EMC問題來(lái)源 0 C9X1 V" `8 p( T7 X( e" S$ x* B# z) x) f4M# c

: Q;E所有電器和電子設(shè)備工作時(shí)都會(huì)有間歇或連續(xù)性電壓電流變化，有時(shí)變化速率還相當(dāng)快，這樣會(huì)導(dǎo)致在不同頻率內(nèi)或一個(gè)頻帶間產(chǎn)生電磁能量，而相應(yīng)的電路則會(huì)將這種能量發(fā)射到周圍的環(huán)境中。: T0 C! G+ h' g9 n- R9 D3 L7d' |4 N0 W& o5 v, i7 [; c$ q7y

2@EMI有兩條途徑離開或進(jìn)入一個(gè)電路：輻射和傳導(dǎo)。信號(hào)輻射是藉由外殼的縫、槽、開孔或其它缺口泄漏出去；而信號(hào)傳導(dǎo)則藉由耦合到電源、信號(hào)和控制在線離開外殼，在開放的空間中自由輻射，從而產(chǎn)生干擾。) T. ?. }1 ]2 _7 s0 h1 r8 O; j4 V* h; z! p%

 q很多EMI抑制都采用外殼屏蔽和縫隙屏蔽結(jié)合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，大多數(shù)時(shí)候下面這些簡(jiǎn)單原則可以有助于實(shí)現(xiàn)EMI屏蔽：從源頭處降低干擾；藉由屏蔽、過濾或接地將干擾產(chǎn)生電路隔離以及增強(qiáng)敏感電路的抗干擾能力等。EMI抑制性、隔離性和低敏感性應(yīng)該作為所有電路設(shè)計(jì)人員的目標(biāo)，這些性能在設(shè)計(jì)階段的早期就應(yīng)完成。 . m, b" P9 Q" E# Y( ?* L# \) L+ D9 o9 ]/

\對(duì)設(shè)計(jì)工程師而言，采用屏蔽材料是一種有效降低EMI的方法。如今已有多種外殼屏蔽材料得到廣泛使用，從金屬罐、薄金屬片和箔帶到在導(dǎo)電織物或卷帶上噴射涂層及鍍層(如導(dǎo)電漆及鋅線噴涂等)。無(wú)論是金屬還是涂有導(dǎo)電層的塑料，一旦設(shè)計(jì)人員確定作為外殼材料之后，就可著手開始選擇襯墊。 4 M2 Z* n9 ~5 D; Y$ f( e4 @. o' K5 C) y* ^2 g0 ]$ o9 Q

金屬屏蔽效率   D3 g9 N& N. G& e0 d! o2 z5 o, s-

S!D可用屏蔽效率(SE)對(duì)屏蔽罩的適用性進(jìn)行評(píng)估，其單位是分貝，計(jì)算公式為 8h% Q3 [& s0 k2 L" W, E) a2 B: n6E& Z; \3 a, Y)

 gSEdB=A+R+B +q  ^1 j8 u. B( I& P( v8 K- q1 l; J5 q7 E. m6 @! r

其中 A：吸收損耗(dB) R：反射損耗(dB)B：校正因子(dB)(適用于薄屏蔽罩內(nèi)存在多個(gè)反射的情況) * d& q8 g$S6 u5 f! r7 h$ R. d7 d2 y0 w+ d3}一個(gè)簡(jiǎn)單的屏蔽罩會(huì)使所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)強(qiáng)度降至濟(jì)初的十分之一，即SE等于20dB；而有些場(chǎng)合可能會(huì)要求將場(chǎng)強(qiáng)降至為濟(jì)初的十萬(wàn)分之一，即SE要等于100dB。6 i, ?% D0 [8 x5 }; h4 j+ g" i" c5 t% Q

吸收損耗是指電磁波穿過屏蔽罩時(shí)能量損耗的數(shù)量，吸收損耗計(jì)算式為

9 V( J4 G;i3 |! r2 d7 n- M8 Y) u! n% g' n( t: F/S* ~- PAdB=1.314(f×σ×μ)1/2×t ; ~, Y6t# i, x1 B& Y* z1 ]1 `. A4 m# p3o6 t7 @#

 k其中 f：頻率(MHz) μ：銅的導(dǎo)磁率 σ：銅的導(dǎo)電率 t：屏蔽罩厚度. U- @. M) F3 C4 H/ w, V/ \3 `4 M2

|反射損耗(近場(chǎng))的大小取決于電磁波產(chǎn)生源的性質(zhì)以及與波源的距離。對(duì)于桿狀或直線形發(fā)射天線而言，離波源越近波阻越高，然后隨著與波源距離的增加而下降，但平面波阻則無(wú)變化(恒為377)。' O: W  [- c- Z& K, V% o) X6b) d* ^9 P: w" h;

