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電磁干擾；簡(jiǎn)單的說(shuō)是差模干擾和共模干擾！共模（CM）干擾定義為任何載流導(dǎo)體與參考地之間的不希望有的電位差；差模（DM）干擾定義為任何兩個(gè)載流導(dǎo)體之間的不希望有的電位差！
當(dāng)然在高速信號(hào)電路PCB及系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，高頻信號(hào)線、關(guān)鍵IC電路的引腳、各類連接線及接插件等都可能成為具有天線特性的輻射騷擾源，能發(fā)射電磁波并影響其他系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其他敏感線路系統(tǒng)的正常工作。
關(guān)于電磁干擾：即干擾可以以兩種不同的模式（共模電流模式和差模電流模式）存在，我用如下圖a和圖b進(jìn)行示意！
“共?！备蓴_是指存在于線（包括電源線、信號(hào)線在內(nèi)）對(duì)大地之間的干擾，其中，對(duì)于電源線，則特指火線對(duì)大地，或中線對(duì)大地之間的干擾。對(duì)三相電路來(lái)說(shuō)，共模干擾存在于任何一相與大地之間的干擾。共模干擾有時(shí)也稱為縱模干擾、不對(duì)擾干擾和接地干擾。這是載流導(dǎo)體與大地之間的干擾。
“差?！备蓴_是線與線之間（包括電源線之間，信號(hào)線和它的接地回線之間）的干擾。針對(duì)電源線，差模干擾則特指相線與中線之間的干擾；對(duì)三相電路來(lái)說(shuō)，差模干擾還指存在于相線與相線之間的干擾。差模干擾有時(shí)也稱為常模干擾、橫模干擾或?qū)ΨQ干擾。這是載流導(dǎo)體之間的電位差。
干擾存在的模式提示出了干擾源與耦合通路之間的關(guān)系。舉例說(shuō)共模干擾提示了干擾是由輻射或串?dāng)_形式耦合到電路里面的。如雷電、設(shè)備近處的電弧、附近的電臺(tái)、其他大功率輻射裝置在電源線上的干擾，也包括機(jī)箱內(nèi)部線路或其他電纜對(duì)電源線的干擾。由于是來(lái)自空間的感應(yīng)（電磁輻射、電感耦合和電容耦合），故對(duì)每一根線的作用是相同的。
而差模干擾則提示出干擾是起源在同一電源線路之中（直接注入）。如同一線路中工作的電機(jī)、開(kāi)關(guān)電源、可控硅等，它們?cè)陔娫淳€上所產(chǎn)生的干擾就是差模干擾。
通常，線路上干擾電壓的這兩種分量是同時(shí)存在的，而且由于線路阻抗的不平衡，兩種分量在傳輸中會(huì)互相轉(zhuǎn)變。干擾在線路上經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳輸后，差模分量的衰減要比共模分量大，這是因?yàn)榫€間阻抗和線-地阻抗不同的緣故。另一方面，共模干擾的頻率一般分布在1～2MHz以上，因此共模干擾在線路上傳輸?shù)耐瑫r(shí)，還會(huì)向周?chē)徑臻g輻射（這是因?yàn)榫€-地阻抗較大，加上共模干擾的頻率比較高，故容易逸出傳輸線，形成空間輻射）。
電源線的輻射，特別是進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部后的電源線輻射，可進(jìn)一步耦合到信號(hào)電路去形成干擾。而差模干擾的頻率相對(duì)較低，不易形成輻射。再加上在一般線路中，在對(duì)付差模干擾時(shí)己經(jīng)有了不少措施（比如EMI濾波器的設(shè)計(jì)）；因此由差模干擾引起設(shè)備誤動(dòng)作的機(jī)會(huì)相對(duì)少些。因此，設(shè)備的敏感度問(wèn)題大部分是由共模干擾引起的。
1.較小的共模電流能夠產(chǎn)生強(qiáng)度很高的輻射；
2.很多因素都能導(dǎo)致共模電流（共模干擾）；
比如：
A.電網(wǎng)串入共模干擾電壓-(我們EMS的部分模擬測(cè)試)
B.輻射干擾(如雷電，設(shè)備電弧，附近電臺(tái)，大功率輻射源)在信號(hào)線上感應(yīng)出共模干擾。
