1、EMC设计实例,2,一.基本定义 二.何时解决EMC问题 三.EMC三要素 四.EMC设计水平三阶段 五. EMC设计方法 1.接地/搭接2.屏蔽3.滤波4.PCB的EMC设计,内 容,3,EMC（电磁兼容性）电磁兼容是设备的一种能力，它在其电磁环境中能完成它的功能，又不致于在其环境中产生不允许的干扰。 EMC设计是通信产品设计中不可缺少的重要组成部分。 目前美国和欧洲等发达国家和一些发展中国家关于EMC均有一整套规范制度，电子产品达不到要求将无法进入其市场，这已形成了一个新的技术壁垒。我国的EMC标准规范正在逐步完善中，而且已有部分信息技术设备（ITE）开始强制要求，因此，可以预见在不久的将
2、来，通讯产品的EMC要求必将强制执行。同时产品的EMC性能也直接关系到产品的工作稳定性、环境适应能力。,一.基本定义,在产品设计的早期阶段，解决电磁干扰的途径多，将花费较少的成本；到产品生产后期再采取解决电磁干扰的技术措施，将受到各种情况的制约。并且，采用同样的技术措施，在生产后期采用时，将大大增加成本费用，使费效比增大，使生产进程拖长，对工程带来不利影响。,二.何时解决EMC问题,5,EMC设计均可以从EMC三要素着手 EMC三要素包括：干扰源、耦合途径、敏感设备,三.EMC三要素,6,电磁兼容设计有三个发展阶段： 1.问题解决阶段:在设计时基本不考虑EMC，出现问题时再分析原因，寻找解决办
3、法 2.规范设计阶段:对系统、设备、部件、组件制订一系列的电磁兼容设计规范，严格按照规范进行设计和测试 3.分析预测阶段:对系统、设备、部件、组件电磁特性进行分析预测合理分配各项指标要求，并且在系统的整个设计过程中不断地进行修正和补充，使系统工作在最佳状态。 *分析预测阶段是电磁兼容技术的最高阶段，由于计算方法和计算技术的限制，目前还没有一个可供实用的预测软件出现。本文所介绍的内容基本属于第二阶段即规范设计阶段,四.EMC设计水平三阶段,7,EMC设计方法 EMC主要设计方法有：接地、屏蔽、滤波、PCB设计， 其中涉及机构设计方面主要考虑接地、屏蔽；,1.优秀的设计的基础是良好的电气和机械设计
4、原则的应用。这其中包括可靠性考虑，比如在可接受的容限内设计规范的满足，好的组装方法以及各种正在开发的测试技术。 2.驱动当今电子设备的装置要安装在上。这些装置由具有潜在干扰源以及对电磁能量敏感的组件和电路构成。因此，的设计是设计中的下一个最重要的问题。有源组件的位置、印制线的走线、阻抗的匹配、接地的设计以及电路的滤波均应在设计时加以考虑。一些组件还需要进行屏蔽。 3.内部电缆一般用来连接或其他内部子组件。因此，包括走线方法和屏蔽的内部电缆设计对于任何给定器件的整体来说是十分重要的。 4.在的设计和内部电缆设计完成以后，应特别注意机壳的屏蔽设计和所有缝隙、穿孔和电缆通孔的处理方法。 5.最后，还
5、应着重考虑输入和输出电源和其他电缆滤波问题。,五. EMC设计方法,8,接地(Grounding) 接地 接地的目的一是防电击，一是去除干扰。 可将接地分为两大类，即安全接地与信号接地。 搭接 指接地的各种方法，通常与接地一并讲述。 接地与搭接 接地是就线路的概念上来讨论，如在何处接地，以及于何种情况下接地；而搭接则是如何执行接地的工作，即如何将两种金属接在一块，以提供一低阻值的通路，因而去除因高电位的产生所造成的干扰。,1.接地,9,(1).安全接地(Safety Grounding) 安全接地是指接大地(Earthig)，也就是将电气设备的外壳以低阻抗导体连接大地，当人员意外触及时不易遭受
6、电击。,图2-1 安全接地a,图2-2安全接地b,1.接地,10,(2).信号接地 信号接地除提供参考点之外，同时还可以大量消除杂讯的干扰。 a.单点接地：系统或装备上仅有一点接地，分为：串联单点接地；并联单点接地；复合式单点接地。,若系统各线路或装备所产生或需要的能量变化太大，则不适用串联单点接地，因为高能量的线路或装备所产生大量的地电位会严重地影响低能量线路或装备的正常运作,并联单点接地最大的缺点是耗时费料，由于接地线太多太长，以至增加各地阻抗，尤其在高频范围中更加严重。,复合式单点接地同时使用串联与并联法，可同时兼顾降低杂讯以及减化施工与节省用料。A,B,C为各相同特性线路或装备之共同接
