EMV-Abschirmung versus Filterung
Abschirmung und Filterung sind die beiden grundlegenden EMV-Minderungstechniken. Durch die Abschirmung werden abgestrahlte elektromagnetische Felder physisch eingedämmt oder blockiert. Durch die Filterung werden Leitungsgeräusche an Kabeln und Stromleitungen gedämpft. Beides wird in den meisten praktischen Konstruktionen benötigt — die Wahl zwischen ihnen (oder deren Kombination) hängt vom Schallkopplungspfad ab.
Elektromagnetische Abschirmung
Bei der Abschirmung werden leitfähige Gehäuse oder Dichtungen verwendet, um elektromagnetische Felder einzudämmen oder auszuschließen. Die Wirksamkeit wird in dB Dämpfung gemessen. Ein solides Aluminiumgehäuse bietet eine Abschirmung von 80—120 dB; ein Stahlgehäuse mit Öffnungen und Nähten bietet eine Abschirmung von 40—80 dB.
Advantages
- Wirkt gleichzeitig auf Strahlungsemissionen und Empfindlichkeit
- Schützt den gesamten Stromkreis — es ist nicht erforderlich, einzelne Geräuschquellen zu identifizieren
- Wirksam von MHz bis GHz bei richtiger Implementierung
- Erforderlich für viele FCC/CE-Zertifizierungskategorien
Disadvantages
- Erhöht die Kosten, das Gewicht und die mechanische Komplexität
- Öffnungen (Stecker, Lüftungsöffnungen, Displayfenster) beeinträchtigen die Abschirmung erheblich
- Kabeleinführungen müssen gefiltert werden — Kabel umgehen die Abschirmung
- Für die magnetische Abschirmung bei niedrigen Frequenzen ist Mu-Metall erforderlich, nicht Aluminium
When to use
Verwenden Sie eine Abschirmung, wenn die Strahlungsemissionen trotz eines guten Leiterplattendesigns die Grenzwerte überschreiten, wenn das Produkt in der Nähe empfindlicher HF-Geräte betrieben wird und wenn die Geräuschquelle und das Opfer auf der Leiterplatte nicht getrennt werden können.
EMC-Filterung
Die Filterung dämpft Leitungsrauschen an Stromleitungen, Signalkabeln und I/O-Schnittstellen. Zu den gängigen Filtern gehören LC-Filter, Gleichtaktdrosseln, Ferritperlen und Durchführungskondensatoren. Filter verhindern, dass Geräusche über Kabel entweichen oder eindringen.
Advantages
- Geeignet für leitungsgeführte Emissionen — erforderlich für die meisten FCC/CE-Stromleitungstests
- Verhindert, dass Kabel als Antennen für abgestrahlte Emissionen dienen
- Niedrigere Kosten als eine vollständige Gehäuseabschirmung für viele Produkte
- Kann selektiv auf einzelne Signalleitungen angewendet werden
Disadvantages
- Stoppt nicht die Strahlungsemissionen von der Leiterplatte selbst
- Die Filtereffektivität verschlechtert sich bei schlechtem PCB-Layout (Umgehung des Filters)
- Netzfilter, die durch Sicherheitsstandards eingeschränkt sind (Leckstrom)
- Bauteilparasiten begrenzen die Hochfrequenzdämpfung
When to use
Verwenden Sie die Filterung an allen Stromeingängen, Signal-I/O- und Kabelschnittstellen. Es ist die erste Verteidigungslinie gegen leitungsgebundene Emissionen und unverzichtbar, um Kabelstrahlung zu verhindern.
Key Differences
- ▸Die Abschirmung adressiert die abgestrahlten Emissionen/die Immunität; die Filterung adressiert die leitungsgebundenen Emissionen/die Immunität
- ▸Kabel umgehen die Abschirmung — muss bei allen Durchdringungen mit einer Filterung kombiniert werden
- ▸Die Filterung verhindert nicht, dass die Leiterplatte strahlt; die Abschirmung hält diese Strahlung zurück
- ▸Die komplette EMC-Lösung erfordert beides: gefiltertes Leitungsgeräusch und abgeschirmtes Strahlungsgeräusch
- ▸Ferritperlen sind kleine, kostengünstige CM-Filter — wirksam über 30 MHz für Kabel
Summary
Filterung und Abschirmung ergänzen sich, sind keine Alternativen. Filtern Sie alle verdrahteten Schnittstellen (Strom-, I/O-Kabel), um zu verhindern, dass Kabel zu Antennen werden. Schirmen Sie das Gehäuse ab, um verbleibende Strahlungsemissionen einzudämmen. Bei einem geeigneten EMC-Ansatz wird zuerst gefiltert (kostengünstiger, geht die Grundursache an) und schützt dann die verbleibenden Strahlungsprobleme durch Abschirmung.
Frequently Asked Questions
Welche Abschirmwirkung benötigt mein Produkt?
Die meisten kommerziellen Produkte benötigen eine Abschirmung von 40—60 dB, um die FCC Part 15B/CISPR 22-Konformität zu gewährleisten. Für medizinische Geräte (IEC 60601) sind möglicherweise 60—80 dB erforderlich. Für militärische Zwecke (MIL-STD-461) können 80—120 dB erforderlich sein. Die erforderliche SE hängt vom internen Geräuschpegel und der externen Emissionsgrenze ab.
Warum verschlechtern Kabeldurchführungen die Abschirmung?
Jedes Kabel, das durch eine Abschirmung geführt wird, überträgt leitendes Geräusch von innen nach außen (oder umgekehrt). Das Kabel fungiert als Antenne und strahlt das Geräusch ab, das die Abschirmung eigentlich eindämmen sollte. Die Lösung besteht darin, alle Kabeldurchdringungen an der Schirmgrenze mithilfe von Durchgangsfiltern oder Ferritperlen zu filtern.
Was ist eine Ferritperle und wann sollte ich sie verwenden?
Eine Ferritperle ist ein Induktor, der bei Frequenzen über 100 MHz eine hohe Impedanz (typischerweise 100—1000 Ω) aufweist. Sie werden als Serienfilter an Stromversorgungspins und I/O-Leitungen verwendet und dämpfen hochfrequentes Rauschen, ohne Gleichstrom- oder Niederfrequenzsignale zu beeinträchtigen. Wirksam im Hinblick auf EMV-Störungen, wenn sie in der Nähe der Geräuschquelle platziert werden.
Funktioniert die Abschirmung bei ESD?
Ja. Ein geerdetes, leitfähiges Gehäuse leitet ESD-Ströme an die Erde weiter und verhindert das Eindringen von Feldern. Die Abschirmung muss über eine niederohmige Erdung verfügen (kurzes, breites Band zur Erde). ESD-empfindliche Designs benötigen außerdem TVS-Dioden an den I/O-Anschlüssen, da ESD auch bei einem abgeschirmten Gehäuse über Kabel eindringen kann.