在電源電路設(shè)計中，想要抑制電磁干擾(EMI)其實(shí)并非是件容易解決的事，其實(shí)這也是制約著中國電子產(chǎn)品出口的重要原因之一。本文小編就將針對電磁干擾(EMI)的來源以及相應(yīng)的屏蔽方法作一講解。
電磁兼容性(EMC)從專業(yè)角度講就是指“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(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，而工程師們通常會把這種干擾稱為電磁干擾，也就是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(shí)現(xiàn)，大多數(shù)時候從源頭處降低干擾、通過屏蔽和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這些簡單原則來幫助實(shí)現(xiàn)EMI屏蔽。
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。
近場反射損耗可按下式計算：
R(電)dB=321.8-(20×lg r)-(30×lg f)-[10×lg(μ/σ)]
R(磁)dB=14.6+(20×lg r)+(10×lg f)+[10×lg(μ/σ)]
其中 r：波源與屏蔽之間的距離。
SE算式最后一項(xiàng)是校正因子B，其計算公式為：
B=20lg[-exp(-2t/σ)]
此式僅適用于近磁場環(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)部的再反射會使穿過屏蔽層另一面的能量增加，所以校正因子是個負(fù)數(shù)，表示屏蔽效率的下降情況。
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)磁率會隨著頻率增加而降低，另外如果初始磁場較強(qiáng)也會使導(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，沒有缺口或縫隙(形成一個法拉第籠)。然而在實(shí)際中要制造一個無接縫及缺口的屏蔽罩是不可能的，由于屏蔽罩要分成多個部分進(jìn)行制作，因此就會有縫隙需要接合，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)計屏蔽罩的困難在于制造過程中不可避免會產(chǎn)生孔隙，而且設(shè)備運(yùn)行過程中還會需要用到這些孔隙。制造、面板連線、通風(fēng)口、外部監(jiān)測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)計中對與電路工作頻率波長有關(guān)的溝槽長度作仔細(xì)考慮是很有好處的。
任一頻率電磁波的波長為：波長(λ)=光速(C)/頻率(Hz)
當(dāng)縫隙長度為波長(截止頻率)的一半時，RF波開始以 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越短。當(dāng)涉及到最高頻率時，必須要考慮可能會出現(xiàn)的任何諧波，不過實(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，就可計算出屏蔽罩的最大允許縫隙和溝槽。例如如果需要對1GHz(波長為300mm)的輻射衰減26dB，則150mm的縫隙將會開始產(chǎn)生衰減，因此當(dāng)存在小于 150mm的縫隙時，1GHz輻射就會被衰減。所以對1GHz頻率來講，若需要衰減20dB，則縫隙應(yīng)小于15 mm(150mm的1/10)，需要衰減26dB時，縫隙應(yīng)小于7.5 mm(15mm的1/2以上)，需要衰減32dB時，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。