]相反，如果波源是一個(gè)小型線圈，則此時(shí)將以磁場(chǎng)為主，離波源越近波阻越低。波阻隨著與波源距離的增加而增加，但當(dāng)距離超過波長(zhǎng)的六分之一時(shí)，波阻不再變化，恒定在377處。0 G& ^0 Q/ p8 M2 o* t/ x" \- k- H9 i9 A2 w8 @ 

 ^反射損耗隨波阻與屏蔽阻抗的比率變化，因此它不僅取決于波的類型，而且取決于屏蔽罩與波源之間的距離。這種情況適用于小型帶屏蔽的設(shè)備。* ?+ O( F! w( p# I. u" I) t2 ]' F4 i$ Y8

C近場(chǎng)反射損耗可按下式計(jì)算 ' U. {6 f' X5D& U* B& t/ ?" K6 {/R3

FR(電)dB=321.8-(20×lg r)-(30×lg f)-[10×lg(μ/σ)]R(磁)dB=14.6+(20×lg r)+(10×lg f)+[10×lg(μ/σ)] % @; {, F, i) t. Q# d. C5 H'r% ?

其中 r：波源與屏蔽之間的距離。 ; a0 _# [3 L4 ]8 Q' @* J0 P5 l) ^6 ~; I( V. g) C 

 dSE算式濟(jì)后一項(xiàng)是校正因子B，其計(jì)算公式為 $ B: N8 A3 d) ]* H" k% E)V& Q2 w1 ]6 ?7 }$ N7 j:

@B=20lg[-exp(-2t/σ)] ' X: ["r4 r& F9 V: V) [1 y% {$w$

 K此式僅適用于近磁場(chǎng)環(huán)境并且吸收損耗小于10dB的情況。由于屏蔽物吸收效率不高，其內(nèi)部的再反射會(huì)使穿過屏蔽層另一面的能量增加，所以校正因子是個(gè)負(fù)數(shù)，表示屏蔽效率的下降情況。# |" ~# [. I) v4 b7 V+ D5 X/{/ Y$ I; l1 K' K* b/ }

EMI抑制策略 2 R'g, m$ J4 z# d5 x! D/ a8 n4 T. H- i2 w%V2 q

     只有如金屬和鐵之類導(dǎo)磁率高的材料才能在極低頻率下達(dá)到較高屏蔽效率。這些材料的導(dǎo)磁率會(huì)隨著頻率增加而降低，另外如果初始磁場(chǎng)較強(qiáng)也會(huì)使導(dǎo)磁率降低，還有就是采用機(jī)械方法將屏蔽罩作成規(guī)定形狀同樣會(huì)降低導(dǎo)磁率。綜上所述，選擇用于屏蔽的高導(dǎo)磁性材料非常復(fù)雜，通常要向EMI屏蔽材料供貨商以及有關(guān)咨詢機(jī)構(gòu)尋求解決方案。6 V( t5 S% W% y5E) Z+ S" ]3 U' b) _* K

(X在高頻電場(chǎng)下，采用薄層金屬作為外殼或內(nèi)襯材料可達(dá)到良好的屏蔽效果，但條件是屏蔽必須連續(xù)，并將敏感部份完全遮蓋住，沒有缺口或縫隙(形成一個(gè)法拉弟籠)。然而在實(shí)際中要制造一個(gè)無(wú)接縫及缺口的屏蔽罩是不可能的，由于屏蔽罩要分成多個(gè)部份進(jìn)行制作，因此就會(huì)有縫隙需要接合，另外通常還得在屏蔽罩上打孔以便黏著與附加卡或裝配組件的聯(lián)機(jī)。# v& z& L' @( @1 A#~  S& J  Y. u+l; A+ @% L7 a$ C9

 F設(shè)計(jì)屏蔽罩的困難在于制造過程中不可避免會(huì)產(chǎn)生孔隙，而且設(shè)備運(yùn)行過程中還會(huì)需要用到這些孔隙。制造、面板聯(lián)機(jī)、通風(fēng)口、外部監(jiān)測(cè)窗口以及面板黏著組件等都需要在屏蔽罩上打孔，從而大大降低了屏蔽性能。盡管溝槽和縫隙不可避免，但在屏蔽設(shè)計(jì)中對(duì)與電路工作頻率波長(zhǎng)有關(guān)的溝槽長(zhǎng)度作仔細(xì)考慮是很有好處的。( Z+ [  P! [6 z1 M2 h( @7 T# t. {! }1 Y$ ], Z2