7、地线，而D点为全系统唯一接地处。,b.多点接地 在频率低于10MHz时，较适于单点接地。若在高频(10MHz)情况下，由于接地线的长度及接地电路的影响，单点接地无法达到去除干扰的效果，此时就得使用多点接地。此时接地线的长度亦应尽量缩短。右图中各接地点可视为机壳或接地板： 不论何种接地法，最大的困扰均起自于地电流的产生， 因此去除地电流成为接地设计的关键,1.接地,11,（3）.浮动接地（Ground Loop） 浮动接地的真正意义就是打破接地环路即系统的各个接地端与大地不相连接。这种接地方法简单，但是对于与地的绝缘电阻要求较高，一般要求大于50M，否则由于绝缘下降，会导致干扰。此外容易引起静电
8、干扰 下图即为接地环路的形成：,打破接地环路的方法：使用隔离变压器；使用扼流圈；使用光电耦合器；使用差动放大器,1.接地,12,（4）.组件之接地 经常在系统中许多装备使用同一电源，倘若假电源供应之接地阻值降低，同时各装备使用单独之电源，或仔细规划使用同一电源，则非但可以消除因负载产生的杂讯影响到电源供应，同时可以减少装备间之相互干扰。 此外，电源线应予以编扎其回路不应与其它线路共同，直流电源应远离交流电源或控制线路。若线路中有交换组件时，电源线应予以屏蔽（即使用隔离线），且将屏蔽于两端点同时接地。 由于电位器（Relay）的动作，经常会产生大量的电流变化而导致干扰，所以其电源线不得与电子线路
9、共享，并应于电源端以单点接地的方法处理；此外，供电线与回路俗称之火线与地线应尽量置于一处，以减少其间所形成的封闭空间。,1.接地,13,5.电缆之接地 从电磁发射和敏感度两方面的观点来看，电缆线的电磁性能都是难以预测的。有时，电缆线起着发射天线的作用，从而成为电磁干扰辐射源的一部分；有时，电缆线又起着接收天线的作用，从而成为系统对辐射敏感度的重要一环。电源与信号的电缆还为传送电磁干扰电压和干扰电流提供了耦合路径。此外，我们还经常遇到电缆线被捆扎在一起，这对电缆造成了近场耦合和串扰的潜在威胁。为了使电磁干扰耦合减少至最小，除了要使电缆线的长度为最短；系统工作在尽可能低的频率上；在电缆线上流过的电
10、流幅值要尽可能低之外，还可使用同轴电缆、双绞线（包括屏蔽的或不屏蔽的）以及扁平带状电缆（注意将信号线与零电位线的交错布排）。 电缆线屏蔽层的接地问题 电缆的接地指电缆之屏蔽如同前述之单点或多点法。以传输信号的/4为界，线长低于/4的情况下，一般用单点接地；当电缆线长度接近/4时，应采用多点接地（因为与其它导线一样，电缆线的屏蔽层也能起到天线的作用）。在采用多点接地时，如果做不到每隔0.05至0.1有一个接地点的话，至少也应将电缆线的始端与终端的屏蔽层都接地。对电缆线的多点接地来说，一个附加好处是可减少屏蔽层的静电耦合。 若使用屏蔽之绞股电缆，则于穿过接头与装备连接时，接头中应备有单独的销子供屏
11、蔽用。在高能量的静电场合里，电缆常使用双层或三层屏蔽，内层屏蔽于电源端接地，外层屏蔽于负载端接地,1.接地,14,常用的电缆 在电子设备里，常用的电缆有三种基本形式，即同轴（射频）电缆、双绞线和扁平带状电缆。 一般来说，双绞线在频率低于100kHz时非常有用，但高于1MHz后，双绞线的损耗明显增大。在高频下的双绞线受到特性阻抗不均匀及由此造成的波形反射等问题的限制。 双绞线有屏蔽的与非屏蔽的两种。屏蔽的双绞线价格不高，使用方便。信号电流在两根内导线上流动，而噪声电流在屏蔽层里流动，因此它消除了公共阻抗的耦合，而任何干扰将同时感应到两根导线上，使噪声电压相互抵消。 非屏蔽双绞线对抵御静电电容耦合
12、的能力弱些，但对防止磁场感应有着很好的作用。由于低频时磁场感应是主要问题，因此非屏蔽的双绞线对低频提供了最佳的屏蔽效果。非屏蔽双绞线的屏蔽效果与单位长度内的扭股次数成正比。,1.接地,15,同轴电缆因具有较均匀的特性阻抗和较低的损耗，使得它从直流到甚高频都有较好的性能。 大多数的屏蔽电缆都是用金属编织层来屏蔽的，编织层的优点是柔软和耐用，但编织层的不致密会使屏蔽效果变差，而且编织方式使屏蔽电流的均匀性变差，因此防磁场效率要比金属箔屏蔽电缆低530dB。另外，在高频下，编织层的孔隙与波长之比变大，使得屏蔽性能下降。 对有薄铝屏蔽层的电缆，则屏蔽层对芯线的覆盖率达到100，所以有着较好的电场屏蔽效
13、果。它在强度上不如用编织层的屏蔽电缆，而且端接情况也较差。 更好的屏蔽电缆是由箔层与编织层组合的，编织层可解决360的连续端接，而金属箔层则可覆盖编织层的孔隙。,1.接地,16,无屏蔽的带状电缆是供电子计算机、仪器仪表和其它电控设备做信号连接用的电缆。它的优点是成本低、使用方便。 带状电缆的使用中遇到的主要问题是信号与地线的分配。最容易想到的是信号与地的随机分配，而且只用一根线作为地线。这种方法的特点是用线最少，但信号导线与它们的地回路之间有大的环路面积，容易导致辐射发射和敏感度的问题。其次，只用一根接地线，会产生公共阻抗的耦合。此外，在带状电缆内还存在信号导线之间的串扰问题。 带状电缆的最好
