结构方面的EMC设计

讲师：李文博2016.06.20

1. 简单介绍EMC的概念

2. EMC设计内容

3. EMC问题的来源

4. EMC测试项目

5. EMC方法：屏蔽

6. EMC方法：接地

7. 常用EMC物料(结构)

电磁兼容（Electromagnetic Compatibility , EMC）主要包含两方面的内容：电磁干扰（Electromagnetic interference , EMI）

电磁敏感度（Electromagnetic susceptibility , EMS）

电磁兼容设计基本目的：

A 产品内部的电路互相不产生干扰，达到预期的功能。

B 产品产生的电磁干扰强度低于特定的极限值。

C 产品对外界的电磁干扰有一定的抵抗能力。

电磁兼容设计可分为：

信号设计、线路设计、屏蔽、接地与搭接、滤波、合理布局其中与结构关系较大的有：

屏蔽、接地与搭接、合理布局

注意：并不代表其他措施与结构设计完全无关，结构设计亦需配合完成其他措施比如滤波。

所有电器和电子设备工作时都会有间歇或连续性电压电流变化，有时变化速率还相当快，这样会导致在不同频率内或一个频带间产生电磁能量，而相应的电路则会将这种能量发射到周围的环境中。

EMI 有两条途径离开或进入一个电路：辐射和传导。

信号辐射是通过外壳的缝、槽、开孔或其他缺口泄漏出去；而信号传导则通过耦合到电源、信号和控制线上离开外壳，在开放的空间中自由辐射，从而产生干扰。

辐射发射测试

电源线传导发射测试

控制与信号线传导发射测试

低频传导发射测试

瞬态传导发射测试辐射抗扰度测试大电流注入测试发射器射频抗扰度测试低频磁场抗扰度测试电源线瞬态传导抗扰度测试

信号线瞬态传导抗扰度测试

静电放电测试

电磁发射（EMI ）的检验项目有

电磁抗扰度（EMS ）的检验项目有：

电磁屏蔽是解决电磁兼容问题的重要手段之一，绝大部分电磁兼容问题的最大好处是不会影响电路的工作。

电磁屏蔽的目的有两个：

1. 限制内部的辐射电磁能越出某一个区域；

2. 防止外来的辐射进入某一区域。即切断电磁波的传播途径。

屏蔽种类：

屏蔽按其机理可以分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽三种。

需要注意的是，在实际工程中，通常将电磁场屏蔽与电场屏蔽合二为一。

将屏蔽体接地即可实现电磁场屏蔽与电场屏蔽的统一。

屏蔽的设计中，主要考虑以下三个方面的问题：

a、屏蔽板尽量靠近CPU等被屏蔽元件，并且屏蔽板必须可靠接地。其作用从理论上来看，屏蔽板相当于造就了分布电容，且越靠近被屏蔽元件其分布电容的容量越大，其屏蔽效果越好。

b、屏蔽板的形状对屏蔽效能的高低有明显影响，理论上全封闭的金属盒可以有最好的电场屏蔽效果。

c、屏蔽板的材料以良导体（铝、铜等）为好，屏蔽材料的厚度满足强度要求即可。

盖板增加接缝长度

盖板(1)

(2)

机箱至少是两个零件的组合体，盒体和盖板。而盒体和盖板之间一般情况下需要经常拆卸，不可能用焊接完全密封。要取得良好的屏蔽效能，必须使盒体和盖板间的接触电阻减至最小。

机箱内设备功率较大时，通常需要布置通风孔，进行通风散热。

通常做法为：

a、在不影响散热的情况下，通风孔应尽量小。

b、通风孔位置应尽量远离干扰源。

局部开孔的屏蔽效能可以根据经验来判断，当开孔的最大尺寸等于波长的1/20时，屏蔽效能约20dB。因此对于屏蔽效能20的dB/1GHz时，局部开孔尺寸应小于15mm(1GHz波长为300mm)。实际上，当孔间距远远大于孔的最大尺寸时，孔的数量已经可以忽略，这时应适当放宽孔的最大尺寸要求。

如果信号幅值初始A,那么就是20logA；衰减后的信号幅值为B，那么就是

20logB，衰减了20db的数学表达就是20logA-20logB=-20db=20log（A/B），则A/B=10；所以衰减20db的意思就是衰减的信号是原来的十分之一。

因为现实中有些物理量，比如声音响度、地震烈度，因为用原有的基础量纲表示起来太麻烦，要写很多数字（这些量太大或者太小了）。所以就选取一个标准，比如功率就是用1w和1mw为标准，然后与之相比，取对数，这样一来的话，即使是相差1000倍功率的信号，写出来也不过差30dB而已，比起一堆数字方便太多。通信类常用的另一个原因是计算增益或者衰减的时候，可以直接相加减，比如0dBm的信号是1mw，他的1000倍是30dB的增益，这样信号就变成30dBm，但是你计算的时候不用乘，只要加减就好（因为相当于是给指数做运算），不用乘除。

多孔薄型屏蔽层：

多孔的例子很多，比如薄金属片上的通风孔等等，当各孔间距较近时设计上必须要仔细考虑。下面是此类情况下屏蔽效率计算公式

屏蔽效率SE=[20lg (fc/o/σ)]-10lg n

其中fc/o:截止频率σ:屏蔽罩材质导电率n:孔洞数目

注意：此公式仅适用于孔间距小于孔直径的情况，也可用于计算金属编织网的相关屏蔽效率

SE dB=A+R+B+K1+K2+K3

A 孔眼的传输衰减，单位dB。

R 孔眼的单次反射损耗，单位dB。

B 多次反射修正项，单位dB。

K1 与孔数相关的修正项，单位dB。

K2 由于集肤深度不同而引入的低频修正项，单位dB。K3 由于相邻孔间的相互耦合引入的修正项，单位dB

屏蔽体上开小孔屏蔽体上栽截止波导管用隔离舱将操作器件隔离出

波导管的频率特性也可以用截止频率来描述，低于截止频率的电磁波不能通过波导管，高于截止频率的电磁波可以通过波导管

矩形波导管的截止频率：fc=15×109 /L

圆形波导管的截止频率：fc=17.6×109 /L

六角波导管的截止频率：fc=15×109 /L

式中：L是波导管的开口最大尺寸，单位是cm；fc 的单位是Hz

截止波导管的吸收损耗：落在波导管频率截止区内的电磁波穿过波导管时，会发生衰减，截止波导管的吸收损耗计算公式如下

圆形截止波导管：A=32T/L

矩形(六角形)截止波导管：A=27T/L

式中：L是波导管的开口最大尺寸，单位是cm；T是截止波导管的长度，单位是cm