EMC课件(屏蔽技术)

1、EMC设计方法Part4Shieldingxxxx xxx文献背景：作者Eur Ing Keith Armstrong IEE会员、IEEE会员他的EMC系列文章包括6部分：1、电路设计2、连线及连接器3、过滤器及瞬态抑制其4、屏蔽5、PCB布局6、ESD(Electro-Static discharge )，机电装置及功率 因素补偿主要内容1、屏蔽的商业必要性；2、屏蔽的概念；3、电路之间、屏蔽之间更大（的间距）、矩形（或不规则）的屏蔽外形更好，以避免共振；4、趋肤效应 （很难挡住低频）5、孔隙 （很难挡住高频）6、低频（磁场）屏蔽7、截至波导8、导体垫圈（用于填缝）9、可视组件的屏蔽 （如

2、显示皮、指示灯、键盘）10、通风（散热）孔的屏蔽11、用喷漆或电镀的塑料来屏蔽12、非金属屏蔽13、屏蔽室的安装14、板级电磁屏蔽1 1、屏蔽的商业必要性、屏蔽的商业必要性最初的模型如“法拉第笼”屏蔽的大致商业成本：单个IC部分PCB单个模块整个产品工控机迈克尔迈克尔法拉第法拉第（Michael Faraday，公元1791公元1867），1831年10月17日发现电磁感应现象，发电机和电动机(原型)的发明者 。 作者提出的一个重要概念： 一个项目在计划阶段就要考虑屏蔽问题，这样花费在屏蔽措施上的成本才会最低。 屏蔽措施往往带来费用和仪器重量的增加，若能以其他EMC方式加以解决，就尽量减少屏蔽

3、。（言下之意屏蔽是最后一招） 若等到问题暴露出来再去查漏补缺，往往需要付出相当大的代价。对于PCB应注意以下两点：1、使导线及元器件尽量靠近一块大的金属板（这个金属板不是指屏 蔽体）2、使电气部件及线路尽量靠近地层（减少层间信号的电磁干扰、地 层可以吸收部分干扰 ）这样，即使是需要加屏蔽，也可以降低对屏蔽效能（SE shiedling effectiveness）的需求。屏蔽相当于一个滤波器，放置于电磁波的传播路径上，对其中的一部分频段形成高阻抗。阻抗比越大，屏蔽效能越好。 对于一般金属，0.5mm的厚度就能对1MHz的电磁波产生较好的屏蔽效果，对100MHz能有非常好的屏蔽效果，问题在于薄层

4、金属屏蔽对1MHz以下或孔隙来说，屏蔽效果就不行了，本文重点介本文重点介绍这方面绍这方面。2、屏蔽的概念、屏蔽的概念3、大的间距、矩形屏蔽会更好、大的间距、矩形屏蔽会更好(1) 电路之间、屏蔽之间更大的间距能够减少相互干扰；(2) 矩形（或不规则）的屏蔽外形，能够尽量避免频率共振；正方形的外壳往往容易引起共振；但总的来说，电路板一般位于屏蔽体内，其元器件、线路等都会改变预期的共振频率点，所以不必太操心。4、趋肤效应、趋肤效应工程上定义从表面到电流密度下降到表面电流密度的0.368（即1/e）的厚度为趋肤深度或穿透深度:k2式中 导线材料的磁导率； 1/材料的电导率； k材料电导率（或电阻率）温

5、度系数；趋肤深度上图：不同频率下三种金属的趋肤效应深度（频率越高，深度越浅，越趋肤）；趋肤效应以传导的角度看，是希望趋肤深度深的，那表示导线的利用率高；但是对于屏蔽，是希望趋肤深度浅的，这样就能以较薄的金属屏蔽更多的电磁频段；50Hz的趋肤深度515mm，很难屏蔽用于屏蔽的金属应有良好的导电及导磁性能，厚度根据干扰的最低频率所产生的趋肤深度来定。一般1mm的低碳钢板或者1m的镀锌层就能满足一般的应用。（这也是实际中常看到机箱壁上镀锌的原因）5、孔隙、孔隙如果屏蔽体的整个壳体是无缝无孔的，那么对于30MHz的电磁波来说，要达到100dB的衰减效果不是难事。问题就在于他们不是无缝无孔的：一个好的设

6、计要做到：不要被他人干扰也不要干扰他人在一个完美的屏蔽壳体上开一个洞，相当于构成一个半波共振缝隙天线，屏蔽效能SE与孔的最大尺寸d、电磁波波长关系如下：我们常用到的电磁波频段：对讲机那么对于之前提到的30MHz，波长10m，假设有一个USB口（孔径对角线尺寸10mm），换算下来SE为54dB，d越大，SE越小。我们在常规应用中制造出的干扰及谐波频段：整流器开关电源微处理器时钟右图：大致说明缝隙的长度在某频率电磁波长下的屏蔽效能，举例说，对于一个19的屏蔽盖板边沿有条430mm长的缝隙，对于350MHz的干扰来说，该缝隙近乎一个完美天线，屏蔽形同虚设。完美天线屏蔽基本无效屏蔽尚起作用孔隙、平率与

7、屏蔽效能的大致关系：对于1GHz电磁波，想要达到40dB（民用常规）的SE，孔隙就要小于1.6mm。对于1GHz电磁波，想要达到20dB的SE，孔隙就要小于16mm。要达到40dB的SE，通常需要用导体垫圈、弹簧夹指来进行密封，注意内部元件与屏蔽罩的间距、数据总线与开孔和缝隙之间的距离。还要注意，当屏蔽体中有电流，且电流的前进方向上有孔缝挡路，迫使电流绕行时，将引起孔缝类似天线而发射磁场，通过孔缝变化的电压产生磁场。6、低频磁场的屏蔽、低频磁场的屏蔽采用高磁导率的合金材料（如非晶合金、坡莫合金），按一定规格制成屏蔽罩，可大幅度减小磁场影响。与孔隙（波导）的宽度及深度有关：7、截至波导、截至波导

8、截止频率：150000/cutofffg当cutoffff时，SE大约为27d/g波导在不同宽度深度下的屏蔽效能：显然孔是越窄、越深的SE越好8、垫圈、垫圈采用良导体，用于填缝，能承受一定的挤压变形，抗腐蚀、经久耐用.(1)导电聚合物（形变小，难以使用）(2)导电外包的聚合物（难以密封）(3)金属网（不密封）(4)弹簧夹指（spring fingers，铍铜合金材质，）(5)导电密封圈9、可视组件的屏蔽、可视组件的屏蔽两种措施(1) 显示屏外部贴金属薄膜（铟锡氧化 物材质）(2) 内置金属网（类似军用笔记本屏幕）贴合的屏蔽窗形式导体垫圈10、通风孔的屏蔽、通风孔的屏蔽将通风孔做成两种形式：(1)金属网格（类似蜂窝铝板）(2) (截至)波导11、用喷漆或电镀的塑料、用喷漆或电镀的塑料因为开模塑料美观轻便，所以时常使用，对这种情况，一般在塑料杯面喷涂导电材料，因为导电层厚度不可能太厚（微米级），实际效果不怎么样。对于二类电器(class II)，还可能增加静电放电（ESD）的可能性。二类电器：这类电器采用双重绝