הפרעה אלקטרומגנטית (EMI) נותרה אתגר חשוב בעיצוב של מכשירים אלקטרוניים ניידים מודרניים.מטלפונים וטאבלטים ועד לחבושות ומוניטורים רפואיים, כל מוצר נייד חייב לנהל את האנרגיה האלקטרומגנטית שהוא יוצר כדי להבטיח הפעלה אמינה וציות לתקנות בינלאומיות. בעוד עיצוב מעגל ובחירת רכיב מקבל תשומת לב ניכרת, עיצוב מכני ממלא תפקיד קריטי באותה מידה בשליטה על פליטות EMI.

הבנה של EMI במכשירים ניידים

הפרעה אלקטרומגנטית היא ההפרעה שנוצרת על ידי אנרגיה אלקטרומגנטית לא רצויה שיכולה לחדד את הביצועים של ציוד אלקטרוני.במכשירים ניידים, EMI מקורם ממקורות מרובים ואביזרים דרך שני נתיבים מעודכנים ורדיוניים.המעבר הגבוה של אספקת חשמל, אותות שעון במעגלים דיגיטליים, ואת הפעולה של טרנזירים אלחוטיים לתרום לפרופיל EMI הכולל.

מקורות EMI ב- Portable Systems

מקורות העיקריים של EMI במכשירים ניידים כוללים:

  • (FLT:0) הפעלת ממירי כוח ממירים 1FLT:1 - DC-DC ממירים, הרגולטורים מתח, משאבות מטען לפעול בתדרים החל ממאות קילהרץ למספר מגה-הרץ, ומייצרים הרמוניים שיכולים להקרין מטביעות חשמל ומחנכים.
  • (FLT:0) שעון פלילי אותות FLT:1 - מעבדים, ממשקי זיכרון, ולהציג נהגים משתמשים בשעון מהיר (לעיתים קרובות מעל 1 GHz) המייצר רעש פס רחב שזוגות על עקבות וכבלים סמוכים.
  • (FLT:0) מודולי תקשורת אלחוטיים FLT:1 - Bluetooth, Wi-Fi, LTE, ועיגולים תקשורת כמעט שדה (NFC) מקרינה אנרגיה בכוונה, אך פליטות מזעזעות ממזימות כוח ואוסוציאטורים מקומיים יכולים לעלות על גבולות מוסדרים אם לא הכלול כראוי.
  • (FLT:0) נהגי מסך מסך וממשקי תצוגה של LT:1) - אותות תצוגה Capacitive sensing ו- high-resolution פועלים במתחים גבוהים ותדרים, תורמים לרעשים המעודכנים והקרינה.

EMI Coupling Mechanisms

הבנת כיצד EMI propagates חיוני לתכנון מכני יעיל.שני מנגנוני ההפיכה העיקריים קיימים:

  • (FLT:0) ,Conducted פליטותFLT:1 - Noise נוסע לאורך קשרים חוטיים כגון קווי חשמל, סימני אות או לולאות קרקעיות. עיצוב מכני משפיע על זה על ידי שליטה על אורך של עקבות, ערימה שכבתית, ורצף מטוסים.
  • (FLT:0)Radiated פליטות FLT:1 - שדות אלקטרומגנטיים יחד בחלל בין כבלים, ים מרובע, אמפרות, ורכיבים פנימיים. Enclosure design, אורכו של מקומות, ויושרה של גז משפיע ישירות על פליטות קורנות.

סודיות ונוף

מכשירים ניידים חייבים לציית לתקנות תאימות אלקטרומגנטית (EMC) להימכר ברוב השווקים הגלובליים.תקנות אלה מגדירות רמות פליטה מקסימליות ודרישות חסינות מינימליות. Compliance אינה אופציונלית - מזון יכול לגרום לעיצובים יקרים, עיכובים משלוח, והדרה בשוק.