14、接线方式是让信号和地线交错排列（即一根信号线配一根地线）。这样，每一根信号线都有一个单独的接地回路，公共阻抗的耦合就不存在；而且导线间的串扰也减至最小。但所用的导线数目比上一方法几乎都了一倍。 一个稍次于第二种的方法是按一根地线、二根信号线、再一根地线与再二根信号线的方法排列，与上法相比用线可减少25。这种方式也能做到每一根信号线旁有一根地线，因此环路面积也很小；但因为是两根信号线共享一根地线（即在地线的左、右各有一根信号线），因此有一些公共阻抗的耦合问题。而且并排的两根信号线之间，多少也有点串扰问题，但多数情况下，此法也可满足防护要求。 还有一种方案，是紧贴带状电缆设置一块接地平板，带状电缆
15、专走信号，接地和去耦有接地平板解决。此法也能取得较好防护效果，但由于电缆线的端接比较困难，用得不多。,1.接地,17,几种常用的接地方法及效能 如图是不同接地点的电缆对100KHz磁场干扰相对敏感度的测试结果。测试选择100KHz为界的原因是：频率高于它时电缆屏蔽层一般采用多点接地；而低于它时，一般采用单点接地。如果对传输脉冲信号来说，若脉冲的上升时间很短，则应按高频信号来处理。从图中所提供的试验结果可看出，将负载直接接地的方式是不适合的，这是因为两端接地的屏蔽层为磁感应的地环路电流提供了分流，使得磁场屏蔽性能下降。其次，双绞线或双绞屏蔽线对磁场的屏蔽效果明显优于单芯屏蔽线，这是由双绞线本身的
16、特点所决定的。另外，不推荐图中最后一种方式，因为在屏蔽上产生的任何噪声电压和电流都有可能作用到信号线上，特别是在高频时。,电缆之接地及效能,1.接地,18,接地的方法 搭接 是在两金属之间建立一低阻抗通路，其目的在为电流提供一均称的结构体以避免干扰。处理良好的搭接能彻底发挥屏蔽与滤波的功能，减少接地系统中的射频电位差，以及电流环路，并可防止静电产生，减少雷击与电磁脉冲的危险，同时能防止人员误遭电击。然而未经仔细处理的搭接会增加干扰的程度，此诚不良之设计较不设计为害尤甚。 搭接的形态 直接搭接：即搭接体间之直接连接； 间接搭接：即搭接体间以金属导线相连，其适合于经常移动的装备，以及将安装防震垫的
17、装备，间接搭接时应特别注意共振效应,否则引入杂讯。 搭接的方法 熔接(Welding) 硬焊Brazing 软焊（Sweating） 砧接Swaging 铆接(Riveting)：铆接有均匀、省时的优点，但其使用弹性不如以螺钉搭接，且防蚀能力不如熔接、软硬焊。铆接时铆孔应与铆钉紧密接合，铆孔边不得有油漆。 螺丝连接：螺纹搭接时应注意垫圈材料的选择及安放位置，通常均戴垫圈直接置于螺栓头或壳帽之下，而锁紧垫圈则应置于螺帽与均戴垫圈之间。此外，千万别将带齿锁紧垫圈置于两搭接金属之间。,1.接地,19,搭接之处理 搭接时，金属面应予以清洁，不得有油漆或其它杂物，搭接完成后，可涂以油漆或施以其它之防蚀保
18、护。此外，搭接时应考虑不同金属之电化效应，并应尽量减少接触盐水、汽油等，以防电能作用。若电能特性相去甚远的两金属欲搭接在一起，应以介于其间的金属为垫圈置于该两金属间，表2-1为金属电化次序：,1.接地,20,结语 要有效地达到搭接的功能，应使搭接的金属紧密地连接，连接面应均匀、干净，其间不得有非传导性之物质。固定时应防止变形、震动、摇摆。应尽量将类似金属相搭接，不得已时可使用垫圈。应尽量使用直接搭接，若情况不许可时得使用搭接线，惟使用搭接线时应考虑： 线之长度愈短愈好，电感电容比愈小愈好； 线之电化次序应低于搭接物； 长宽比应小于5； 应直接与搭接物相接； 不得使用自攻螺纹,1.接地,21,结
19、语 终结前述各节，系统接地时应注意： 接地线愈短愈好； 电缆屏蔽层终接时应环接； 电子线路中及低频使用时应规划不同的接地系统以配合不同之回路,如信号、屏蔽、电源、机壳或组架。这些回路最后可接在一起，然后以单点接地； 接地面应具有高传导性； 线路中之组件若经常产生大量的急变电流，则该线路应备有单独的接地系统，或至少应备有单独之回路，以免影响其它线路。 低能量信号之接地应与其它接地隔离； 切忌双股电缆分开安装； 低频宜采用单点接地系统，高频应采用多点接地系统； 良好的接地系统； 减少由共同导体所引入的杂讯电压，尽量避免产生接地环路； 已接地的放大器接于未接地之电源，其输入导线之屏蔽应接于放大器之接