C.接地電壓不一樣。也就是說(shuō)地電位差異引入共模干擾。
D.也包括設(shè)備內(nèi)部電線對(duì)電源線的影響。
造成電磁干擾復(fù)雜性（特別電源線干擾的復(fù)雜性）的另一個(gè)原因是干擾表現(xiàn)的形式很多，可以從持續(xù)期很短的尖峰干擾；其中也包括了電壓的變化（如電壓跌落、浪涌和中斷）、頻率變化、波形失真（包括電壓和電流的）、持續(xù)噪聲或雜波，以及瞬變等等。我們經(jīng)常用以下最主要的瞬態(tài)干擾類型進(jìn)行模擬測(cè)試分析：
瞬態(tài)干擾（EMS）對(duì)設(shè)備會(huì)產(chǎn)生威脅，出現(xiàn)產(chǎn)品功能及性能的問(wèn)題！
EMC問(wèn)題常常是制約我們電子產(chǎn)品出口的一個(gè)原因，我先介紹對(duì)于電子設(shè)備及如上圖的電子產(chǎn)品我們從結(jié)構(gòu)上的屏蔽機(jī)理方法；當(dāng)然結(jié)構(gòu)上有足的方面我們需要從產(chǎn)品&設(shè)備電子線路的濾波，干擾信號(hào)接地電磁場(chǎng)抵消等技術(shù)手段進(jìn)行抑制。
電磁兼容性(EMC)是指“一種器件、設(shè)備或系統(tǒng)的性能，它可以使其在自身環(huán)境下正常工作并且同時(shí)不會(huì)對(duì)此環(huán)境中任何其他設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈電磁干擾；對(duì)于無(wú)線收發(fā)設(shè)備來(lái)說(shuō)，采用非連續(xù)頻譜可部分實(shí)現(xiàn)EMC性能；我們的目的是防止對(duì)無(wú)線電通信設(shè)備產(chǎn)生干擾！但是很多有關(guān)的例子表明EMC并不總是能夠做到例如在筆記本電腦和測(cè)試設(shè)備之間、打印機(jī)和臺(tái)式電腦之間以及蜂窩電話和醫(yī)療儀器之間等高頻干擾，我們把這種干擾稱為電磁干擾(EMI)。
EMC問(wèn)題來(lái)源
A.電網(wǎng)串入共模干擾電壓-(我們EMS的部分模擬測(cè)試)
B.輻射干擾(如雷電，設(shè)備電弧，附近電臺(tái)，大功率輻射源)在信號(hào)線上感應(yīng)出共模干擾。
C.接地電壓不一樣。也就是說(shuō)地電位差異引入共模干擾。
D.也包括設(shè)備內(nèi)部電線對(duì)電源線的影響。
所有電器和電子設(shè)備工作時(shí)都會(huì)有間歇或連續(xù)性電壓電流變化，有時(shí)變化速率還相當(dāng)快，這樣會(huì)導(dǎo)致在不同頻率內(nèi)或一個(gè)頻帶間產(chǎn)生電磁能量，而相應(yīng)的電路則會(huì)將這種能量發(fā)射到周?chē)沫h(huán)境中。
EMI有兩條途徑離開(kāi)或進(jìn)入一個(gè)電路：輻射和傳導(dǎo)信號(hào)輻射是通過(guò)外殼的縫、槽、開(kāi)孔或其他缺口泄漏出去；而信號(hào)傳導(dǎo)則通過(guò)耦合到電源、信號(hào)和控制線上離開(kāi)外殼，在開(kāi)放的空間中自由輻射，從而產(chǎn)生干擾。
很多EMI抑制都采用外殼屏蔽和縫隙屏蔽結(jié)合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，大多數(shù)時(shí)候下面這些簡(jiǎn)單原則可以有助于實(shí)現(xiàn)EMI屏蔽！
我們首先應(yīng)該從源頭處降低干擾；通過(guò)屏蔽、濾波或接地將干擾產(chǎn)生電路進(jìn)行隔離以及增強(qiáng)敏感電路的抗干擾能力等等；EMC的電路控制設(shè)計(jì)階段我們就應(yīng)完成；往往電子設(shè)計(jì)師們對(duì)這方面比較欠缺！我在后面的分析設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，重點(diǎn)對(duì)我們的盲區(qū)和薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)踐總結(jié)，推薦給大家參考！