 Z任一頻率電磁波的波長(zhǎng)為: 波長(zhǎng)(λ)=光速(C)/頻率(Hz) 8 L- C% z; u3 m3 T, \% D' H5 x/ s4 e# ^$

e當(dāng)縫隙長(zhǎng)度為波長(zhǎng)(截止頻率)的一半時(shí),RF波開始以20dB/10倍頻(1/10截止頻率)或6dB/8倍頻(1/2截止頻率)的速率衰減。通常RF發(fā)射頻率越高衰減越嚴(yán)重，因?yàn)樗牟ㄩL(zhǎng)越短。當(dāng)涉及到濟(jì)高頻率時(shí)，必須要考慮可能會(huì)出現(xiàn)的任何諧波，不過實(shí)際上只需考慮一次及二次諧波即可。7 O( B9 a& r  ]  k:D: L1 ~+ R3 |* G  `- R% x9f, s8

    n一旦知道了屏蔽罩內(nèi)RF輻射的頻率及強(qiáng)度，就可計(jì)算出屏蔽罩的濟(jì)大允許縫隙和溝槽。例如如果需要對(duì)1GHz(波長(zhǎng)為300mm)的輻射衰減26dB,則150mm的縫隙將會(huì)開始產(chǎn)生衰減，因此當(dāng)存在小于150mm的縫隙時(shí)，1GHz輻射就會(huì)被衰減。所以對(duì)1GHz頻率來(lái)講，若需要衰減20dB，則縫隙應(yīng)小于15mm(150mm的1/10)，需要衰減26dB時(shí)，縫隙應(yīng)小于7.5mm(15mm的1/2以上)，需要衰減32dB時(shí)，縫隙應(yīng)小于3.75 mm(7.5mm的1/2以上)。 8 L$ Z9 ]* e6 i6 L1 q) r  }8 v( I0 p% W) P! M3 X# {4 }

(i可采用合適的導(dǎo)電襯墊使縫隙大小限定在規(guī)定尺寸內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)這種衰減效果。 1A5 w" F  z$ j0 O) i  R2 _2 f9 u+ [$ k6 I0 u8 R3 S

%y屏蔽設(shè)計(jì)難點(diǎn) + A9 I1 T7 C) a( S4h3 s. y" e* \1 f) t1

   e由于接縫會(huì)導(dǎo)致屏蔽罩導(dǎo)通率下降，因此屏蔽效率也會(huì)降低。要注意低于截止頻率的輻射其衰減只取決于縫隙的長(zhǎng)度直徑比，例如長(zhǎng)度直徑比為3時(shí)可獲得100dB的衰減。在需要穿孔時(shí)，可利用厚屏蔽罩上面小孔的波導(dǎo)特性；另一種實(shí)現(xiàn)較高長(zhǎng)度直徑比的方法是附加一個(gè)小型金屬屏蔽物，如一個(gè)大小合適的襯墊。上述原理及其在多縫情況下的推廣構(gòu)成多孔屏蔽罩設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。3 C; v4 @5 S, H9 Z. I2 h$ b2 p( [9 g" L+ X& b

  k多孔薄型屏蔽層：多孔的例子很多，比如薄金屬片上的通風(fēng)孔等等，當(dāng)各孔間距較近時(shí)設(shè)計(jì)上必須要仔細(xì)考慮。下面是此類情況下屏蔽效率計(jì)算公式# O7 |6 B- c2 s7 s7 e7 E+ F, U1 v" W) @7 a2

 ISE=[20lg (fc/o/σ)]-10lg n 其中 fc/o：截止頻率n：孔洞數(shù)目 4 m, n0 K' ?, {! R: c0 {' p# f* }2

 q注意此公式僅適用于孔間距小于孔直徑的情況，也可用于計(jì)算金屬編織網(wǎng)的相關(guān)屏蔽效率。. a, H; Y8 h$ D" c( \3 m* R" Q$ n% L

3X接縫和接點(diǎn)：電焊、銅焊或錫焊是薄片之間進(jìn)行長(zhǎng)久性固定的常用方式，接合部位金屬表面必須清理干凈，以使接合處能完全用導(dǎo)電的金屬填滿。不建議用螺釘或鉚釘進(jìn)行固定，因?yàn)榫o固件之間接合處的低阻接觸狀態(tài)不容易長(zhǎng)久保持。! g3 B' T& v0 A1 }: B) I: B8 x$ }0 H