20、地点。若未接地之放大器接于接地之电源，则输入导线之屏蔽应于电源端接地。高增益放大器之屏蔽应接于放大器之接地点； 若信号线路两端接地，则所产生的接地环路易受磁场及地电位差的干扰； 去除接地环路的方法有使用隔离变压器、光电耦合器、差动放大器、扼流圈。,1.接地,22,屏蔽 能有效地抑制通过空间传播的电磁干扰。 采用屏蔽的目的有两个： 一是限制内部的辐射电磁能越过某一区域； 二是防止外来的辐射进入某一区域。 屏蔽机理 可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。 因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量（涡流损耗）、反射能量（电磁波在屏蔽体上的界面反射）和
21、抵消能量（电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可抵消部分干扰电磁波）的作用，所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。当干扰电磁场的频率较高时，利用低电阻率的金属材料中产生的涡流，形成对外来电磁波的抵消作用，从而达到屏蔽的效果。 当干扰电磁波的频率较低时，要采用高导磁率的材料，从而使磁力线限制在屏蔽体内部，防止扩散到屏蔽的空间去。 在某些场合下，如果要求对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时，往往采用不同的金属材料组成多层屏蔽体。,2.屏蔽,23,电场屏蔽 电场感应可看成是分布电容间的耦合。在图3-1中，干扰源A和受感应物B的电位分别为UA和UB，UB=C1*UA/C1+C2,式中，C1为A、B之间的分布
22、电容；C2为受感应物B的对地电容。 通过上式可以看出，为了减弱受感应物B上的电场感应，可能采用的方法有： 1.增大A、B之间的距离，目的是减少A、B间的分布电容C1； 2.尽可能使受感应物B贴近接地板，以增大其对地电容C2； 3.可以在A、B之间插入一块称之为屏蔽板的金属薄板。从图3-2可见，插入金属板后，新造就了两个分布电容C3和C4，其中C3被屏蔽板短路到地，它不会对B点的电场感应产生影响。而受感应物B的对地和对屏蔽板的分布电容C2和C4实际上是处于并联的位置上（因为屏蔽板是接地的）。这样，受感应物B的感应电压UB应当是A点电压被A、B之间分压后的剩余电容C1与并联电容C2和C4的分压，即
23、UB=C1*UA/（C1+C2+C4），由于 C1远小于未屏蔽时的C1值，故UB值要远小于未屏蔽时的UB值。,2.屏蔽,24,电场屏蔽的设计要点 为了获得良好的电场屏蔽效果，注意以下几点是必要的： 屏蔽板以靠近受保护物为好，而且屏蔽板的接地必须良好。此举目的是增大C4的值； 屏蔽板的形状对屏蔽效能的高低有明显影响。例如，全封闭的金属盒可以有最好的电场屏蔽效果，而开孔或带缝隙的屏蔽盒，其屏蔽效能都会受到不同程度的影响。此举主要是影响剩余电容C1的值； 屏蔽板的材料以良导体为好，但对厚度并无要求，只要有足够强度就可以了。,2.屏蔽,25,磁场屏蔽 磁场屏蔽通常是对直流或甚低频磁场的屏蔽，其效果比对
24、电场屏蔽和电磁场屏蔽要差得多，因此磁场屏蔽是个棘手的问题。 磁场屏蔽的机理 磁场屏蔽主要是依赖高导磁材料所具有的低磁阻，对磁通起着分路的作用，使得屏蔽体内部的磁场大大减弱。图3-3说明了这一原理。经屏蔽后H1远小于H0,2.屏蔽,26,磁场屏蔽的设计要点 提高磁场屏蔽效能的主要措施有： 选用高导磁率的材料，如坡莫合金； 增加屏蔽体的壁厚； 以上两条均是为了减少屏蔽体的磁阻； 被屏蔽的物体不要安排在紧靠屏蔽体的位置上，以尽量减少通过被屏蔽物体体内的磁通； 注意磁屏蔽体的结构设计，凡接缝、通风孔等均可能增加磁屏蔽体的磁阻，从而降低屏蔽效果。为此，可以让缝隙或长条形通风孔循着磁场方向分布，这有利于屏
25、蔽体在磁场方向的磁阻减小； 对于强磁场的屏蔽可采用双层磁屏蔽体的结构。对要屏蔽外部强磁场的，则屏蔽体外层要选用不易磁饱和的材料，如硅钢等；而内部可选用容易达到饱和的高导磁材料，如坡莫合金等。反之，如果要屏蔽内部强磁场时，则材料排列次序要倒过来。在安装内外两层屏蔽体时，要注意彼此间的磁绝缘。当没有接地要求时，可用绝缘材料做支撑件。若需要接地时，可选用非铁磁材料（如铜、铝）做支撑件。但从屏蔽体能兼有防止电场感应的目的出发，一般还是要接地的。,2.屏蔽,27,电磁场屏蔽 与前面已讲述的电场屏蔽及磁场屏蔽的机理不同，电磁屏蔽对于电磁波的衰减有三种不同的机理： 当电磁波在到达屏蔽体表面时，由于空气与金属
