电磁兼容设计讲座

屏蔽之搭接
ִ清洁 ִ氧化层 ִ面接触 ִ螺钉的距离 ִ缝隙：导电衬垫 ִ压力
按优先等级排列的各种衬垫
优先等级 1 2 衬垫种类 金属网射频衬垫 铜镀合金 备注
容易变形，压力为 1.4kg/cm 时，衰减为 54dB。资 料表明， 频率较低时衰减最大。 用于永久密封较好， 不适用于开与关的面板。 有很高的导电性和很好的抗腐蚀性能。弹性好，最 适合用于和活动面板配合。可制成指形条、螺旋和 锯齿面。衰减性能常超过 100dB。 适用于只需名义上连接和少量螺钉的地方。实现水 汽密封和电气密封经 150℃、48 小时老化后，体电 阻率为 10~20mΩ/cm(max)。变形度限制值为 25%。 资料表明，频率较高时衰减为最大。 在泡沫塑料上蒙一块镀银编织物，形成一个软衬 垫，占去大部分疏松空间，主要为民用，适用于机 柜和门板。
屏蔽
屏蔽能有效地抑制通过空间传播的电磁干 扰。采用屏蔽的目的有两个：一是限制内 部的辐射电磁能越过某一区域；二是防止 外来的辐射进入某一区域。 屏蔽按其机理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽 和电磁场屏蔽。
电场屏蔽的机理
C1 A B A B
C3 UA C2 UB UA S
C4 C2
' UB
图1：电场感应示意图
屏蔽效能的计算
屏蔽效能S＝A＋R＋B （dB） 上式中A为吸收损耗，R为反射损耗，B为 正或负的修正项；当A大于15dB时，B可忽 略不计，B是由屏蔽体内反射波所引起的。 上式中的各项可以视为相对于铜材料的导 电系数σ和导磁率μ，频率f（Hz）以及所 存在的各种物理参数的函数。
机柜（或屏蔽盒）之屏蔽 机柜（或屏蔽盒）
磁场屏蔽的设计要点（ 磁场屏蔽的设计要点（续〕
x 对于强磁场的屏蔽可采用双层磁屏蔽体的结构。对 要屏蔽外部强磁场的，则屏蔽体外层要选用不易磁 饱和的材料，如硅钢等；而内部可选用容易达到饱 和的高导磁材料，如坡莫合金等。反之，如果要屏 蔽内部强磁场时，则材料排列次序要倒过来。在安 装内外两层屏蔽体时，要注意彼此间的磁绝缘。当 没有接地要求时，可用绝缘材料做支撑件。若需要 接地时，可选用非铁磁材料（如铜、铝）做支撑件。 但从屏蔽体能兼有防止电场感应的目的出发，一般 还是要接地的。
接地的目的一是防电击，一是去除干扰。 可将接地分为两大类： 安全接地(Safety Grounding) 安全接地 信号接地
安全接地(Safety Grounding) 安全接地
安全接地是指接大地(Earthing)，也就是将 电气设备的外壳以低阻抗导体连接大当人 员意外触及时不易遭受电击。
信号接地
信号接地除提供参考点之外，同时还可以 大量消除杂讯的干扰。由于杂讯本身的特性， 考虑接地时有不同的处理方法： 单点接地 多点接地 复合式接地
单点接地
系统或装备上仅有一点接地，分为： 串联单点接地； 并联单点接地；
串联单点接地
若系统各线路或装备所产生或需要的能量变化太大， 则不适用串联单点接地，因为高能量的线路或装备所产 生大量的地电位会严重地影响低能量线路或装备的正常 运作。
图2：电场屏蔽作用的分析
C1 UB = UA C1 + C2
C1' ' UB = ' UA C1 + C2 + C4
电场屏蔽的设计要点
为了获得良好的电场屏蔽效果，注意以下几点是必要的： x 屏蔽板以靠近受保护物为好，而且屏蔽板的接地必须 良好。此举目的是增大C4的值； x 屏蔽板的形状对屏蔽效能的高低有明显影响。例如， 全封闭的金属盒可以有最好的电场屏蔽效果，而开孔 或带缝隙的屏蔽盒，其屏蔽效能都会受到不同程度的 影响。此举主要是影响剩余电容C1′的值； x 屏蔽板的材料以良导体为好，但对厚度并无要求，只 要有足够强度就可以了。
3
导电橡胶
4
导电蒙布、泡沫衬垫
穿孔
通风 导线
插箱的屏蔽处理 面板：金属U形面板 面板之间加金属簧片 面板插针：定位＋ESD泄放 ESD 导轨上簧片：配合插针泄放ESD 金属之间的搭接：簧片/导电衬垫 搭接处导电氧化或电镀
铆接及螺纹搭接
ִ铆接 铆接有均匀、省时的优点，但其使用弹性不如 铆接 以螺钉搭接，且防蚀能力不如熔接、软硬焊。铆 接时铆孔应与铆钉紧密接合，铆孔边不得有油漆。 螺纹搭接时应注意垫圈材料的选择及安放位置， 螺纹搭接 通常均戴垫圈(Load Distribution Washer)直接置于螺 栓头（Bolt Head）或壳帽之下，而锁紧垫圈（Lock Washer）则应置于螺帽与均戴垫圈之间。此外，千 万别将带齿锁紧垫圈置于两搭接金属之间。
注意
要有效地达到搭接的功能，应使搭接的金属紧密地连 接，连接面应均匀、干净，其间不得有非传导性之物质。 固定时应防止变形、震动、摇摆。应尽量将类似金属相搭 接，不得已时可使用垫圈。应尽量使用直接搭接，若情况 不许可时得使用搭接线，惟使用搭接线时应考虑： ·线之长度愈短愈好，电感电容比愈小愈好； ·线之电化次序应低于搭接物； ·长宽比应小于5； ·应直接与搭接物相接； ·不得使用自攻螺纹（Self-Tapping Screw）。