FCC חלק 15 וסטנדרטים בינלאומיים

בארצות הברית, ועדת התקשורת הפדרלית (FCC) מסדירת קרינה לא מכוונת תחת חלק 15. מכשירים יש לבדוק כדי לעמוד במגבלות Class B (לשימוש למגורים) או Class A (עבור סביבות מסחריות / תעשייתיות) ההגבלות של Class B הן מחמירות יותר וליישם את רוב המוצרים הניידים של האיחוד האירופי EN 55032 ו- CISPR 22 לספק מגבלות דומות עם הבנה קלה של אלה, החל מערכי התקנים מפורטים, ומאפשרים על פני שטח של EMF.

מסקנות של חוסר מעורבות

הגבלת רגולציה עלולה להוביל:

  • בדיקות הסמכה כושלות הדורשות עבודות הנדסה ומבחן מחדש
  • הגדלת זמן פיתוח המוצר ועלות
  • הגבלות שוק או איסור מוחלט ממכירה
  • התערבות פוטנציאלית עם תשתיות קריטיות (למשל, מכשירים רפואיים, תעופה)

החלטות עיצוב מכניות שהתקבלו מוקדם יכול למנוע את התוצאות האלה.לדוגמה, מוצר המשתמש במתחם פלסטיק לא מוצף עשוי לעבור בדיקות טרום שיתוף בסביבה מעבדה אבל נכשל בחדר פליטות קורנות סופי בשל דליפת ים.

תפקיד העיצוב המכני ב-EMI Control

עיצוב מכני משפיע על EMI באמצעות מספר גורמים הקשורים: הגנה על יעילות, חסימה, פריסת פרציטיות ונכסים חומריים.כל גורם חייב להיות מותאם בתוך המגבלות של גודל, משקל, ניהול תרמי, ומיומנות.הסעיפים הבאים לחקור אלמנטים אלה בפירוט.

עיצוב מגן וחשיפה

חסימת היא השיטה המכנית הישירה ביותר לשליטה בפליטת קרינה.מגן פועל כמחסום המשקף או סופג אנרגיה אלקטרומגנטית.במכשירים ניידים, המתחם עצמו משמש לעתים קרובות כמגן, אך ייתכן שמגן פנימי נוסף יהיה הכרחי עבור תת-התעבות רועשות.

סוגי הגנה

  • (FLT:0) ממולקולות מטלטל 1 (FLT) - אלומיניום, פלדה וסגסוגת מגנזיום מספקים יעילות מגן מעולה (SE) כאשר ים הם מחוברים כראוי.עם זאת, מתחמי מתכת מוסיפים משקל ועשויים להפריע אנטנה אלחוטית. מעצבים לעתים קרובות משלבים מתכת עם כניסת מתכת או להשתמש בשפע בחירה כדי לשמור על שקיפות RF במידת הצורך.
  • (FLT:0) ציפויים מצטברים 1FLT (Spray-on ציפויים המכילים ניקל, נחושת או חלקיקי כסף מוחלים על דיור פלסטיק. ציפויים אלה מספקים SE מתון (30-60 dB) בעלות נמוכה יותר ומשקל מאשר ממתחמי מתכת מלאים.הציפוי והדבקות חייבים להיות מבוקרים בקפידה כדי למנוע חיקה ותפקוד לאורך זמן.
  • (FLT:0) שילינג CansFLT:1 - כלובים מתכת בודדים ממוקמים על ICs או מודולים ספציפיים מציעים דיכוי מקומי. Cans לעתים קרובות עשויים פלדה מוקרן או ניקל-silver והם נמכרים או מקודמים או מקודדים על המטוס PCB. הם יעילים מאוד אבל להגדיל את המורכבות של הרכב עשוי חום.
  • (FLT:0) כרטיסי גז וקצף 1 (FLT:0) - אלה משמשים כדי לחותם פערים בין חצאים של חתמים, סביב מחברים, ליד אמפרציות. Gaskets עשויים מסיליקון מוליכים, חוטים מפוסקים, או בד-יתר-פו-מספק נתיב מופחת-מחוספס על פני ים, צמצום הדליפה.

