电磁兼容(Electromagnetic Compatibility , EMC)主要包含两方面的内容:
一、电磁干扰(Electromagnetic interference , EMI);
二、电磁敏感度(Electromagnetic susceptibility , EMS)。
电磁兼容设计基本目的:
A 产品内部的电路互相不产生干扰,达到预期的功能。
B 产品产生的电磁干扰强度低于特定的极限值。
C 产品对外界的电磁干扰有一定的抵抗能力。
具体在工程措施上,电磁兼容设计可分为:信号设计、线路设计、屏蔽、接地与搭接、滤波、合理布局。其中与结构关系较大的有:屏蔽、接地与搭接、合理布局。但这并不代表其他措施与结构设计完全无关,结构设计亦需配合完成其他措施比如滤波。
1. 屏蔽
电磁屏蔽的目的有两个:一个限制内部的辐射电磁能越出某一个区域;而是防止外来的辐射进入某一区域。即切断电磁波的传播途径。
电磁屏蔽是解决电磁兼容问题的重要手段之一,绝大部分电磁兼容问题的最大好处是不会影响电路的工作。电磁屏蔽技术作为解决电磁兼容性问题的重点措施之一。
屏蔽按其机理可以分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽三种。
需要注意的是,在实际工程中,通常将电磁场屏蔽与电场屏蔽合二为一。将屏蔽体接地即可实现电磁场屏蔽与电场屏蔽的统一。
1.1 电场屏蔽和电磁场屏蔽设计
1.1.1 电场屏蔽
电场屏蔽主要作用是防止静电场和低频交变电场的影响,消除两个设备或两个电路之间由于分布电容耦合所产生的影响。在结构设计中通常为两个设备或两个模块之间的电场屏蔽。
若屏蔽的为交流源,则频率在10kHz以下时采用电场屏蔽,高于10kHz时屏蔽效果将会变差。
需要注意的是在电场屏蔽中,最重要的一点是屏蔽壳体的接地质量。
在电场屏蔽的设计中,主要考虑以下三个方面的问题:
a、屏蔽板尽量靠近CPU等被屏蔽元件,并且屏蔽板必须可靠接地,其作用从理论上来看,屏蔽板相当于造就了分布电容,且越靠近被屏蔽元件其分布电容的容量越大,其屏蔽效果越好。
b、屏蔽板的形状对屏蔽效能的高低有明显影响,理论上全封闭的金属盒可以有最好的电场屏蔽效果。
c、屏蔽板的材料以良导体(铝、铜等)为好,屏蔽材料的厚度满足强度要求即可。
电磁场屏蔽的有效性是用屏蔽效能来度量。它表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度。屏蔽体的屏蔽效能由两部分构成:吸收损耗和反射损耗。为了提高屏蔽材料的屏蔽效能,必须想办法提高吸收损耗和反射损耗。当电磁波入射到不同媒体的分界面时,就会发生反射,于是减小了继续传播电磁波的强度,于是构成反射损耗。
当电磁波在屏蔽材料中传播时,同样会产生损耗,于是构成吸收损耗。吸收损耗的计算公式:
A=20 1g(E0/E1)=20 lg(e^(t/δ)) dB
式中趋肤深度 δ=0.066/(f μr σr)^0.5mm ,f 单位为MHz。
实际工程案例:
如果需要对一个机箱做电场屏蔽和电磁场屏蔽,需要做哪些措施?
1) 屏蔽体的材料选择
铜虽然导电性好,但是密度较大,不适合做屏蔽机箱。铝具有很高的比强度,同时导电性能也非常好,通过用来做屏蔽机箱。如果对屏蔽效能要求不高,亦可采用其他材料比如镀锌钢板。
2) 良好接地
通常是通过接地柱接到大地的方式。接地柱示意图1-1如下,需要注意的是,此接地柱仅为电场屏蔽接地用。如果有信号地及其他地需要连接,壳体内部亦应该采用焊片良好接地。焊片材料一般为黄铜H-62。
另外,壳体与焊片之间保持良好导电连接,严禁做任何非导电涂覆。
图1-1