26、的交界面上阻抗的不连续，对入射波产生的反射。这种反射不要求屏蔽材料必须有一定厚度，只要求交界面上的不连续； 未被表面反射掉而进入屏蔽体的能量，在体内向前传播的过程中，被屏蔽材料所衰减。这种物理过程被称为吸收； 在屏蔽体内尚未衰减掉的剩余能量，传到材料的另一表面时，在遇到金属与空气不连续的交界面时，会形成再次反射，并重新返回屏蔽体内。这种反射在两个金属的交界面上可能有多次的反射。 这样看来，电磁屏蔽体对电磁的衰减主要是基于电磁波的反射和电磁波的吸收两种方式。,2.屏蔽,28,表3-1各种屏蔽材料的电特性,2.屏蔽,29,机箱（或屏蔽盒）之屏蔽 前面所述都把电磁屏蔽体看成是一个全封闭的屏蔽体，亦即
27、它在电气上是连续均匀的，没有孔隙的。但在实际中，这种屏蔽体并不存在，现实中机箱都有空隙，在电气上并不连续，导致其屏蔽效能会降低。下面是机箱（或屏蔽盒）设计中的一些基本做法： 结构材料 1.适用于底板和机壳的材料大多数是良导体，如铜、铝等，可以屏蔽电场，主要的屏蔽机理是反射而不是吸收。 2.对磁场的屏蔽需用铁磁材料，如高导磁率合金和铁。主要的屏蔽机理是吸收而不是反射。 3.在强电磁场环境中，要求材料能屏蔽电场和磁场两种成分，因此需要结构上完好的铁磁材料。屏蔽效率直接受材料厚度以及搭接和接地方法好坏的影响。 4.对于塑料壳体，是在其内壁喷涂屏蔽层，或在汽塑时掺入金属纤维。 必须尽量减少结构的电气不
28、连续性，以便控制经底板和机壳进出的泄漏辐射。提高缝隙屏蔽效能的结构措施包括增加缝隙深度，减少缝隙长度，在接合面上加入导电衬垫，在接缝处涂上导电涂料，缩短螺钉间距等。,2.屏蔽,4.对于塑料壳体，是在其内壁喷涂屏蔽层 一般要求 （1）屏蔽值 当镀层具有40dB 以上的屏蔽值时95%的一般市售产品都有可能满足国际推荐标准的要求。,（2）可靠性 要求镀层在使用过程中屏蔽能力基本不降低附着力良好镀层如有脱落不但影响屏蔽性能而且落入仪器内部能造成短路事故。对可靠性的鉴定是按有关标准进行冷-热循环高温与低温实验后对镀层的导电性和附着力进行检验。 （3）脆性 要求镀层按有关标准进行冲击试验后不应有剥落。 （
29、4）其它 除上述三条主要性能要求外还应考虑镀层的均匀性(不均匀会引起各部分屏蔽性能不一致)和耐磨性。,2.屏蔽,UL标准 UL:UL标准是关于EMI 电镀结合力耐湿高温等等性能测试的通过认定。测试 1. 盐雾试验 2. 粘附力测试 3. 电阻测试 4. 高温高湿测试 5. 冷热循环测试等等 存放不可长期不加保护地存放于潮湿及有腐蚀性的环境中装入有干燥剂的胶袋中存放.,2.屏蔽,32,各种EMI处理方法的比较,2.屏蔽,33,缝隙 1.在底板和机壳的每一条缝和不连续处要尽可能好地搭接，以防电磁能的泄漏和辐射，尽可能采用焊接。若条件受限，可用点焊、小间距的铆接和用螺钉来固定。 2.在不加导电衬垫时
30、，螺钉间距一般应小于最高工作频率的1波长，至少不大于1/20波长。 3.用螺钉或铆接搭接时，应首先在缝中部搭接好，然后逐渐向两端延伸，以防金属表面的弯曲。 4.保证紧固方法有足够的压力，以便在有变形应力、冲击、振动时保持表面接触，当需要活动接触时，使用指形压簧（而不用网状衬垫），并要注意保持弹性指簧的压力。 5.在接缝不平整的地方，或在可移动的面板等处，必须使用导电衬垫或指形弹簧材料。 6.选择高导电率、弹性好的、硬韧材料做成的衬垫。选择衬垫时要考虑接合处所使用的频率并保证同衬垫配合的金属表面没有非导电保护层。 7.导电橡胶衬垫用在铝金属表面时，要注意电化腐蚀作用。纯银填料的橡胶或线形衬垫将出
31、现最严重的电化腐蚀。银镀铝填料的导电胶是盐雾环境下用于铝金属配合表面的最好衬垫材料。,按优先等级排列的各种衬垫,2.屏蔽,常用屏蔽材料: 填充在缝隙中的导电材料,提供连续的低阻抗的连接。必要条件是”弹性+导电” 应用EMI衬垫时应综合全面考虑以下17因素 Area of Interference : Location of interference Shielding Required : How many dB at what range (90dB at 2GHz) Conductivity , R : include Material R & Contact R Usage Enviro
