一起聊聊屏蔽和EMC的故事

眾所周知，解決EMC的三大法寶為：屏蔽、接地和濾波。

今天我們就來一起聊聊屏蔽和EMC的故事。

Part 1

屏蔽的原理

首先，我們要了解屏蔽的概念。

屏蔽就是用金屬對兩個(gè)空間區(qū)域進(jìn)行隔離, 用以控制一個(gè)空間區(qū)域的電場? 磁場和電磁波對另一個(gè)空間區(qū)域的影響，通常的手段為感應(yīng)和輻射?

對屏蔽的使用通常采取兩種形式，一種是屏蔽干擾源，防止干擾電磁場向外傳播，從而影響其它敏感設(shè)備;

另一種形式為屏蔽敏感設(shè)備，防止它們受到外界電磁場的干擾?

屏蔽體之所以能產(chǎn)生屏蔽效果，主要有以下原因：

渦流損耗：屏蔽體可以吸收來自導(dǎo)線? 電纜? 元器件? 電路或系統(tǒng)等外部的干擾電磁波和內(nèi)部電磁波的能量。

反射能量：電磁波在屏蔽體上的界面會(huì)產(chǎn)生反射。如下圖，這也是大部分產(chǎn)品中用屏蔽體的原因?？梢杂脗鬏斁€理論中的阻抗失配理論來解釋。

薄的和厚的屏蔽體屏蔽效果相同，可以用高頻中信號的趨膚效應(yīng)來解釋。

抵消能量：由于屏蔽體的電磁感應(yīng)，會(huì)在在屏蔽層上產(chǎn)生反向電磁場, 從而可以抵消部分干擾電磁波?

Part 2

屏蔽設(shè)計(jì)的基本原則

下面主要介紹一些屏蔽中通常使用的手段或者措施。

屏蔽體結(jié)構(gòu)要盡量簡潔，盡可能減少不必要的孔洞，盡可能不要增加額外的縫隙。

避免開細(xì)長孔，通風(fēng)孔盡量采用圓孔并陣列排放。屏蔽和散熱有矛盾時(shí)盡可能開小孔，多開孔，避免開大孔。

重視電纜的處理措施，例如，嚴(yán)禁屏蔽電纜直穿屏蔽體（電纜屏蔽層一定要與屏蔽體做360°搭接），電纜的處理往往比屏蔽本身還重要。

屏蔽體的電連續(xù)性是影響結(jié)構(gòu)件屏蔽效能最主要的因素，相對而言，材料本身屏蔽性能的影響是微不足道的（低頻磁場例外）。

屏蔽效能只與孔的最大尺寸有關(guān)，而與孔的面積并沒有直接關(guān)系，因此在設(shè)計(jì)中盡量開圓孔，其次考慮是開方孔，盡量避免開長腰孔。

孔縫的最大尺寸不能超過以下兩種情況的最小尺寸：①開孔尺寸電路最大工作頻率波長的1/100 ②當(dāng)這個(gè)屏蔽體有共模干擾電流流過時(shí)，長度小于0.15m。

在我們關(guān)注的一些頻率上，使用有低轉(zhuǎn)移阻抗的屏蔽電纜，盡可能使用雙層、三層或四層的編織屏蔽電纜。

避免懸空金屬存在? 懸空金屬將造成在噪聲源與懸空金屬之間形成較高的共模電壓, 在此共模電壓的驅(qū)動(dòng)下，此懸空金屬將會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的輻射? 特別是大面積的金屬，由于其分布電容較大, 故而容易產(chǎn)生電場耦合，好的方法是把它們就近良好的接地? 所以一般散熱片?金屬屏蔽罩?金屬支架以及PCB上沒被利用的金屬面都應(yīng)該接地?

接口信號連接器建議選用帶屏蔽外殼的連接器，尤其是高頻信號連接器。

機(jī)箱的通風(fēng)窗或觀察窗應(yīng)盡可能安裝在輻射水平較低的位置。如果通風(fēng)窗或觀察窗是由矩形孔構(gòu)成的，還應(yīng)該考慮輻射場在窗口位置的各個(gè)方向的極化水平，盡量使矩形孔的長邊不在輻射水平最大的極化方向上，以便使從機(jī)箱輻射出去的電磁能量最少。

屏蔽電纜的屏蔽層應(yīng)該雙端接地, 除非與屏蔽電纜互聯(lián)的產(chǎn)品既不怕干擾也不會(huì)產(chǎn)生 EMI 騷擾 (如無源傳感器), 屏蔽電纜屏蔽層應(yīng)該接被連接產(chǎn)品的金屬殼體, 如果被連接產(chǎn)品是塑料殼體, 則屏蔽層應(yīng)該接被連接 PCB 板的工作地?

Part 3

屏蔽材料和搭接

屏蔽設(shè)計(jì)和搭接密不可分，所謂搭接，顧名思義，就是在兩個(gè)金屬表面之間用導(dǎo)電材料連在一起，形成一個(gè)低阻抗的電氣連接。

在屏蔽設(shè)計(jì)中，如果存在兩個(gè)金屬搭接，則通常會(huì)在搭接處用密封襯墊，包括金屬絲網(wǎng)條、導(dǎo)電橡膠、螺旋管、多重導(dǎo)電橡膠、指形簧片、導(dǎo)電布襯墊等。

不同襯墊材料的特點(diǎn)比較如下：