淺析EMC基礎(chǔ)理論下的工業(yè)及消費電子產(chǎn)品設(shè)備

　　孔縫的電磁泄漏

　　在遠(yuǎn)場區(qū)，如果孔洞的最大尺寸L小于λ／2，一個厚度為0的材料上的縫隙的屏蔽效能為：

　　如果L大于λ／2，則SE＝0（dB）。

　　式中SE──屏蔽效能（dB）；

　　L──孔洞的長度（mm）；

　　H──孔洞的寬度（mm）；

　　f──入射電磁波的頻率（MHz）。

　　這個公式計算的是最壞情況下（造成最大泄露的極化方向）的屏蔽效能，實際情況下屏蔽效能可能會更高一些。

　　在近場區(qū)，孔洞的泄露還與輻射源是磁場源有關(guān)。當(dāng)輻射源是電場源時，孔洞的泄露比遠(yuǎn)場?。ㄆ帘涡芨撸?；而當(dāng)輻射源是磁場源時，孔洞的泄露比遠(yuǎn)場大（屏蔽效能低）。對于不同電路阻抗Zc的輻射源，計算公式如下：

　　若ZC＞（7．9／Df）：（電場源）

　　若ZC＜（7．9／Df）：（磁場源）

　　式中SE──屏蔽效能（dB）；

　　L──孔洞的長度（mm）；

　　H──孔洞的寬度（mm）；

　　f──入射電磁波的頻率（MHz）。

　　這個公式計算的是最壞情況下（造成最大泄漏的極化方向）的屏蔽效能，實際情況下屏蔽效能可能會更高一些。

　　需要注意的問題是，對于磁場輻射源，孔洞在近場區(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。這時影響屏蔽效能的一個更重要參數(shù)是孔洞到輻射源的距離?？锥淳嚯x輻射源越近，泄漏越大。這個特點往往導(dǎo)致屏蔽體發(fā)生意外的泄漏。因為在屏蔽體上開孔的一個目的是通風(fēng)散熱，這意味著會很自然地將孔洞設(shè)計在靠近發(fā)熱源附近，而發(fā)熱源往往是大電流的載體，在其周圍有較強(qiáng)的磁場。結(jié)果，無意識地將孔洞開在強(qiáng)磁場輻射源的附近。因此，在設(shè)計中，要注意孔洞和縫隙要遠(yuǎn)離電流載體，例如線路板、電纜、變壓器等。

　　當(dāng)N個尺寸相同的孔洞排列在一起，并且相距較近（距離小于λ／2）時，孔洞陣列的屏蔽效能會下降，下降數(shù)值為10lgN。

　　因為孔洞的輻射有方向性，因此在不同面上的孔洞不會明顯增加泄漏，利用這個特點可以在設(shè)計時將孔洞放在屏蔽機(jī)箱的不同面，避免某一個面的輻射過強(qiáng)。

　　E．電纜的屏蔽設(shè)計

　　如果導(dǎo)體從屏蔽體中穿出去，將對屏蔽體的屏蔽效能產(chǎn)生顯著的劣化作用。這種穿透比較典型的是電纜從屏蔽體中穿出。

　　電纜穿透的作用是將屏蔽體內(nèi)外通過導(dǎo)線連通，等效于兩個背靠背的天線，對屏蔽體的屏蔽有極大的影響。

　　為了避免電纜穿透對屏蔽體的影響，可以從幾個方面采取措施：

　　1）采用屏蔽電纜時，屏蔽電纜在出屏蔽體時，采用夾線結(jié)構(gòu)，保證電纜屏蔽層與屏蔽體之間可靠接地，提供足夠低的接觸阻抗。

　　2）采用屏蔽電纜時，用屏蔽連接器轉(zhuǎn)接將信號接出屏蔽體，通過連接器保證電纜屏蔽層的可靠接地。

　　3）采用非屏蔽電纜時，采用濾波連接器轉(zhuǎn)接，保證電纜與屏蔽體之間有足夠低的高頻阻抗。

　　4）采用非屏蔽電纜時，電纜在屏蔽體的內(nèi)側(cè)（或者外側(cè)）要足夠短，使干擾信號不能有效地耦合出去，從而減小了電纜穿透的影響。

　　5）電源線通過電源濾波器出屏蔽體，保證電源線與屏蔽體之間有足夠低的高頻阻抗。

　　4．接地設(shè)計

　　接地是抑制電磁干擾、提高電子設(shè)備電磁兼容性的重要手段之一。正確的接地既能抑制干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外輻射干擾；反之錯誤的接地反而會引

　　入嚴(yán)重的干擾，甚至使電子設(shè)備無法正常工作。

　　A．接地的概念

　　電子設(shè)備中的“地”通常有兩種含義：一種是“大地”，另一種是“系統(tǒng)基準(zhǔn)地”。接地就是指在系統(tǒng)的某個選定點與某個電位基準(zhǔn)間建立低阻的導(dǎo)電通路?！敖哟蟮亍本褪且缘厍虻碾娢蛔鳛榛鶞?zhǔn)，并以大地作為零電位，把電子設(shè)備的金屬外殼、線路選定點等通過接地線、接地極等組成的接地裝置與大地相連接。