32、nment : Outdoor /Indoor/ Dusty/ Waterproof Contact surface : Material or finishing. Chromium, Tin or Zinc plated Compression : (Recommended compression 30%) Force required : impact for deformation Fire Rating : UL94V0, UL94HB, UL94HF-1, No rating Resistance to Abuse : times? Corrosion Resistance : -
33、Galvanic -Oxidation Spring / Compression Set : soft ? Profile/Shape Selection : standard or custom design ? Operating Temperature : 10% , 60 Deg C Mounting Method : Stick on, Clip on, Rivet on, Slot in, etc Dimension of gap and space : Height, Width, Length of gap or I/O Criteria to follow : Mil Spe
34、c, FCC, CE Cost per Performance : not cost consideration only,2.屏蔽,常用屏蔽材料 1:导电布( Fabric Over Foam: FOF),2.屏蔽,常用屏蔽材料 2:导电泡棉(Conductive Foam: CF) 导电泡棉衬垫(CF)制成的板料,方形条,及用于电脑接口的I/O屏蔽衬垫,2.屏蔽,常用屏蔽材料 3:金属簧片 (Finger Stock) 由特殊合金铍青铜制成的指形簧片，能够解决起它衬垫不能在剪切方向受力问题，形变范围大，低频段和高频段屏蔽性能优势,2.屏蔽,常用屏蔽材料 4:导电橡胶 Best for mi
35、niature devices. 导电橡胶是将微细导电粒均匀分布在硅橡胶中的方法制成。它既保持住橡胶原有水汽密封性能和弹性，同时有高导电性。 High shielding effectiveness Provides environmental sealing Extruded, molded, and die-cut Variety of compounds and fillers,Hollow P 25-50%,Hollow D 20-50%,Hollow O 0-50%,Solid D 5-20%,Solid O 20-25%,Flat strip 5-10%,2.屏蔽,常用屏蔽材料 5
36、:点胶 Form-In-Place Elastomer 导电胶是在硅树脂中掺铜镀银颗粒精致而成，具有优良导电性和粘接强度，通过点胶方法直接成型于机壳上，它最适合小型化需求,Applied to die-cast metal or metalized plastic parts.Can be applied to non-planar surfaces.Can be applied with standard application machinery,2.屏蔽,常用屏蔽材料 6:Board Level Shielding,2.屏蔽,应用EMI衬垫考虑点 1.衬垫的弹性与变形 EMI衬垫都刻意设
37、计有柔软的弹性，该回弹压紧能形成面与面的紧密全面接触,以充分发挥导电性能.同时也是开开关关的需要.因此,弹性是一个关键因素。 为了在任何情况下都能获得良好的电气接触，并适应机箱尺寸微少变化，压缩到一定量值是 必要的,一般30-50%. 衬垫的压缩能改善接触阻抗，可以使屏蔽具有更高的效能。但衬垫释放的 压力过大也会导致机箱尺寸变化.特别是塑壳和薄金属壳.残余形变(compress set)会影响接触. 结论：软软弹性和少少的残余形变是我们所追求的。,2.屏蔽,应用EMI衬垫考虑点 2.R - C%-Force,压缩量:压力,电阻:压缩量,2.屏蔽,5,应用EMI衬垫考虑 3.电化学稳定性 当两个
