EMI的来源及一些非常具体的抑制方法
16页1、EMC 问题常常是制约中国电子产品出口的一个原因,本文主要论述 EMI 的来源及一些非常具体的抑制方法。电磁兼容性(EMC)是指“一种器件、设备或系统的性能,它可以使其 在自身环境下正常工作并且同时不会对此环境中任何其他设备产生 强烈电磁干扰(IEEE C63.12-1987)。”对于无线收发设备来说,采用非 连续频谱可部分实现 EMC 性能,但是很多有关的例子也表明 EMC 并不总是能够做到。例如在笔记本电脑和测试设备之间、打印机和台 式电脑之间以及蜂窝电话和医疗仪器之间等都具有高频干扰,我们把 这种干扰称为电磁干扰(EMI)。EMC 问题来源 所有电器和电子设备工作时都会有间歇或连续性电压电流变化,有时 变化速率还相当快,这样会导致在不同频率内或一个频带间产生电磁 能量,而相应的电路则会将这种能量发射到周围的环境中。EMI 有两条途径离开或进入一个电路:辐射和传导。信号辐射是通过 外壳的缝、槽、开孔或其他缺口泄漏出去;而信号传导则通过耦合到 电源、信号和控制线上离开外壳,在开放的空间中自由辐射,从而产 生干扰。很多 EMI 抑制都采用外壳屏蔽和缝隙屏蔽结合的方式来实现,大多 数时候
2、下面这些简单原则可以有助于实现EMI屏蔽:从源头处降低 干扰;通过屏蔽、过滤或接地将干扰产生电路隔离以及增强敏感电路 的抗干扰能力等。EMI抑制性、隔离性和低敏感性应该作为所有电路 设计人员的目标,这些性能在设计阶段的早期就应完成。对设计工程师而言,采用屏蔽材料是一种有效降低 EMI 的方法。如 今已有多种外壳屏蔽材料得到广泛使用,从金属罐、薄金属片和箔带 到在导电织物或卷带上喷射涂层及镀层(如导电漆及锌线喷涂等)。无 论是金属还是涂有导电层的塑料,一旦设计人员确定作为外壳材料之 后,就可着手开始选择衬垫。金属屏蔽效率可用屏蔽效率(SE)对屏蔽罩的适用性进行评估,其单位是分贝,计算公式为SEdB=A+R+B其中A:吸收损耗(dB) R:反射损耗(dB) B:校正因子(dB)(适用于薄 屏蔽罩内存在多个反射的情况)一个简单的屏蔽罩会使所产生的电磁场强度降至最初的十分之一,即SE等于20dB;而有些场合可能会要求将场强降至为最初的十万分之 一,即 SE 要等于 100dB。吸收损耗是指电磁波穿过屏蔽罩时能量损耗的数量,吸收损耗计算式 为AdB=1.314(fxoxy)l/2xt其中f:频率
3、(MHz)小铜的导磁率6铜的导电率t:屏蔽罩厚度反射损耗(近场)的大小取决于电磁波产生源的性质以及与波源的距 离。对于杆状或直线形发射天线而言,离波源越近波阻越高,然后随 着与波源距离的增加而下降,但平面波阻则无变化(恒为 377)。 相反,如果波源是一个小型线圈,则此时将以磁场为主,离波源越近 波阻越低。波阻随着与波源距离的增加而增加,但当距离超过波长的 六分之一时,波阻不再变化,恒定在 377 处。反射损耗随波阻与屏蔽阻抗的比率变化,因此它不仅取决于波的类 型,而且取决于屏蔽罩与波源之间的距离。这种情况适用于小型带屏 蔽的设备。近场反射损耗可按下式计算R(电)dB=321.8-(20xlg r)-(30xlg f)-10xlg(/o) R(磁)dB=14.6+(20xlg r)+(10xlg f)+10xlg/o)其中r:波源与屏蔽之间的距离。SE算式最后一项是校正因子B,其计算公式为B=201g-exp(-2t/o)此式仅适用于近磁场环境并且吸收损耗小于10dB的情况。由于屏蔽 物吸收效率不高,其内部的再反射会使穿过屏蔽层另一面的能量增 加,所以校正因子是个负数,表示屏蔽效率的下
4、降情况。EMI 抑制策略 只有如金属和铁之类导磁率高的材料才能在极低频率下达到较高屏 蔽效率。这些材料的导磁率会随着频率增加而降低,另外如果初始磁 场较强也会使导磁率降低,还有就是采用机械方法将屏蔽罩作成规定 形状同样会降低导磁率。综上所述,选择用于屏蔽的高导磁性材料非 常复杂,通常要向 EMI 屏蔽材料供应商以及有关咨询机构寻求解决 方案。在高频电场下,采用薄层金属作为外壳或内衬材料可达到良好的屏蔽 效果,但条件是屏蔽必须连续,并将敏感部分完全遮盖住,没有缺口 或缝隙(形成一个法拉第笼)。然而在实际中要制造一个无接缝及缺口 的屏蔽罩是不可能的,由于屏蔽罩要分成多个部分进行制作,因此就 会有缝隙需要接合,另外通常还得在屏蔽罩上打孔以便安装与插卡或 装配组件的连线。设计屏蔽罩的困难在于制造过程中不可避免会产生孔隙,而且设备运 行过程中还会需要用到这些孔隙。制造、面板连线、通风口、外部监 测窗口以及面板安装组件等都需要在屏蔽罩上打孔,从而大大降低了 屏蔽性能。尽管沟槽和缝隙不可避免,但在屏蔽设计中对与电路工作 频率波长有关的沟槽长度作仔细考虑是很有好处的。任一频率电磁波的波长为:波长(久光
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