　　“系統(tǒng)基準(zhǔn)地”是指信號回路的基準(zhǔn)導(dǎo)體（電子設(shè)備通常以金屬底座、機(jī)殼、屏蔽罩或粗銅線、銅帶作為基準(zhǔn)導(dǎo)體），并設(shè)該基準(zhǔn)導(dǎo)體電位為相對零電位，但不是大地零電位，簡稱為系統(tǒng)地。

　　接地的目的有兩個：

　　一是為了安全，稱為保護(hù)接地。電子設(shè)備的金屬外殼必須接大地，這樣可以避免因事故導(dǎo)致金屬外殼上出現(xiàn)過高對地電壓而危及操作人員和設(shè)備的安全。

　　二是為電流返回其源提供低阻抗通道。

　　B．接地的種類

　　實際上，各種地線都存在電氣上或是物理上的聯(lián)系，不一定有明確的劃分。

　　在地系統(tǒng)中，有時一個地既承擔(dān)保護(hù)地，又承當(dāng)防雷地的作用；或既承擔(dān)工作地，

　　又承當(dāng)保護(hù)地的作用。而不同功能的地連接，針對的電氣對象不同，其處理方

　　式的側(cè)重點還會有所差異。

　　C．保護(hù)接地

　　保護(hù)接地是為了保護(hù)設(shè)備、裝置、電路及人身的安全，防止雷擊、靜電損壞設(shè)

　　備，或在設(shè)備故障情況下，保護(hù)人身安全。因此在設(shè)備、裝置、電路的底盤及

　　金屬機(jī)殼一定要采取保護(hù)接地。

　　保護(hù)地保護(hù)原理是：通過把帶故障電壓的設(shè)備外殼短路到大地或地線端，保護(hù)

　　過程中產(chǎn)生的短路電流使熔絲或空氣開關(guān)斷開，從而達(dá)到保護(hù)設(shè)備和人員安全

　　的作用。

　　D．工作接地

　　工作地是單板、母板或系統(tǒng)之間信號的等電位參考點或參考平面，它給信號回

　　流提供了低的阻抗通道。信號質(zhì)量很大程度上依賴于工作接地質(zhì)量的好壞。由

　　于受接地材料特性和其他技術(shù)因素的影響，接地導(dǎo)體的連接或搭接無論做的如

　　何好，總有一定的阻抗，信號的回流會在工作地線上產(chǎn)生電壓降，形成地紋波，

　　對信號質(zhì)量產(chǎn)生影響；信號越弱，信號頻率越高，這種影響就越嚴(yán)重。盡管如

　　此，在設(shè)計和施工中最大限度地降低工作接地導(dǎo)體的阻抗仍然是非常重要的。

　　5．濾波設(shè)計

　　A．濾波電路的基本概念

　　濾波電路是由電感、電容、電阻、鐵氧體磁珠和共模線圈構(gòu)成的頻率選擇性網(wǎng)絡(luò)，低通濾波器是電磁兼容抑制技術(shù)中普遍應(yīng)用的濾波器。為了減小電源和信號線纜對外輻射，接口電路和電源電路必須進(jìn)行濾波設(shè)計。

　　濾波電路的效能取決于濾波電路兩邊的阻抗特性，在低阻抗電路中，簡單的電感濾波電路可以得到 40dB 的衰減，而在高阻抗電路中，幾乎沒有作用；在高阻抗電路中，簡單的電容濾波電路可以得到很好的濾波效果，在低阻抗電路中幾乎不起作用。在濾波電路設(shè)計中，電容靠近高阻抗電路設(shè)計，電感靠近低阻抗電路設(shè)計。電容器的插入損耗隨頻率的增加而增加，直到頻率達(dá)到自諧振頻率后，由于在導(dǎo)線和電容器電極的電感在電路上與電容串聯(lián)，于是插入損耗開始下降。

　　B．電源EMI濾波器

　　電源 EMI 濾波器是一種無源雙向網(wǎng)絡(luò)，它一端接電源，另一端接負(fù)載。在所關(guān)心的衰減頻帶的較高頻段，可把電源 EMI 濾波器看作是“阻抗失配網(wǎng)絡(luò)”。

　　網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果表明，濾波器阻抗兩側(cè)端口阻抗失配越大，對電磁干擾能量的衰減就越是有效。由于電源線側(cè)的共模阻抗一般比較低，所以濾波器電源側(cè)的阻抗一般比較高。為了得到較好的濾波效果，對低阻抗的電源側(cè)，應(yīng)配高輸入阻抗的濾波器；對高輸入阻抗的負(fù)載側(cè)，則應(yīng)配低輸出阻抗的濾波器。

　　普通的電源濾波器對于數(shù)十兆以下的干擾信號有較好的濾波作用，在較高頻段，由于電容的電感效應(yīng)，其濾波性能將會下降。對于頻率較高的干擾情況，要使用饋通式濾波器。該濾波器由于其結(jié)構(gòu)特點，具有良好的濾波特性，其有效頻段可以擴(kuò)展到GHz，因此在無線產(chǎn)品中使用較多。

　　濾波器的使用，最重要的問題是接地問題。只有接地良好的濾波器才能發(fā)揮其濾波作用，否則是沒有價值的。濾波器使用要注意以下問題：

　　1）濾波器放置在電源的入口位置；

　　2）饋通濾波器要放置在機(jī)箱（機(jī)柜）的金屬壁上；

　　3）濾波器直接與機(jī)柜緊密連接，濾波器下面不能涂保護(hù)漆；

　　4）濾波器的輸入輸出引線不能并行，交叉。