38、金属电极被浸在电触液中时，电子就被从一个电极流向另一个电极。电子的流动的建立，又支持电流的流动，使主电极(anode)就慢慢被腐蚀。不同的金属呈现这个效应有不同的程度，通过此较它们的电位差，就可以分级。 材料中任何两个金属之间得出的电压，是表中材料电压之间的电位差。从耐腐蚀的观点看，衬垫和接触表面都用相同或相近的金属或合金制作，接金属电位差一般不大于0.3.,2.屏蔽,应用EMI衬垫考虑点 4.衬垫工作受力形式, 包括EMI衬垫在安装条件下受力后的尺寸,受正压力,受单剪切力,受单剪切力/倒沟,受90压力,双向受的剪切力,2.屏蔽,应用EMI衬垫考虑点 5.塑性变形,无恢复变形,塑性变形,残余变
39、形,无恢复变形(图例中) =无恢复变形量0.0048/压入量0.120 = 0.0048/0. 120 = 4%.,.120,.200,2.屏蔽,应用EMI衬垫考虑点 6.SE 下图为对比Qualitative Shielding Effectiveness Five Popular Gasket Types,120 -100 -80 -60 -40 -,dB,| | | | | | | 10k 100k 1M 10M 100M 1G 10GFrequency (Hz),BeCu Metal Gaskets,BeCu Mesh Gaskets,BeCu,Fabric Over Foam Gas
40、kets,Elastomer Gaskets,Monel Mesh Gaskets,2.屏蔽,应用EMI衬垫考虑点 7.EMI衬垫的固定 方法：短缝、卡扣、双卡、沟槽、压敏胶/导电、铆，焊，螺纹连接 下图是金属簧片的安装,SNAP-IN,CLIP-ON,PSA,SLOT MOUNT,RITE TRAK,SOLDER,OTHERS,SNAP-IN RIVET TRAK,2.屏蔽,应用EMI衬垫考虑点 8: UL Rate 对比Five Popular Gasket Types,Parameter dB Falloff, 10k-10GVariability Compression RangeCl
41、osure PressureUsable in ShearCompression SetFlame RetardantFluid SealSurface AreaWeightGas Permeable,BeCu Finger No 0 - 6 dB 20 - 80%,45 20 #/Lin Ft 0,3 kg/cm Yes None Yes No Minimum Light No,BeCu Mesh Yes (Hi Freq) 6 - 18 dB 15 - 75%,45 10 #/Lin Ft 0,15 kg/cm No None Yes No Medium Light No,Monel Me
42、sh Yes (Hi Freq) 6 - 18 dB 5 - 15%,10 20 #/sq in 1.41 kg/sq cm No Medium Yes No Maximum Medium No,Fabric o Foam Yes (VHiFreq) 0 - 10 dB 20 - 60%,45 10 #/Lin Ft 0,15 kg/cm Limited Low Yes No Medium Light Yes,Ag Filled Elast Yes (LowFreq) 40 - 60 dB 5 - 20%,12 50 - 100 #/sq in 3,5 - 7 kg/sq cm No High
43、est Yes Excellent Medium Heaviest Yes,2.屏蔽,49,穿透和开口 要注意由于电缆穿过机壳使整体屏蔽效能降低的程度。典型的未滤波的导线穿过屏蔽体时，屏蔽效能降低30dB以上。 电源线进入机壳时，全部应通过滤波器盒。滤波器的输入端最好能穿出到屏蔽机壳外；若滤波器结构不宜穿出机壳，则应在电源线进入机壳处专为滤波器设置一隔舱。 信号线、控制线进入/穿出机壳时，要通过适当的滤波器。具有滤波插针的多芯连接器（插座）适于这种场合使用。穿过屏蔽体的金属控制轴，应该用金属触片、接地螺母或射频衬垫接地。也可不用接地的金属轴，而用其它轴贯穿波导截止频率比工作频率高的圆管来作控制