%q導(dǎo)電襯墊的作用是減少接縫或接合處的槽、孔或縫隙，使RF輻射不會(huì)散發(fā)出去。EMI襯墊是一種導(dǎo)電介質(zhì)，用于填補(bǔ)屏蔽罩內(nèi)的空隙并提供連續(xù)低阻抗接點(diǎn)。通常EMI襯墊可在兩個(gè)導(dǎo)體之間提供一種靈活的連接，使一個(gè)導(dǎo)體上的電流傳至另一導(dǎo)體。* U1 K& U; Y8 ]9 c2 z. F8c6 q( g; {/ v' s6 X# Q5a  M  封孔EMI襯墊的選用可參照以下性能參數(shù)： ．特定頻率范圍的屏蔽效率．黏著方法和密封強(qiáng)度 ．與外罩電流兼容性以及對(duì)外部環(huán)境的抗腐蝕能力。 ．工作溫度范圍 ．成本 8 S8 s0 @" |# ?- a7 v6 C0 @:^! Q- u* l  @. W- U0 G"

 h大多數(shù)商用襯墊都具有足夠的屏蔽性能以使設(shè)備滿足EMC標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)鍵是在屏蔽罩內(nèi)正確地對(duì)墊片進(jìn)行設(shè)計(jì)。' s5 x+ M0 e9 m7 ], Y" b: V( x0 B: a1 W1 ?0 F墊片系統(tǒng)：一個(gè)需要考慮的重要因素是壓縮，壓縮能在襯墊和墊片之間產(chǎn)生較高導(dǎo)電率。襯墊和墊片之間導(dǎo)電性太差會(huì)降低屏蔽效率，另外接合處如果少了一塊則會(huì)出現(xiàn)細(xì)縫而形成槽狀天線，其輻射波長(zhǎng)比縫隙長(zhǎng)度小約4倍。 ; @2 }1 E$ V- ^6 L; l) J# k+ ~) Z- Z1 G6 |8 M' @5 ^

;x確保導(dǎo)通性首先要保證墊片表面平滑、干凈并藉由必要處理以具有良好導(dǎo)電性，這些表面在接合之前必須先遮?。涣硗馄帘我r墊材料對(duì)這種墊片具有持續(xù)良好的黏合性也非常重要。導(dǎo)電襯墊的可壓縮特性可以彌補(bǔ)墊片的任何不規(guī)則情況。% Y9 k9 m) i. Y- ^/ G1 n) q%E, K. w: ^& S& g7 t) ^8 b% L+`,h所有襯墊都有一個(gè)有效工作濟(jì)小接觸電阻，設(shè)計(jì)人員可以加大對(duì)襯墊的壓縮力度以降低多個(gè)襯墊的接觸電阻，當(dāng)然這將增加密封強(qiáng)度，會(huì)使屏蔽罩變得更為彎曲。大多數(shù)襯墊在壓縮到原來(lái)厚度的30%至70%時(shí)效果比較好。因此在建議的濟(jì)小接觸面范圍內(nèi)，兩個(gè)相向凹點(diǎn)之間的壓力應(yīng)足以確保襯墊和墊片之間具有良好的導(dǎo)電性。$ z+ f; u: r8 }8 h! p6 i, @' L+ N: s  @0 L$ F9 w

'e另一方面，對(duì)襯墊的壓力不應(yīng)大到使襯墊處于非正常壓縮狀態(tài)，因?yàn)榇藭r(shí)會(huì)導(dǎo)致襯墊接觸失效，并可能產(chǎn)生電磁泄漏。與墊片分離的要求對(duì)于將襯墊壓縮控制在制造商建議范圍非常重要，這種設(shè)計(jì)需要確保墊片具有足夠的硬度，以免在墊片緊固件之間產(chǎn)生較大彎曲。在某些情況下，可能需要另外一些緊固件以防止外殼結(jié)構(gòu)彎曲。7 K( f& s/ ], B/ m5 a4 R6 s. H' s5 G* f  

