質(zhì)量工程師考試輔導(dǎo):電磁干擾(EMC)的屏蔽方法(一)

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EMC問題常常是制約產(chǎn)品上市的一個重要原因,本文主要論述EMI的來源及一些非常具體的抑制方法。
    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不會對此環(huán)境中任何其他設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈電磁干擾(IEEE C63.12-1987)?!睂τ跓o線收發(fā)設(shè)備來說,采用非連續(xù)頻譜可部分實現(xiàn)EMC性能,但是很多有關(guān)的例子也表明EMC并不總是能夠做到。例如在筆記本電腦和測試設(shè)備之間、打印機(jī)和臺式電腦之間以及蜂窩電話和醫(yī)療儀器之間等都具有高頻干擾,我們把這種干擾稱為電磁干擾(EMI)。
    EMC問題來源
    所有電器和電子設(shè)備工作時都會有間歇或連續(xù)性電壓電流變化,有時變化速率還相當(dāng)快,這樣會導(dǎo)致在不同頻率內(nèi)或一個頻帶間產(chǎn)生電磁能量,而相應(yīng)的電路則會將這種能量發(fā)射到周圍的環(huán)境中。
    EMI有兩條途徑離開或進(jìn)入一個電路:輻射和傳導(dǎo)。信號輻射是通過外殼的縫、槽、開孔或其他缺口泄漏出去;而信號傳導(dǎo)則通過耦合到電源、信號和控制線上離開外殼,在開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)合的方式來實現(xiàn),大多數(shù)時候下面這些簡單原則可以有助于實現(xiàn)EMI屏蔽:從源頭處降低干擾;通過屏蔽、過濾或接地將干擾產(chǎn)生電路隔離以及增強(qiáng)敏感電路的抗干擾能力等。EMI抑制性、隔離性和低敏感性應(yīng)該作為所有電路設(shè)計人員的目標(biāo),這些性能在設(shè)計階段的早期就應(yīng)完成。
    對設(shè)計工程師而言,采用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,從金屬罐、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)。無論是金屬還是涂有導(dǎo)電層的塑料,一旦設(shè)計人員確定作為外殼材料之后,就可著手開始選擇襯墊。
    金屬屏蔽效率
    可用屏蔽效率(SE)對屏蔽罩的適用性進(jìn)行評估,其單位是分貝,計算公式為
    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)存在多個反射的情況)
    一個簡單的屏蔽罩會使所產(chǎn)生的電磁場強(qiáng)度降至最初的十分之一,即SE等于20dB;而有些場合可能會要求將場強(qiáng)降至為最初的十萬分之一,即SE要等于100dB。
    吸收損耗是指電磁波穿過屏蔽罩時能量損耗的數(shù)量,吸收損耗計算式為
    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)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,但平面波阻則無變化(恒為377)。
    相反,如果波源是一個小型線圈,則此時將以磁場為主,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)距離超過波長的六分之一時,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。