就可以減少電路的直接輻射和從電纜,框體縫隙的二次輻射. 來自數字(Digital)設備的輻射有差動方式和共態方式二種.差動方式輻射是由於在由電路導體形成的回路中流動的高頻電流產生的,這個回路起了輻射磁場的小天線

20、作用.該信號電流回路在電路動作中是必要的,但為抑制輻射,必須在設計過程中限制其大小.第八章 如何抑制電磁波幹擾第八章 如何抑制電磁波幹擾 共態方式射是當系統的某個部份的共態方式電位比真正共態方式射是當系統的某個部份的共態方式電位比真正的地線電位高時發生的的地線電位高時發生的, ,當外部電纜與系統連接而被共當外部電纜與系統連接而被共態方式所驅動時態方式所驅動時, ,即形成了輻射電場的天線即形成了輻射電場的天線. . 共態方式輻是從電路結構或電纜發生的共態方式輻是從電路結構或電纜發生的, ,輻射頻率由輻射頻率由共態方式電位決定共態方式電位決定, ,與電纜的差動方式信號不同與電纜的差動方式信號不同. . 印刷電路板印刷電路板( (PWB)PWB)的設計為了抑制輻射的設計為了抑制輻射, ,必須最大限必須最大限度把降低由信號電流形成的回路的面積度把降低由信號電流形成的回路的面積. .而必須注意的而必須注意的主要輻射源並不太多主要輻射源並不太多. .在電路圖上將傳輸高頻在電路圖上將傳輸高頻(500(500kHz)kHz)周期性信號的全部軌跡找出來周期性信號的全部軌跡找出來, ,使其路徑盡量短地配置使其路徑盡量短地配置