電磁干擾EMI三大解決方法

EMC的相關(guān)知識(shí)在之前的文章有寫過：電磁兼容（EMC）基礎(chǔ)知識(shí)

產(chǎn)生EMI（電磁干擾）應(yīng)采用的相應(yīng)對(duì)策：傳導(dǎo)干擾可采取濾波方式，輻射干擾可采用屏蔽和接地等措施，這些方式可以大大提高產(chǎn)品的抵抗電磁干擾的能力，也可以有效地降低對(duì)外界的電磁干擾。經(jīng)常聽說解決EMI三大解決方法：接地、濾波、屏蔽。

接地

產(chǎn)品的電路和設(shè)備外殼需要與一個(gè)公共參考點(diǎn)（一般為大地）相連。接地又可以細(xì)分為接安全地和接工作地。

接安全地：產(chǎn)品設(shè)備的機(jī)殼、機(jī)座等，要與大地相接，設(shè)備即使存在漏電，也不影響人身安全。

接工作地：信號(hào)的參考地平面，產(chǎn)品I/O端口接地等方式，就是接工作地，抑制信號(hào)干擾。

針對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，接地有下面四種情況：

①單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地

信號(hào)：工作頻率大于10MHz，建議采用多點(diǎn)接地，盡量降低地阻抗。如果采用單點(diǎn)接地，注意信號(hào)地長(zhǎng)度≤1/20λ。

有的資料提出電子設(shè)備是否選擇單點(diǎn)接地，主要取決于系統(tǒng)的工作信號(hào)頻率和接地線的長(zhǎng)度，即其表征量L/λ。L/λ<=0.1時(shí)，選擇單點(diǎn)接地，單點(diǎn)接地的應(yīng)用范圍一般在300kHz以下，在有些場(chǎng)合也可用在1MHz以下。

線纜：線纜屏蔽層的長(zhǎng)度以0.15λ為基準(zhǔn)，盡量采用多點(diǎn)接地。一般屏蔽層按0.05λ或0.1λ間隔接地?；旌辖拥貢r(shí)，一端屏蔽層接地，一端通過電容接地。

射頻：接地線盡量短，當(dāng)?shù)鼐€長(zhǎng)度是λ/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，阻抗會(huì)很高，同時(shí)相當(dāng)λ/4天線，向外輻射干擾信號(hào)。

②數(shù)字模塊與模擬模塊區(qū)分開，數(shù)字地與模擬地分開處理

③加粗接地線≥2mm，減小電流變化引起的噪聲

④接口的接地線閉環(huán)，縮小電位差值，提高抗噪聲能力

濾波

常見的濾波元器件是電容，電容常用的方式如下圖：

電容的阻抗公式：

高頻時(shí)，電容阻抗很小，高頻噪聲經(jīng)過此就會(huì)短路到地。除了電容，還可以選擇濾波器，濾除信號(hào)線上不需要的高頻干擾成份，解決高頻電磁輻射與接收干擾。電源濾波器安裝位置應(yīng)靠近電源線入口處，需要注意的是濾波器要保證良好接地。

濾波的處理有以下四點(diǎn)：

①濾波電路的性能與阻抗匹配的關(guān)系很大，源端和負(fù)載失配越大，濾波器衰減電磁干擾的能力越強(qiáng)。一般情況下，開關(guān)電源表現(xiàn)為低阻抗，負(fù)載端設(shè)計(jì)為高阻抗。

②增減共模和差模電容，調(diào)整電容參數(shù)和線圈匝數(shù)。共模電容的容量越大，共模阻抗越小，共模騷擾抑制效果越好。

③傳導(dǎo)干擾的問題可選用低通濾波的方式。

④接口處既有濾波又有防護(hù)電路，應(yīng)該遵從先防護(hù)后濾波的原則。

屏蔽

利用屏蔽體來阻擋或減小電磁能傳輸，可以抑制電磁干擾。屏蔽有兩個(gè)目的：

①防止內(nèi)部電磁能量輻射泄露出某區(qū)域

②防止外部電磁能量輻射干擾進(jìn)某區(qū)域

衡量屏蔽效能的公式：

E1，H1為無屏蔽體時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度

E2，H2為有屏蔽體時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度

高頻射頻屏蔽的關(guān)鍵是反射，低頻磁場(chǎng)屏蔽的關(guān)鍵是吸收。低頻的情況下，高電導(dǎo)率的材料吸收衰減少，對(duì)磁場(chǎng)屏蔽效果不好，需采用高磁導(dǎo)率的材料(如鍍鋅鐵)。磁場(chǎng)屏蔽還取決于厚度、幾何形狀、孔洞的線性尺寸。磁屏蔽要求高磁導(dǎo)率的材料做封閉的屏蔽體，為了讓渦流產(chǎn)生的磁通和干擾產(chǎn)生的磁通相消達(dá)到吸收的目的，對(duì)材料也有厚度的要求。