我先對(duì)最簡(jiǎn)單易懂的-采用屏蔽的方法簡(jiǎn)單介紹給大家！屏蔽材料是一種有效降低EMI的方法如今已有多種外殼屏蔽材料得到廣泛使用，從金屬殼體的設(shè)計(jì)、薄金屬片和箔帶到在導(dǎo)電織物或卷帶上噴射涂層及鍍層(如導(dǎo)電漆及鋅線噴涂等)無(wú)論是金屬還是涂有導(dǎo)電層的塑料，一旦設(shè)計(jì)師確定屏蔽外殼材料之后，就可著手開(kāi)始選擇襯墊，產(chǎn)品金屬板的搭接及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等等系列設(shè)計(jì)。
金屬屏蔽效率
可用屏蔽效率(SE)對(duì)屏蔽罩的適用性進(jìn)行評(píng)估，其單位是分貝，計(jì)算公式為：
SEdB=A+R+B
其中 A：吸收損耗(dB) R：反射損耗(dB)B：校正因子(dB)(適用于薄屏蔽罩內(nèi)存在多個(gè)反射的情況)。
一個(gè)簡(jiǎn)單的屏蔽罩會(huì)使所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)強(qiáng)度降至最初的十分之一，即SE等于20dB；而有些場(chǎng)合可能會(huì)要求將場(chǎng)強(qiáng)降至為最初的十萬(wàn)分之一，即SE要等于100dB。
吸收損耗是指電磁波穿過(guò)屏蔽罩時(shí)能量損耗的數(shù)量，吸收損耗計(jì)算式為
AdB=1.314(f×σ×μ)1/2×t
其中 f：頻率(MHz) μ：銅的導(dǎo)磁率 σ：銅的導(dǎo)電率 t：屏蔽罩厚度
反射損耗(近場(chǎng))的大小取決于電磁波產(chǎn)生源的性質(zhì)以及與波源的距離對(duì)于桿狀或直線形發(fā)射天線而言，離波源越近波阻越高，然后隨著與波源距離的增加而下降，但平面波阻則無(wú)變化(恒為377)。
相反，如果波源是一個(gè)小型線圈，則此時(shí)將以磁場(chǎng)為主，離波源越近波阻越低波阻隨著與波源距離的增加而增加，但當(dāng)距離超過(guò)波長(zhǎng)的六分之一時(shí)，波阻不再變化，恒定在377處。
反射損耗隨波阻與屏蔽阻抗的比率變化，因此它不僅取決于波的類型，而且取決于屏蔽罩與波源之間的距離這種情況適用于小型帶屏蔽的設(shè)備。
近場(chǎng)反射損耗可按下式計(jì)算
R(電)dB=321.8-(20×lgr)-(30×lg f)-[10×lg(μ/σ)] R(磁)dB=14.6+(20×lg r)+(10×lg f)+[10×lg(μ/σ)]
其中 r：波源與屏蔽之間的距離
SE算式最后一項(xiàng)是校正因子B，其計(jì)算公式為
B=20lg[-exp(-2t/σ)]
此式僅適用于近磁場(chǎng)環(huán)境并且吸收損耗小于10dB的情況由于屏蔽物吸收效率不高，其內(nèi)部的再反射會(huì)使穿過(guò)屏蔽層另一面的能量增加，所以校正因子是個(gè)負(fù)數(shù)，表示屏蔽效率的下降情況。
EMI抑制策略
只有如金屬和鐵之類導(dǎo)磁率高的材料才能在極低頻率下達(dá)到較高屏蔽效率這些材料的導(dǎo)磁率會(huì)隨著頻率增加而降低，另外如果初始磁場(chǎng)較強(qiáng)也會(huì)使導(dǎo)磁率降低，還有就是采用機(jī)械方法將屏蔽罩作成規(guī)定形狀同樣會(huì)降低導(dǎo)磁率綜上所述，選擇用于屏蔽的高導(dǎo)磁性材料非常復(fù)雜，通常要向EMI屏蔽材料供應(yīng)商以及有關(guān)咨詢機(jī)構(gòu)尋求解決方案。
在高頻電場(chǎng)下，采用薄層金屬作為外殼或內(nèi)襯材料可達(dá)到良好的屏蔽效果，但條件是屏蔽必須連續(xù)，并將敏感部分完全遮蓋住，沒(méi)有缺口或縫隙(形成一個(gè)法拉第籠)然而在實(shí)際中要制造一個(gè)無(wú)接縫及缺口的屏蔽罩是不可能的，由于屏蔽罩要分成多個(gè)部分進(jìn)行制作，因此就會(huì)有縫隙需要接合，另外通常還得在屏蔽罩上打孔以便安裝與插卡或裝配組件的連線。