המונחים: Shielding

יעילות מגן תלויה במידה רבה בגודל של פתחים. Apertures במגן אקט כמו אנאנטנות מזל כי קורנת בתדרים הקשורים לממד הארוך ביותר שלהם. ככלל של האגודל, אורך החריץ המקסימלי צריך להיות פחות מ 1/20 של אורך הגל של התדר הגבוה ביותר של דאגה.עבור מכשיר נייד עם שעונים דיגיטליים ב-2.4 GHz, אורך הגל הוא בערך 12.5 ס"מ, כך כל מרווח יותר מ מילימטר יכול להיות מ מיקרופון משמעותי, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 זה יכול להיות ממתכת יכול להיות מסטיק, 000.

גורם קריטי נוסף הוא דחיית מגע מתכת-למטלית בים.אפילו שכבת תחמוצת קטנה או סרט צבע יכול להגדיל את התנגדות מגע וביצועים מגן עלייה במשקל או מוליכים לחץ רגיש (PSAs) יכול להבטיח חיבור חשמלי אמין על פני מפרקים.

המונחים: putout Optimization

ייצוב הוא הבסיס של כל אסטרטגיה של בקרת EMI.מערכת קרקע מעוצבת גרועה יכולה לשלול את היתרונות של הגנה יקרה.במכשירים ניידים, מגבלות חלל לעתים קרובות לכפות פשרות, אבל שיטות הטובות ביותר ניתן עדיין לעקוב.

מטוסים קרקעיים ובקרת אי-ציות

מטוס קרקע מוצק על ה- PCB מספק נתיב החזרה נמוך לזרמים גבוהים.זה גם פועל כמטוס הפניה הממזער לולאות קרקע ורעש מכני משותף. מעצבים מכניים חייבים להבטיח כי המטוס הקרקע אינו מופרע על ידי חריצים, חתך, או באמצעות רִיק.ב לוחות מרובי-שכבות, מטוס ייעודי ממוקם בסמוך לעוצמה ולאות כדי ליצור שכבות מיקרו-טרקטיבות או טמפרטורות.

(FLT:0)Star GroundingFLT:1 משמש לעתים קרובות בעיצובים מעורבים לקודד אנלוגי ודיגיטלי החזרה הקרקע למנוע רעש דיגיטלי משילוב מעגלים אנלוגיים רגישים.זה מיושם על ידי חיבור כל קרקע של תת-מערכת לנקודה אחת (הכוכב) ולא דה-סי-שרשרת אותם.הפריסה המכנית חייבת למקם את הנקודה הזו ליד הכוח למזער את האזור.

מקום משכנו ו-Ring

מיקום רכיב אסטרטגי להפחית את קיבולת parasitic ואת אינדוקציה כי לתרום רכיבי EMI. גבוה במהירות צריך להיות ממוקם קרוב למקור הכוח ומרחיק ממחברי קצה. כבלים ועיגולים גמישים הנושאים אותות גבוה קידוד גבוה צריך להיות תוואי לאורך קצה PCB ומגן אם יש צורך זוגות שונים צריך להיות חזק זוג כדי להפחית את המהנדסים הנפוצים.

המרחק בין חזיונות מתכת, ברגים וחומרה מכנית אחרת וצלילים מהירים גבוהים גם חשוב. פוסט ברג מתכתי שהוצב בתוך 2 מ"מ של עקבות שעון יכול לפעול כמו אנטנה parasitic, הפיכה רעש לתוך המתחם.שימוש מהיר לא מוליכים או הוספת משטח קרקע סביב חורים עלה יכול להקטין את ההשפעה הזו.

בחירת חומרים עבור בקרת EMI

מעבר למגינים על המתחם, ניתן לבחור חומרים באופן ספציפי כדי להגביר את האנרגיה האלקטרומגנטית.צוות העיצוב המכאני בוחר חומרים המבוססים על מוליכות נדרשת, טווח תדר, תנאים סביבתיים ועלות.