①屏蔽因素

產(chǎn)品的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，機(jī)箱部分為了更好屏蔽電磁輻射，既能照顧到機(jī)箱的散熱需求，又能有效地防止電磁波的衍射，開孔尺寸一般不超過4mm。需要注意的問題是，對(duì)于磁場(chǎng)輻射源，孔洞在近場(chǎng)區(qū)的屏蔽效能與電磁波的頻率沒有關(guān)系，也就是說，很小的孔洞也可能導(dǎo)致較大的泄漏。這時(shí)影響屏蔽效能的一個(gè)更重要參數(shù)是孔洞到輻射源的距離。

影響屏蔽因素：縫隙、開孔、電纜穿透等?？卓p泄漏量的因素主要有兩個(gè)：孔縫面積和孔縫最大線度尺寸。關(guān)于屏蔽性能和孔洞的關(guān)系公式：

SE：屏蔽效能(dB)

L：孔洞的長(zhǎng)度(mm)

H：孔洞的寬度(mm)

f：入射電磁波的頻率(MHz)

如果L大于λ/2，則SE=0(dB)。這個(gè)公式計(jì)算的是最壞情況下(造成最大泄露的極化方向)的屏蔽效能，實(shí)際情況下屏蔽效能可能會(huì)更高一些。

孔洞的問題，先要確定磁場(chǎng)的輻射源是不是在附近，再確定是需要通過重新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還是縮小孔洞尺寸來解決。

縫隙的問題，先檢查襯墊情況，再確定是通過安裝好相關(guān)襯墊還是密封縫隙的方式來解決泄露問題。

電纜的問題，先用上鐵氧體磁環(huán)看看輻射有沒有改善，然后考慮增加磁環(huán)，最后考慮濾波器或屏蔽線纜來解決。

②屏蔽與散熱

屏蔽和散熱是互相矛盾的，散熱孔一般是一組孔洞，利用風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)迫對(duì)流，這些孔洞將會(huì)引起電磁泄漏，使屏蔽效果下降，孔洞越大，屏蔽效果越差。通常系統(tǒng)的外殼都配置了散熱孔，這種散熱孔會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的屏蔽性能。

Ei入射電場(chǎng)強(qiáng)度

Et透射電場(chǎng)強(qiáng)度

SE為0，無屏蔽效果。屏蔽的效果SE要滿足相關(guān)產(chǎn)品的要求。

③屏蔽處理

屏蔽分兩種情況進(jìn)行，一種是針對(duì)干擾源進(jìn)行屏蔽，另一種為在耦合路徑上進(jìn)行屏蔽。屏蔽干擾源是對(duì)輻射比較嚴(yán)重的芯片進(jìn)行屏蔽，防止干擾源通過空間輻射影響到周邊敏感設(shè)備。在耦合路徑進(jìn)行屏蔽處理是防止噪聲通過互連結(jié)構(gòu)將噪聲放大，影響信號(hào)質(zhì)量。需要注意的是屏蔽都要進(jìn)行接地處理，盡量多點(diǎn)接地。常見的屏蔽處理方式：金屬罩屏蔽、銅箔屏蔽等。

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際進(jìn)行屏蔽設(shè)計(jì)，端口、通風(fēng)孔、孔洞、連接縫隙的屏蔽性都是值得考慮的因素。要清楚產(chǎn)品所需的屏蔽性能，先要確定輻射源，明確頻率范圍，再根據(jù)各個(gè)頻段的互連結(jié)構(gòu)，確定控制要素，進(jìn)而選擇恰當(dāng)?shù)钠帘尾牧希O(shè)計(jì)屏蔽殼體。

審核編輯：郭婷