产品EMC结构设计技术详解

表 1 GJB151A-97 常用项目
分类 （电磁发EM射I测试项
目）
（电磁E敏M感S度测试 项目）
传导
名称
辐射
电源线传导发射 CE101 25Hz~10KHz
RE101
电源线传导发射 CE102 10KHz~10MHz
RE102
电源线传导敏感度 CS101 25Hz~10KHz
RS101
CS106 电源线尖峰信号传导敏感度 RS103
3.1.1.2、电磁场屏蔽的有效性是用屏蔽效能来度量。它表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度。 屏蔽体的屏蔽效能由两部分构成：吸收损耗和反射损耗。为了提高屏蔽材料的屏蔽效能， 必须想办法提高吸收损耗和反射损耗。当电磁波入射到不同媒体的分界面时，就会发生反 射，于是减小了继续传播电磁波的强度，于是构成反射损耗。 当电磁波在屏蔽材料中传播时，同样会产生损耗，于是构成吸收损耗。吸收损耗的计算公
0.76
1M
0.08
0.08
0.008
10M
0.02
0.025
从吸收损耗的公式可以得出以下结论：
0.0025
a、屏蔽材料的吸收损耗和屏蔽材料的厚度、磁导率、电导率成正比； b、屏蔽材料的吸收损耗和被屏蔽电磁波的频率成正比； c、屏蔽材料的厚度每增加一个趋肤深度，吸收损耗增加约 9dB。 反射损耗的因素：
电磁兼容设计主要从三个方面进行：电磁干扰源、耦合途径、敏感设备。 耦合途径主要是传导和辐射。 具体在工程措施上，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。但这并不代 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。
二、常用测试项目 2.1、在电磁兼容性设计中遇到的常用测试项目，从干扰源与被干扰对象角度可分为两类：
EMI（电磁发射测试）和 EMS（电磁敏感度测试）。 EMI（电磁发射）：被测设备为干扰源，测试被测设备对外界发射的电磁干扰水平。 EMS（电磁敏感度）：被测设备为被干扰对象，通过测试仪器对其施加干扰，测试其 抗干扰能力。 从干扰路径区分，又可分为传导测试与辐射测试两类。 综合起来测试项目可分为四种测试模式： CE-传导发射测试，CS-传导敏感度测试； RE-辐射发射测试，RS-辐射敏感度测试。 2.2、GJB151A-97 常用测试项目表
10KHz~400MHz 电缆束注入传导
CS114
敏感度
CS115 电缆束注入脉冲激励传导敏感度
10KHzwk.baidu.com100MHz 电缆和电源线阻
CS116 尼正弦瞬变传导敏感度
名称 磁场辐射 25Hz~100KHz
发射 电场辐射 10KHz~18GHz
发射 25Hz~10敏0K感Hz度磁场辐射 电场辐射 10KHz~18GHz
项目是个效费比很高的措施，可以有效避免工程项目因为电磁兼容测试未通过而进行较大 修改，产生不必要的成本增加。另一方面，设计初期可以采取相对较多的措施来满足电磁 兼容要求，而后期可采取的措施比较少。在电磁兼容设计过程中，针对电磁兼容性设计中 的重点和关键，分析并预测各种可能发生的电磁兼容问题，并从设计初期就采取各种技术 措施，包括电路硬件与结构相结合、电路硬件与软件相结合的技术措施。
电场反射损耗的计算公式：Re=322+10 lg σr/μr f^3 r^2 磁场反射损耗的计算公式：Rn=322+10 lgμr f^3 r^2/μr 式中：f 为入射电磁波的频率； σr 为相对电导率； μr 为相对磁导率。 从上述理论的综合屏蔽效能来看，在低频段，由于趋肤深度很大，屏蔽效能主要取
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。电磁屏蔽技术作为解决电磁兼容性问题的重点措施之一。
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。
需要注意的是在电场屏蔽中，最重要的一点是屏蔽壳体的接地质量。 在电场屏蔽的设计中，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。
敏感度
其中与结构设计关系较大的有 CE101、CE102、RE101、RE102、CS101、 RS101 、 RS103。
2.3、汽车电子设备常用测试项目表
图 1 汽车电子常用测试项目
三、设计规范 3.1、屏蔽
电磁屏蔽的目的有两个：一个限制内部的辐射电磁能越出某一个区域；而是防止外来 的辐射进入某一区域。即切断电磁波的传播途径。
简单介绍 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。 在整个工程项目中，必须在设计初期开始考虑电磁兼容设计。一方面，这对整个工程
3.1.1、电场屏蔽和电磁场屏蔽设计 3.1.1.1、电场屏蔽主要作用是防止静电场和低频交变电场的影响，消除两个设备或两个电 路之间由于分布电容耦合所产生的影响。在结构设计中通常为两个设备或两个模块之间的 电场屏蔽。
若屏蔽的为交流源，则频率在 10kHz 以下时采用电场屏蔽，高于 10kHz 时屏蔽效果 将会变差。
式：
A=20 1g(E0/E1)=20 lg(e^（t/δ）) dB
式中趋肤深度δ=0.066/(f μr σr)^0.5mm，f 单位为 MHz。
表 2 常用金属的趋肤深度表（单位为毫米）
频率 Hz
铜
铝
钢
μ金属
100
6.6
8.38
0.66
0.48
1K
2.08
2.67
0.2
0.08
10K
0.66
0.89