פלסטיק מוליכים ומתכת Alloys

פלסטיק מוליכים מורכבים עם סיבים פחמן, סיבי מתכת, או תוספי פולימרים מוליכים באופן אינטגרטיבית.הם מציעים הגנה בינונית (20-40 dB) והם מעוצבים לצורות מורכבות, מה שהופך אותם אידיאליים עבור חזיונות פנימיים, קירות דיור ותמיכה מבנים.עם זאת, מוליכות שלהם נמוכה יותר ממתכות מוצקות, ואת סף ההנצחה חייב להיות מנוהל בקפידה כדי להבטיח ביצועים אחידים עבור מגנזיום דורש סגסוגת גדולה של 60D2, במיוחד מסגסוגת מגנטית של אלומיניום.

חומרים פולשים

חומרים נטולי החלפה אנרגיה אלקטרומגנטית לתוך חום במקום לשקף אותו.סיליקון מוטען ברזל, אריחים מפרטקס, קצף מבוסס פחמן משמשים באזורים שבהם השתקפות יכול לגרום התחדשות או הפרעה עם אנטנה הסמוכה.חומרים אלה ממוקמים לעתים קרובות בתוך המתחם ליד מקורות רעש ידועים או מבפנים של כיסוי לחבית של התחדשות מכנית דורש שיקולים זהירים של עובי, XFdhive מכיל שיטות מחקר אלקטרוניות:

עיצוב חותם וגז

מכשירים ניידים דורשים חותמות להגנה מפני התקפות (IP דירוגים) כמו גם שליטה EMI.טלפון טיפוסי IP67-rated עשוי להיות כרטיס סיליקון בין התצוגה לבין האמצעי.אם זה לא מוליכים, זה משאיר נתיב דליפת EMI.מעצבים לטפל זה על ידי שימוש במחסנים elastomer או על ידי הוספת קליפ מתכת נפרד סביב המטר perimeter, יש צורך למנוע את הדחיסה נמוכה או כדי לשמור על מחזור החיים שלה.

עבור פערים גדולים יותר כגון הים סביב כיסוי סוללה או מזל כרטיס SIM, אצבע או מארזים מפוסקים ניתן להשתמש.אלה מספקים מוליכות גבוהה ועמידות אבל להוסיף עלויות ועשויים לדרוש צעדים נוספים. בייצור גבוה, קצף התנהגות עם דבק רגיש לחץ (PSA) הוא לעתים קרובות הפתרון הכלכלי ביותר.

אסטרטגיות מסחר ואופטימיזציה

כל החלטה עיצוב מכנית כוללת עצירות בין ביצועי EMI, ניהול תרמי, עלות, משקל ומורכבות הייצור.הבנתם של אלה-offs מאפשר למהנדסים לקבל החלטות מושכלות העומדות בדרישות המוצר ללא מאמץ יתר.

עלויות לעומת ביצועי מגן

מלא מתכת עם שדות גזים מוליכים מציעים את הדיכוי EMI הטוב ביותר אבל להוסיף עלות משמעותית - הן בחומרים והן באסיפה (למשל, ריצוף קליפים, טיפול קורוזיה) עבור מכשירים ניידים רבים בעלות נמוכה יותר, מתחם פלסטיק מתואם עם מגן פנימי אחד יכול לפגוש FCC מחלקה B בשבריר של העלות.המפתח הוא לזהות את התדרים הדומיננטיים וכתובת ממוקדת רק עם אלה בדיקות הגנה מראש יכול לענות על ידי הגנה מלאה.

ניהול גרוע לעומת Shielding

מכשירים ניידים מייצרים חום מהמעבד, הסוללה, ומגבר כוח.ואנטים ופותחים נדרשים לעתים קרובות כדי לאפשר זרימת אוויר או פיזור חום, אבל כל חור הוא פוטנציאל דליפת EMI. Designers יכול להשתמש במבנה vent דבש שפועל כמו גל מתחת חיתוך, תוך הגדלת תדרים מעל תדירות חיתוך תוך מתן היתרה אוויר, חום יכול להיות מתפשט באמצעות ממשק תרמי (IM) כדי מילוי קצר, אך ורק כדי הפעלת חום (T) עם חומרים קצרים, כמו גם כן, כגון מתחמי חום).