x 选用高导磁率的材料，如坡莫合金； x 增加屏蔽体的壁厚； 以上两条均是为了减少屏蔽体的磁阻； x 被屏蔽的物体不要安排在紧靠屏蔽体的位置上，以 尽量减少通过被屏蔽物体体内的磁通； x 注意磁屏蔽体的结构设计，凡接缝、通风孔等均可 能增加磁屏蔽体的磁阻，从而降低屏蔽效果。为此， 可以让缝隙或长条形通风孔循着磁场方向分布，这 有利于屏蔽体在磁场方向的磁阻减小；
搭接的功能
搭接是在两金属之间建立一低阻抗通路，其目的 在为电流提供一均称的结构体以避免干扰。 处理良好的搭接能彻底发挥屏蔽与滤波的功能， 减少接地系统中的射频电位差，以及电流环路，并 可防止静电产生，减少雷击与电磁脉冲的危险，同 时能防止人员误遭电击。 然而未经仔细处理的搭接会增加干扰的程度，此 诚不良之设计较不设计为害更甚。
电定义
电磁兼容（EMC)：
Electromagnetic Compatibility
电磁干扰（EMI)：
Electromagnetic Interference
电磁敏感性（EMS〕：
Electromagnetic Susceptibility
为什么要考虑EMC？
国内外技术壁垒、强制要求 产品的可靠性
接地环路
下图即为接地环路的形成：
打破接地环路的方法
常用的电缆
双绞线 同轴电缆 带状电缆
注意之一
接地线愈短愈好； 电缆屏蔽层终接时应环接； 电子线路中及低频使用时应规划不同的接地系统以配合不 同之回路（Return ）,如信号、屏蔽、电源、机壳或组架。 唯这些回路最后可接在一起，然后以单点接地； 接地面应具有高传导性（Conductivity）； 线路中之元件若经常产生大量的急变电流，则该线路应备 有单独的接地系统，或至少应备有单独之回路，以免影响 其它线路。 低能量信号之接地应与其它接地隔离； 切忌双股电缆分开安装；
搭接的形态
直接搭接：即搭接体间之直接连接； 直接搭接 间接搭接：即搭接体间以金属导线相连，其适合 间接搭接 于经常移动的装备，以及将安装防震垫〔Shock Mounts〕的装备，间接搭接时应特别注意共振效 应（Resonant Effect）,否则引入杂讯。 搭接的方法有熔接(Welding)、硬焊〔Brazing〕、 搭接的方法 软 焊 （ Sweating ） 、 砧 接 〔Swaging〕 、 铆 接 (Riveting)以及螺丝连接。
电磁场屏蔽的机理
H0/E0
H1/E1
电磁场屏蔽的机理
电磁屏蔽体对电磁的衰减主要是基于电磁 波的反射和电磁波的吸收两种方式。
电磁场屏蔽的机理（ 电磁场屏蔽的机理（续〕
与前面已讲述的电场屏蔽及磁场屏蔽的机理不同，电磁屏 蔽对于电磁波的衰减有三种不同的机理：
x 当电磁波在到达屏蔽体表面时，由于空气与金属的交界面上 阻抗的不连续，对入射波产生的反射。这种反射不要求屏蔽 材料必须有一定厚度，只要求交界面上的不连续； x 未被表面反射掉而进入屏蔽体的能量，在体内向前传播的过 程中，被屏蔽材料所衰减。这种物理过程被称为吸收； x 在屏蔽体内尚未衰减掉的剩余能量，传到材料的另一表面时， 在遇到金属与空气不连续的交界面时，会形成再次反射，并 重新返回屏蔽体内。这种反射在两个金属的交界面上可能有 多次的反射。
结构材料
适用于底板和机壳的材料大多数是良导体，如铜、铝等，可 以屏蔽电场，主要的屏蔽机理是反射而不是吸收。 对磁场的屏蔽需用铁磁材料，如高导磁率合金和铁。主要的 屏蔽机理是吸收而不是反射。 在强电磁场环境中，要求材料能屏蔽电场和磁场两种成分， 因此需要结构上完好的铁磁材料。屏蔽效率直接受材料厚度 以及搭接和接地方法好坏的影响。 对于塑料壳体，是在其内壁喷涂屏蔽层，或在汽塑时掺入金 属纤维。
何时解决EMC
可采取的措施
解决EMC的成本
设计
生产
使用
生产进程
EMC 三要素
干扰源 敏感设备 传播途径
EMC设计
接地（Grounding) 屏蔽(Shielding) 滤波(Filtering) 内部设计（PCB板〕
EMC设计三阶段
问题解决阶段 规范设计阶段 分析预测阶段
接地(Grounding) 接地
复合式接地
复合式单点接地将线路或装备加以归类， 而同时使用串联与并联法，可同时兼顾降 低杂讯以及减化施工与节省用料。
机架系统的接地树（例〕
保护地 电源地 工作地
背板 背板 背板
背板 背板
注意
由于频率的关系，无论何种接地方法均应 尽量缩短接地线，否则其非但增加阻抗， 同时更会产生辐射杂讯，因其作用有如天 线，接地线的长度L<λ/20。 不论何种接地法，最大的困扰均起自于地 电流的产生，因此去除地环路就成了设计 者的考验。
磁场屏蔽的机理