設(shè)計(jì)屏蔽罩的困難在于制造過(guò)程中不可避免會(huì)產(chǎn)生孔隙，而且設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中還會(huì)需要用到這些孔隙制造、面板連線、通風(fēng)口、外部監(jiān)測(cè)窗口以及面板安裝組件等都需要在屏蔽罩上打孔，從而大大降低了屏蔽性能盡管溝槽和縫隙不可避免，但在屏蔽設(shè)計(jì)中對(duì)與電路工作頻率波長(zhǎng)有關(guān)的溝槽長(zhǎng)度作仔細(xì)考慮是很有好處的。
任一頻率電磁波的波長(zhǎng)為: 波長(zhǎng)(λ)=光速(C)/頻率(Hz)
當(dāng)縫隙長(zhǎng)度為波長(zhǎng)(截止頻率)的一半時(shí),RF波開(kāi)始以20dB/10倍頻(1/10截止頻率)或6dB/8倍頻(1/2截止頻率)的速率衰減通常RF發(fā)射頻率越高衰減越嚴(yán)重，因?yàn)樗牟ㄩL(zhǎng)越短當(dāng)涉及到最高頻率時(shí)，必須要考慮可能會(huì)出現(xiàn)的任何諧波，不過(guò)實(shí)際上只需考慮一次及二次諧波即可。
一旦知道了屏蔽罩內(nèi)RF輻射的頻率及強(qiáng)度，就可計(jì)算出屏蔽罩的最大允許縫隙和溝槽例如如果需要對(duì)1GHz(波長(zhǎng)為300mm)的輻射衰減26dB,則150mm的縫隙將會(huì)開(kāi)始產(chǎn)生衰減，因此當(dāng)存在小于150mm的縫隙時(shí)，1GHz輻射就會(huì)被衰減所以對(duì)1GHz頻率來(lái)講，若需要衰減20dB，則縫隙應(yīng)小于15 mm(150mm的1/10)，需要衰減26dB時(shí)，縫隙應(yīng)小于7.5 mm(15mm的1/2以上)，需要衰減32dB時(shí)，縫隙應(yīng)小于3.75 mm(7.5mm的1/2以上)。
可采用合適的導(dǎo)電襯墊使縫隙大小限定在規(guī)定尺寸內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)這種衰減效果。
屏蔽設(shè)計(jì)難點(diǎn)
由于接縫會(huì)導(dǎo)致屏蔽罩導(dǎo)通率下降，因此屏蔽效率也會(huì)降低要注意低于截止頻率的輻射其衰減只取決于縫隙的長(zhǎng)度直徑比，例如長(zhǎng)度直徑比為3時(shí)可獲得100dB的衰減在需要穿孔時(shí)，可利用厚屏蔽罩上面小孔的波導(dǎo)特性；另一種實(shí)現(xiàn)較高長(zhǎng)度直徑比的方法是附加一個(gè)小型金屬屏蔽物，如一個(gè)大小合適的襯墊上述原理及其在多縫情況下的推廣構(gòu)成多孔屏蔽罩設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。
多孔薄型屏蔽層：多孔的例子很多，比如薄金屬片上的通風(fēng)孔等等，當(dāng)各孔間距較近時(shí)設(shè)計(jì)上必須要仔細(xì)考慮下面是此類情況下屏蔽效率計(jì)算公式
SE=[20lg (fc/o/σ)]-10lg n 其中 fc/o：截止頻率 n：孔洞數(shù)目
注意此公式僅適用于孔間距小于孔直徑的情況，也可用于計(jì)算金屬編織網(wǎng)的相關(guān)屏蔽效率。
接縫和接點(diǎn)：電焊、銅焊或錫焊是薄片之間進(jìn)行永久性固定的常用方式，接合部位金屬表面必須清理干凈，以使接合處能完全用導(dǎo)電的金屬填滿不建議用螺釘或鉚釘進(jìn)行固定，因?yàn)榫o固件之間接合處的低阻接觸狀態(tài)不容易長(zhǎng)久保持。
導(dǎo)電襯墊的作用是減少接縫或接合處的槽、孔或縫隙，使RF輻射不會(huì)散發(fā)出去EMI襯墊是一種導(dǎo)電介質(zhì)，用于填補(bǔ)屏蔽罩內(nèi)的空隙并提供連續(xù)低阻抗接點(diǎn)通常EMI襯墊可在兩個(gè)導(dǎo)體之間提供一種靈活的連接，使一個(gè)導(dǎo)體上的電流傳至另一導(dǎo)體。