בדיקות וטכניקה מדידה

פיזור ביצועי EMI דורש הן בדיקות טרום-התאמה והערכה מלאה. מעצבים מכניים צריכים להבין את נהלי הבדיקה כדי לצפות בעיות פוטנציאליות מוקדם.

ליד ‪Feld-Field Testing‬

בדיקות שדה קרוב (E-field ו- H-field) משמשות לאיתור מקורות רעש על PCB או המתחם. המדידות האלה שימושיות במהלך הפיתוח כדי לזהות אזורים בעייתיים. רחוק-שדה בדיקות, המבוצעות בתא נוכוכי, אמצעים קורנים פליטות במרחק של 3 מ' או 10 מ'.תוצאות שדה רחוק לקבוע תאימות רגולטורית.

תוספת לעומת פיצוי מלא

בדיקות קדם-ציות משתמשות בציוד זול יותר (למשל, מנתח ספקטרום ותא TEM) כדי להעריך לעבור / מצב עובר / מצב חול. בעוד לא מדויק כמו בדיקות תאימות מלאות, זה מאפשר הפחתה מהירה של שינויים מכניים. בדיקות תאימות מלאה חייב להיעשות במעבדה מוכרת כדי לאשר את המוצר.העיצוב המכאני צריך להיות סופי לפני הבדיקה המלאה כדי למנוע בדיקה יקרה.

מגמות עתידיות בשליטה מכנית

ככל שהמכשירים הניידים ממשיכים להתכווץ בגודל ולהגדיל את כוח העיבוד, מופיעים אתגרים מכניים חדשים של EMI.מספר מגמות מעצבות את העתיד:

  • (FLT:0) חומרים מורכבים מתקדמים FLT:1 - מסובלים רב תפקודיים המשלבים את EMI מגן עם כוח מבני וניהול תרמי מפותחים.לדוגמה, תרמופלסטים מלאים גרפיט יכולים לספק הגנה גם (30-40 dB) והפצת חום, צמצום הצורך במרכיבים נפרדים.
  • (FLT:0) 3D מודפס מגן מגן מגן על 1 (הייצור התוספתני מאפשר למסך שכבות מגנים בהתאמה ישירות על קירות המתחם והמבנים הפנימיים.טכניקה זו יכולה להפחית את מדרגות ההרכבה ולאפשר גמטים מורכבים שאינם אפשריים עם בולים מסורתיים או עובש.
  • (FLT:0) שילוב אלקטרוני-מכני משותף-עיצוב משותף-החדשה 1 (FLT:0) - כלי סימולציה מתקדמים שזוגות ניתוחים אלקטרומגנטיים, תרמיים ומכניים מאפשרים למהנדסים להתאים את המכשיר באופן הוליסטי לפני כל אב-טיפוס בנוי.

מסקנה

עיצוב מכני אינו רק דאגה אריזה - הוא מאפשר בסיסי של שליטה EMI במכשירים ניידים.מבחירה של הגנה על חומרים וכרטיסי גז לאופטימיזציה של מטוסים קרקעיים ומיקום רכיב, כל בחירה מכנית יש השפעה ניכרת על רמות פליטה.על ידי הבנה של פיזיקה של הפיכה אלקטרומגנטית ודרישות של תקנות בינלאומיות, מעצבים יכולים ליצור מוצרים שאינם רק תואמים, אלא גם אמין ויעילים בין מהנדסים מוקדמים, אשר לפתח טכנולוגיות מכניות, אשר מסייעות, אשר מסייעות, אשר מסייעות, או ניהול חומרים מתקדמים יותר, אשר סימולציה חשמלית.