44、轴。 必须注意在截止波导孔内贯通波导金属轴或导线时会严重降低屏蔽效能。 当要求使用对地绝缘的金属控制轴时，可用短的隐性控制轴，不调节时，用螺帽或金属衬垫弹性安装帽盖住。 为保险丝、插孔等加金属帽。 用导电衬垫和垫圈、螺母等实现钮子开关防泄漏安装。 在屏蔽、通风和强度要求高而重量不苛刻时，用蜂窝板屏蔽通风口，最好用焊接方式保持线连接，防止泄漏。 尽可能在指示器、显示器后面加屏蔽，并对所有引线用穿心电容滤波。在不能从后面屏蔽指示器/显示器和对引线滤波时，要用与机壳连续连接的金属网或导电玻璃屏蔽指示器/显示器的前面。对夹金属丝的屏蔽玻璃，在保持合理的透光度条件下，对301000MHz的屏蔽效能一般可
45、达50110dB。在透明塑料或玻璃上镀透明导电膜，其屏蔽效果一般不大于20dB。但后者可消除观察窗上的静电积累，在仪器上常用。,2.屏蔽,50,搭接 尽可能用同样的金属搭接。保证搭接的直流电阻不大于2.5毫欧。 对不同金属进行搭接要注意各种金属在电化学序列表（见表3-3）中的相对位置。电位差要尽可能小，并有合适的防腐蚀措施。当级别相差较远的金属搭接时，需在两金属表面间放入一个中间级别的金属垫圈。 修整搭接表面，以便得到最大的接触面积。 搭接前清洗所有配接表面。为防止氧化，在清除了保护层之后就马上搭接配合表面。 对于永久性搭接应尽可能用熔焊或铜焊锡焊连接所有的接合面。射频搭接应优先采用永久性搭接
46、。 搭接必须从射频的角度来分析，不能用欧姆表来评估射频搭接或射频垫圈。 不允许用螺栓或螺钉的螺纹来完成射频搭接。 导电胶连接处必须提供大约700g/cm2的压力，以保证导电涂覆处的高导电率。导电胶的导电性要求大约为2-50m/cm。 压紧所有的射频衬垫。,2.屏蔽,51,插箱之屏蔽 当插箱的工作频率较高容易干扰其他插箱工作时，或工作非常敏感易受到其他插箱干扰时，有必要考虑插箱的屏蔽性能，插箱的屏蔽比较复杂，一般可采用以下方式： 面板采用金属面板，一般使用U形面板，U形面板两侧必须保证是清洁的金属面； 为保证面板之间的良好搭接，面板之间最好使用金属簧片； 面板与机框之间最好使用金属簧片或导电衬垫
47、保证搭接； 机框的搭接必须良好保证 插箱的上下一般有通风散热要求，可使用多孔薄板，对屏蔽要求较高时可使用蜂窝板； 为及时泄放面板上的静电，面板上最好有一金属插针，此插针有静电泄放和定位两个作用；在机框内对应插针处必须有定位孔和接地簧片配合。,2.屏蔽,52,物件之屏蔽 由于电磁波存在于每个角落，所以稍有疏忽，就可能导致严重的损失，因此，对于各对象的屏蔽得慎重规划。在各物件中，首重电缆之屏蔽，因其为最常引入杂讯者。 电缆的屏蔽最常使用编织的金属网，而影响其屏蔽效能的因素包括：屏蔽材料及厚度，屏蔽层的终结方法及所使用的接头，线上的驻波比，电缆本身的长度及方向；此外，就实际上，电缆加屏蔽层后的柔软度
48、亦应重视。 此外，电缆的屏蔽层应加以绝缘，因为不当的接地会产生杂讯；同时，除了同轴电缆之外，屏蔽层不应视为信号之回线。另外，用于传送高频信号的电缆其屏蔽层应两端接地。 电缆屏蔽层的终结应慎重处理，否则将严重影响其整体效能。 除了电缆得加屏蔽层之外，接头也应一并考虑；同时，接头的屏蔽应予以适当的接地，而其屏蔽效能应不低于电缆。 用于带有屏蔽层电缆的接头应配合使用环境（如耐震、防腐蚀、以及能耐周边温度的老化），良好的接触，并得兼顾安全。 除了上述的电缆以及接头加屏蔽之外，不同的辅助设施使用于屏蔽体上，以增加屏蔽效能。 垫圈是最常使用者，因其使用的场合不同，而有各式各样的型式，但其最终目的则均为保持
49、屏蔽，增加效能。其使用的材料应与本体配合，以防电化效应。 抓钩为另一种辅助设施，其多用于屏蔽房间的大门上。 除了以上所述的实体辅助之外，涂覆、填料也被广泛地使用。,2.屏蔽,53,结论 屏蔽效应的主要部分有吸收损耗和反射损耗； 除了低频磁场以外，直接穿透屏蔽的场并不是影响效应的主要因素； 电场及平面波的反射损耗最为显着； 用于电场，平面波及高频磁场等屏蔽物的材料，以采用导电性高的金属为佳； 低频时，磁场之反射损耗较小，通常以磁性材料为屏蔽物； 磁场较电场难以屏蔽； 高u材料可用于屏蔽低频磁场，不过主要是使用引导的方式，所以最好是让屏蔽形成一完全磁路； 接合线的屏蔽效应与其传送阻抗成反比； 接触阻抗是接合线上之压力的非线性函数； 在大部分的情况下，影响屏蔽效应的最重要关键是屏蔽的中断性，象屏蔽中的接合线和洞孔。 实际应用中，屏蔽效能大多决定于屏蔽体上之开口； 把电缆从屏蔽的洞中接出，会严重地影响屏蔽效应； 对于一个任意场极化而言，洞孔及插槽的屏蔽效应与其最大线性长度有关； 电缆的屏蔽应该在进入点接地到屏蔽体； 电缆、接头等应视需要而加屏蔽，以保证整体效能； 为满足实际需求，辅助设施应善加利用。,