封孔EMI襯墊的選用可參照以下性能參數(shù)：
·特定頻率范圍的屏蔽效率
·安裝方法和密封強(qiáng)度
·與外罩電流兼容性以及對(duì)外部環(huán)境的抗腐蝕能力
·工作溫度范圍
·成本
大多數(shù)商用襯墊都具有足夠的屏蔽性能以使設(shè)備滿足EMC標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)鍵是在屏蔽罩內(nèi)正確地對(duì)墊片進(jìn)行設(shè)計(jì)。
墊片系統(tǒng)：一個(gè)需要考慮的重要因素是壓縮，壓縮能在襯墊和墊片之間產(chǎn)生較高導(dǎo)電率襯墊和墊片之間導(dǎo)電性太差會(huì)降低屏蔽效率，另外接合處如果少了一塊則會(huì)出現(xiàn)細(xì)縫而形成槽狀天線，其輻射波長(zhǎng)比縫隙長(zhǎng)度小約4倍
確保導(dǎo)通性首先要保證墊片表面平滑、干凈并經(jīng)過(guò)必要處理以具有良好導(dǎo)電性，這些表面在接合之前必須先遮??；另外屏蔽襯墊材料對(duì)這種墊片具有持續(xù)良好的粘合性也非常重要導(dǎo)電襯墊的可壓縮特性可以彌補(bǔ)墊片的任何不規(guī)則情況。
所有襯墊都有一個(gè)有效工作最小接觸電阻，設(shè)計(jì)人員可以加大對(duì)襯墊的壓縮力度以降低多個(gè)襯墊的接觸電阻，當(dāng)然這將增加密封強(qiáng)度，會(huì)使屏蔽罩變得更為彎曲大多數(shù)襯墊在壓縮到原來(lái)厚度的30[%]至70[%]時(shí)效果比較好因此在建議的最小接觸面范圍內(nèi)，兩個(gè)相向凹點(diǎn)之間的壓力應(yīng)足以確保襯墊和墊片之間具有良好的導(dǎo)電性。
另一方面，對(duì)襯墊的壓力不應(yīng)大到使襯墊處于非正常壓縮狀態(tài)，因?yàn)榇藭r(shí)會(huì)導(dǎo)致襯墊接觸失效，并可能產(chǎn)生電磁泄漏與墊片分離的要求對(duì)于將襯墊壓縮控制在制造商建議范圍非常重要，這種設(shè)計(jì)需要確保墊片具有足夠的硬度，以免在墊片緊固件之間產(chǎn)生較大彎曲在某些情況下，可能需要另外一些緊固件以防止外殼結(jié)構(gòu)彎曲。
壓縮性也是轉(zhuǎn)動(dòng)接合處的一個(gè)重要特性，如在門(mén)或插板等位置若襯墊易于壓縮，那么屏蔽性能會(huì)隨著門(mén)的每次轉(zhuǎn)動(dòng)而下降，此時(shí)襯墊需要更高的壓縮力才能達(dá)到與新襯墊相同的屏蔽性能在大多數(shù)情況下這不太可能做得到，因此需要一個(gè)長(zhǎng)期EMI解決方案。
如果屏蔽罩或墊片由涂有導(dǎo)電層的塑料制成，則添加一個(gè)EMI襯墊不會(huì)產(chǎn)生太多問(wèn)題，但是設(shè)計(jì)人員必須考慮很多襯墊在導(dǎo)電表面上都會(huì)有磨損，通常金屬襯墊的鍍層表面更易磨損隨著時(shí)間增長(zhǎng)這種磨損會(huì)降低襯墊接合處的屏蔽效率，并給后面的制造生產(chǎn)帶來(lái)麻煩！
產(chǎn)品電磁干擾的實(shí)際問(wèn)題
設(shè)備一般都需要進(jìn)行屏蔽，這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)本身存在一些槽和縫隙所需屏蔽可通過(guò)一些基本原則確定，但是理論與現(xiàn)實(shí)之間還是有差別例如在計(jì)算某個(gè)頻率下襯墊的大小和間距時(shí)還必須考慮信號(hào)的強(qiáng)度，如同在一個(gè)設(shè)備中使用了多個(gè)處理器時(shí)的情形表面處理及墊片設(shè)計(jì)是保持長(zhǎng)期屏蔽以實(shí)現(xiàn)EMC性能的關(guān)鍵因素。
因此我們還要從源頭處降低干擾；通過(guò)屏蔽、濾波或接地將干擾產(chǎn)生電路進(jìn)行隔離以及增強(qiáng)敏感電路的抗干擾能力等等。
審核編輯：劉清
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論