在電源電路設計中，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(zhù)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(lái)源以及相應的屏蔽方法作一講解。
電磁兼容性(EMC)從專(zhuān)業(yè)角度講就是指“一種器件、設備或系統的性能，它可以使其在自身環(huán)境下正常工作并且同時(shí)不會(huì )對此環(huán)境中任何其他設備產(chǎn)生強烈電磁干擾 (IEEE C63.12-1987)?！睂τ跓o(wú)線(xiàn)收發(fā)設備來(lái)說(shuō)，采用非連續頻譜可部分實(shí)現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備之間、打印機和臺式電腦之間以及蜂窩電話(huà)和醫療儀器之間等都具有高頻干擾，而工程師們通常會(huì )把這種干擾稱(chēng)為電磁干擾，也就是EMI。
EMC問(wèn)題來(lái)源
所有電器和電子設備工作時(shí)都會(huì )有間歇或連續性電壓電流變化，有時(shí)變化速率還相當快，這樣會(huì )導致在不同頻率內或一個(gè)頻帶間產(chǎn)生電磁能量，而相應的電路則會(huì )將這種能量發(fā)射到周?chē)沫h(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。信號輻射是通過(guò)外殼的縫、槽、開(kāi)孔或其他缺口泄漏出去;而信號傳導則通過(guò)耦合到電源、信號和控制線(xiàn)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合的方式來(lái)實(shí)現，大多數時(shí)候從源頭處降低干擾、通過(guò)屏蔽和過(guò)濾或接地將干擾產(chǎn)生電路隔離以及增強敏感電路的抗干擾能力等這些簡(jiǎn)單原則來(lái)幫助實(shí)現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)強度降至最初的十分之一，即SE等于20dB，而有些場(chǎng)合可能會(huì )要求將場(chǎng)強降至為最初的十萬(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：銅的導磁率； σ：銅的導電率 ；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。對于桿狀或直線(xiàn)形發(fā)射天線(xiàn)而言，離波源越近波阻越高，然后隨著(zhù)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(xiàn)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(zhù)與波源距離的增加而增加，但當距離超過(guò)波長(cháng)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(lèi)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備。
近場(chǎng)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(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)負數，表示屏蔽效率的下降情況。
只有如金屬和鐵之類(lèi)導磁率高的材料才能在極低頻率下達到較高屏蔽效率。這些材料的導磁率會(huì )隨著(zhù)頻率增加而降低，另外如果初始磁場(chǎng)較強也會(huì )使導磁率降低，還有就是采用機械方法將屏蔽罩作成規定形狀同樣會(huì )降低導磁率。綜上所述，選擇用于屏蔽的高導磁性材料非常復雜，通常要向EMI屏蔽材料供應商以及有關(guān)咨詢(xún)機構尋求解決方案。
在高頻電場(chǎng)下，采用薄層金屬作為外殼或內襯材料可達到良好的屏蔽效果，但條件是屏蔽必須連續，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(xiàn)。
設計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，而且設備運行過(guò)程中還會(huì )需要用到這些孔隙。制造、面板連線(xiàn)、通風(fēng)口、外部監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，但在屏蔽設計中對與電路工作頻率波長(cháng)有關(guān)的溝槽長(cháng)度作仔細考慮是很有好處的。
任一頻率電磁波的波長(cháng)為：波長(cháng)(λ)=光速(C)/頻率(Hz)
當縫隙長(cháng)度為波長(cháng)(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重，因為它的波長(cháng)越短。當涉及到最高頻率時(shí)，必須要考慮可能會(huì )出現的任何諧波，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RF輻射的頻率及強度，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(cháng)為300mm)的輻射衰減26dB，則150mm的縫隙將會(huì )開(kāi)始產(chǎn)生衰減，因此當存在小于 150mm的縫隙時(shí)，1GHz輻射就會(huì )被衰減。所以對1GHz頻率來(lái)講，若需要衰減20dB，則縫隙應小于15 mm(150mm的1/10)，需要衰減26dB時(shí)，縫隙應小于7.5 mm(15mm的1/2以上)，需要衰減32dB時(shí)，縫隙應小于3.75 mm(7.5mm的1/2以上)。
可采用合適的導電襯墊使縫隙大小限定在規定尺寸內，從而實(shí)現這種衰減效果。