a&T壓縮性也是轉(zhuǎn)動(dòng)接合處的一個(gè)重要特性，如在門或插板等位置。若襯墊易于壓縮，那么屏蔽性能會(huì)隨著門的每次轉(zhuǎn)動(dòng)而下降，此時(shí)襯墊需要更高的壓縮力才能達(dá)到與新襯墊相同的屏蔽性能。在大多數(shù)情況下這不太可能做得到，因此需要一個(gè)長(zhǎng)期EMI解決方案。: N$ e) l1 K+ M5 ^' o; {! ?! K9 P7 t% s& b$ u如果屏蔽罩或墊片由涂有導(dǎo)電層的塑料制成，則添加一個(gè)EMI襯墊不會(huì)產(chǎn)生太多問題，但是設(shè)計(jì)人員必須考慮很多襯墊在導(dǎo)電表面上都會(huì)有磨損，通常金屬襯墊的鍍層表面更易磨損。隨著時(shí)間成長(zhǎng)這種磨損會(huì)降低襯墊接合處的屏蔽效率，并給后面的制造商帶來(lái)麻煩。 ' @7 l' B: P& y: |5 v7 l' Q5 n6 I! R/ U6 h  R如果屏蔽罩或墊片結(jié)構(gòu)是金屬的，那么在噴涂拋光材料之前可加一個(gè)襯墊把墊片表面包住，只需用導(dǎo)電膜和卷帶即可。若在接合墊片的兩邊都使用卷帶，則可用機(jī)械固件對(duì)EMI襯墊進(jìn)行緊固，例如帶有塑料鉚釘或壓敏黏結(jié)劑(PSA)的“C型”襯墊。襯墊黏著在墊片的一邊，以完成對(duì)EMI的屏蔽。 ( w# P! o9 n5 U/ c9 v4 {8 [+ a) W( J- D6 K

襯墊及附件 7 C/a: e1 p/ P$ Y5 i8 x; R7 O  m4 M' h5 q2 U& w1 S# };

 C目前可用的屏蔽和襯墊產(chǎn)品非常多，包括鈹-銅接頭、金屬網(wǎng)線(帶彈性內(nèi)芯或不帶)、嵌入橡膠中的金屬網(wǎng)和定向線、導(dǎo)電橡膠以及具有金屬鍍層的聚氨酯泡沫襯墊等。大多數(shù)屏蔽材料制造商都可提供各種襯墊能達(dá)到的SE估計(jì)值，但要記住SE是個(gè)相對(duì)數(shù)值，還取決于孔隙、襯墊尺寸、襯墊壓縮比以及材料成分等。襯墊有多種形狀，可用于各種特定應(yīng)用，包括有磨損、滑動(dòng)以及帶鉸鏈的場(chǎng)合。目前許多襯墊帶有黏膠或在襯墊上面就有固定裝置，如擠壓插入、管腳插入或倒鉤裝置等。- [3 A* V! k9 `  i# C7t) p3 U: V0 |' @  k9P+

 Z各類襯墊中，涂層泡沫襯墊是濟(jì)新也是市面上用途濟(jì)廣的產(chǎn)品之一。這類襯墊可做成多種形狀，厚度大于0.5mm，也可減少厚度以滿足UL燃燒及環(huán)境密封標(biāo)準(zhǔn)。還有另一種新型襯墊即環(huán)境/EMI混合襯墊，有了它就可以無(wú)需再使用單獨(dú)的密封材料，從而降低屏蔽罩成本和復(fù)雜程度。這些襯墊的外部覆層對(duì)紫外線穩(wěn)定，可防潮、防風(fēng)、防清洗溶劑，內(nèi)部涂層則進(jìn)行金屬化處理并具有較高導(dǎo)電性。濟(jì)近的另外一項(xiàng)革新是在EMI襯墊上裝了一個(gè)塑料夾，同傳統(tǒng)壓制型金屬襯墊相比，它的重量較輕，裝配時(shí)間短，而且成本更低，因此更具市場(chǎng)吸引力。$ ]8 d& g0 U2 d& ]9 W! Y#J7 d% G' e3 L( ?/

 T結(jié)論 4 W8 e" ?7 j; c1F4 }8 a6 w* e% |  ~6 }8 U1m9 x$ J8 t&

   b設(shè)備一般都需要進(jìn)行屏蔽，這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)本身存在一些槽和縫隙。所需屏蔽可藉由一些基本原則確定，但是理論與現(xiàn)實(shí)之間還是有差別。例如在計(jì)算某個(gè)頻率下襯墊的大小和間距時(shí)還必須考慮信號(hào)的強(qiáng)度，如同在一個(gè)設(shè)備中使用了多個(gè)處理器時(shí)的情形。表面處理及墊片設(shè)計(jì)是保持長(zhǎng)期屏蔽以實(shí)現(xiàn)EMC性能的關(guān)鍵因素。