EMI控制方法：屏蔽、濾波、接地二

　　屏蔽效率是對屏蔽體進行性能評估的一個指數(shù)，它的表達式為：

　　SE(db)=A+R+B

　　1) 其中A為吸收損耗，吸收損耗是指電磁波穿過屏蔽罩時能量損耗的數(shù)量，吸收損耗可以通過下面的公式計算：

　　AdB=1.314(f*σ*μ)1/2*t

　　f： 頻率(MHz) μ：銅的導磁率 σ：銅的導電率 t：屏蔽體厚度

　　2) R指反射損耗，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，離波源越近波阻抗越高，然后隨著與波源距離的增加而下降，但平面波阻抗則無變化(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，離波源越近波阻抗越低，波阻抗隨著與波源距離的增加而增加，但當距離超過波長的六分之一時，波阻抗不再變化，恒定在377處。反射損耗隨波阻抗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指波源與屏蔽之間的距離。

　　3) 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數(shù)，表示屏蔽效率的下降情況。

　　也就是說，我們想抑制住EMI，必須提高屏蔽效率，那么，屏蔽材料的選擇也變得很重要了.只有如金屬和鐵之類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隨著頻率增加而降低，另外如果初始磁場較強也會使導磁率降低，還有就是采用機械方法將屏蔽罩作成規(guī)定形狀同樣會降低導磁率。

　　在高頻電場下，采用薄層金屬作為外殼或內(nèi)襯材料可達到良好的屏蔽效果，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)備運行過程中還會需要用到這些孔隙。制造、面板連線、通風口、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)

　　當縫隙長度為波長(截止頻率)的一半時，RF波開始以20dB/lO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，因為它的波長越短。當涉及到最高頻率時，必須要考慮可能會出現(xiàn)的任何諧波，

　　一旦知道了屏蔽罩內(nèi)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(波長為300mm)的輻射衰減，則150mm的縫隙將會開始產(chǎn)生衰減，因此當存在小于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7.5mm(15mm的1/2以上)，需要衰減32dB時，縫隙應(yīng)小于3.75mm(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(guī)定尺寸內(nèi)，從而實現(xiàn)這種衰減效果。由于接縫會導致屏蔽罩導通率下降，因此屏蔽效率也會降低。要注意低于截止頻率的輻射其衰減只取決于縫隙的長度直徑比，例如長度直徑比為3時可獲得100dB的衰減。在需要穿孔時，可利用厚屏蔽罩上面小孔的波導特性;另一種實現(xiàn)較高長度直徑比的方法是附加一個小型金屬屏蔽物，如一個大小合適的襯墊。上述原理及其在多縫情況下的推廣構(gòu)成多孔屏蔽罩設(shè)計基礎(chǔ)。

　　多孔薄型屏蔽層：多孔的例子很多，比如薄金屬片上的通風孔等等，當各孔間距較近時設(shè)計上必須要仔細考慮。下面是此類情況下屏蔽效率計算公式

　　SE=[20lg(fc/o/σ)]-10lg n其中f截止頻率n：孔洞數(shù)目

　　注意此公式僅適用于孔間距小于孔直徑的情況，也可用于計算金屬編織網(wǎng)的相關(guān)屏蔽效率。

　　接縫和接點：電焊、銅焊或錫焊是薄片之間進行永久性固定的常用方式，接合部位金屬表面必須清理干凈，以使接合處能完全用導電的金屬填滿，保持高阻狀態(tài).導電襯墊的作用是減少接縫或接合處的槽、孔或縫隙，使RF輻射不會散發(fā)出去。EMI襯墊是一種導電介質(zhì)，用于填補屏蔽罩內(nèi)的空隙并提供連續(xù)低阻抗接點。

　　墊片系統(tǒng)：一個需要考慮的重要因素是壓縮，壓縮能在襯墊和墊片之間產(chǎn)生較高導電率。襯墊和墊片之間導電性太差會降低屏蔽效率，另外接合處如果少了一塊則會出現(xiàn)細縫而形成槽狀天線，其輻射波長比縫隙長度小約4倍。

　　確保導通性首先要保證墊片表面平滑、干凈并經(jīng)過必要處理以具有良好導電性，這些表面在接合之前必須先遮住;另外屏蔽襯墊材料對這種墊片具有持續(xù)良好的粘合性也非常重要。導電襯墊的可壓縮特性可以彌補墊片的任何不規(guī)則情況。

　　所有襯墊都有一個有效工作最小接觸電阻，設(shè)計人員可以加大對襯墊的壓縮力度以降低多個襯墊的接觸電阻，當然這將增加密封強度，會使屏蔽罩變得更為彎曲。大多數(shù)襯墊在壓縮到原來厚度的30%至70%時效果比較好。因此在建議的最小接觸面范圍內(nèi)，兩個相向凹點之間的壓力應(yīng)足以確保襯墊和墊片之間具有良好的導電性。

　　另一方面，對襯墊的壓力不應(yīng)大到使襯墊處于非正常壓縮狀態(tài)，因為此時會導致襯墊接觸失效，并可能產(chǎn)生電磁泄漏。與墊片分離的要求對于將襯墊壓縮控制在制造商建議范圍非常重要，這種設(shè)計需要確保墊片具有足夠的硬度，以免在墊片緊固件之間產(chǎn)生較大彎曲。在某些情況下，可能需要另外一些緊固件以防止外殼結(jié)構(gòu)彎曲。

　　壓縮性也是轉(zhuǎn)動接合處的一個重要特性，如在門或插板等位置。若襯墊易于壓縮，那么屏蔽性能會隨著門的每次轉(zhuǎn)動而下降，此時襯墊需要更高的壓縮力才能達到與新襯墊相同的屏蔽性能。在大多數(shù)情況下這不太可能做得到，因此需要一個長期EMI解決方案。

　　如果屏蔽罩或墊片由涂有導電層的塑料制成，則添加一個EMI襯墊不會產(chǎn)生太多問題，但是設(shè)計人員必須考慮很多襯墊在導電表面上都會有磨損，通常金屬襯墊的鍍層表面更易磨損。隨著時間增長這種磨損會降低襯墊接合處的屏蔽效率，并給后面的制造商帶來麻煩。

　　如果屏蔽罩或墊片結(jié)構(gòu)是金屬的，那么在噴涂拋光材料之前可加一個襯墊把墊片表面包住，只需用導電膜和卷帶即可。若在接合墊片的兩邊都使用卷帶，則可用機械固件對EMI襯墊進行緊固，例如帶有塑料鉚釘或壓敏粘結(jié)劑(PSA)的“C型”襯墊。襯墊安裝在墊片的一邊，以完成對EMI的屏蔽。

　　推廣開來說，不僅僅針對高頻電路，一般系統(tǒng)都需要進行屏蔽，這是因為結(jié)構(gòu)本身存在一些槽和縫隙。所需屏蔽可通過一些基本原則確定，但是理論與現(xiàn)實之間還是有差別。例如在計算某個頻率下襯墊的大小和間距時還必須考慮信號的強度，如同在一個設(shè)備中使用了多個處理器時的情形。表面處理及墊片設(shè)計是保持長期屏蔽以實現(xiàn)EMC性能的關(guān)鍵因素。