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(IEEEC63.12-1987)”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，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(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)療儀器之間等都具有高頻干擾，我們把這種干擾稱為電磁干擾(EMI)

EMC問(wèn)題來(lái)源

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)射到周圍的環(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：從源頭處降低干擾；通過(guò)屏蔽、過(guò)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(jì)人員的目標(biāo)，這些性能在設(shè)計(jì)階段的早期就應(yīng)完成

對(duì)設(shè)計(jì)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(wú)論是金屬還是涂有導(dǎo)電層的塑料，一旦設(shè)計(jì)人員確定作為外殼材料之后，就可著手開(kāi)始選擇襯墊

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*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*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×lg r)-(30×lg f)-[10×lg(μ/σ)] R(磁)dB=14.6+(20×lgr)+(10×lg f)+[10×lg(μ/σ)]

其中 r：波源與屏蔽之間的距離

SE算式*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（電磁干擾的屏蔽方法）

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*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*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15mm(150mm的1/10)，需要衰減26dB時(shí)，縫隙應(yīng)小于7.5mm(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)行長(zhǎng)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住；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*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*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，如在門或插板等位置若襯墊易于壓縮，那么屏蔽性能會(huì)隨著門的每次轉(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，并給后面的制造商帶來(lái)麻煩

如果屏蔽罩或墊片結(jié)構(gòu)是金屬的，那么在噴涂拋光材料之前可加一個(gè)襯墊把墊片表面包住，只需用導(dǎo)電膜和卷帶即可若在接合墊片的兩邊都使用卷帶，則可用機(jī)械固件對(duì)EMI襯墊進(jìn)行緊固，例如帶有塑料鉚釘或壓敏粘結(jié)劑(PSA)的“C型”襯墊襯墊安裝在墊片的一邊，以完成對(duì)EMI的屏蔽

襯墊及附件

目前可用的屏蔽和襯墊產(chǎn)品非常多，包括鈹-銅接頭、金屬網(wǎng)線(帶彈性內(nèi)芯或不帶)、嵌入橡膠中的金屬網(wǎng)和定向線、導(dǎo)電橡膠以及具有金屬鍍層的聚氨酯泡沫襯墊等大多數(shù)屏蔽材料制造商都可提供各種襯墊能達(dá)到的SE估計(jì)值，但要記住SE是個(gè)相對(duì)數(shù)值，還取決于孔隙、襯墊尺寸、襯墊壓縮比以及材料成分等襯墊有多種形狀，可用于各種特定應(yīng)用，包括有磨損、滑動(dòng)以及帶鉸鏈的場(chǎng)合目前許多襯墊帶有粘膠或在襯墊上面就有固定裝置，如擠壓插入、管腳插入或倒鉤裝置等

各類襯墊中，涂層泡沫襯墊是*新也是市面上用途*廣的產(chǎn)品之一這類襯墊可做成多種形狀，厚度大于0.5mm，也可減少厚度以滿足UL燃燒及環(huán)境密封標(biāo)準(zhǔn)還有另一種新型襯墊即環(huán)境/EMI混合襯墊，有了它就可以無(wú)需再使用單獨(dú)的密封材料，從而降低屏蔽罩成本和復(fù)雜程度這些襯墊的外部覆層對(duì)紫外線穩(wěn)定，可防潮、防風(fēng)、防清洗溶劑，內(nèi)部涂層則進(jìn)行金屬化處理并具有較高導(dǎo)電性*近的另外一項(xiàng)革新是在EMI襯墊上裝了一個(gè)塑料夾，同傳統(tǒng)壓制型金屬襯墊相比，它的重量較輕，裝配時(shí)間短，而且成本更低，因此更具市場(chǎng)吸引力

結(jié)論

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