淺析電子設備結構中的EMC設計

摘要：EMC（ElectromagneTIcCompatibility）即電磁兼容。它是研究電磁干擾的一門技術。電磁干擾是我們周邊電磁能量使電子設備的運行產生不應有的響應。EMC的技術目的在于使電氣裝置或系統在共同的電磁環境條件下，既不受電磁環境的影響，也不會給環境以干擾。電子設備結構中的EMC設計綜合考慮了屏蔽材料、屏蔽方式、縫隙和孔的處理等諸多因素，很好地解決了電子設備工作時常受到各種電磁干擾問題。例如，電子設備自身干擾和來自其它設備的干擾，同時也對其它設備產生的干擾。為此，要保證電子設備在各種復雜的電磁環境中正常工作，就必須在結構設計階段就要認真考慮電磁兼容性設計。

關鍵詞：EMC

1 電磁兼容（EMC）設計

電磁兼容性設計的目的是使電子設備既能抑制各種外來的干擾，使電子設備在特定的電磁環境中能夠正常工作，同時又能減少電子設備本身對其它電子設備的電磁干擾。針對電子設備結構中常見的傳導干擾和輻射干擾，電磁兼容（EMC）設計主要采用了屏蔽、濾波、接地等措施。

1.1 屏蔽

電磁屏蔽是利用金屬板、網、蓋、罩、盒等屏蔽體阻止或減小電磁能量傳播，包括：靜電屏蔽、磁屏蔽和電磁屏蔽。

對于電場波、平面波或頻率較高的磁場波，一般金屬都可以滿足要求，對于低頻磁場波，要使用導磁率較高的材料。由于磁場波的波阻抗很低，因此反射損耗很小，而主要靠吸收損耗達到屏蔽的目的。因此要選擇導磁率較高的屏蔽材料。另外，在做結構設計時，要使屏蔽層盡量遠離輻射源（以增加反射損耗），盡量避免孔洞、縫隙等靠近輻射源。

1.2 濾波

電子設備設置濾波電路，可控制干擾環境，使電路中的干擾信號不能通過電源線、信號線、控制線等進入電子設備對其設備電路造成干擾。

在直流電源回路中，負載的變化會引起電源噪聲。例如在數字電路中，當電路從一個狀態轉換為另一種狀態時，就會在電源線上產生一個很大的尖峰電流，形成瞬變的噪聲電壓。配置去耦電容可以抑制因負載變化而產生的噪聲。

1.3 接地

正確的接地方法可以減少或避免電路間的互相干擾。將模擬電路、數字電路、機殼分開，各自獨立接地，避免相互間的干擾，最后三地合一接入大地，這種方式較好地抑制了電磁噪聲，減少了數字信號和模擬信號之間的干擾。

例如，在印制板電路的地線設計中應注意：一是正確選擇單點接地與多點接地。在低頻電路中，信號的工作頻率小于1MHz，它的布線和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環流對干擾影響較大，因而應采用一點接地。當信號工作頻率大于10MHz時，地線阻抗變得很大，此時應盡量降低地線阻抗，應采用就近多點接地。當工作頻率在1～10MHz時，如果采用一點接地，其地線長度不應超過波長的1/20，否則應采用多點接地法。二是將數字電路與模擬電路分開。電路板上既有高速邏輯電路，又有線性電路，應使它們盡量分開，而兩者的地線不要相混，分別與電源端地線相連。要盡量加大線性電路的接地面積。三是盡量加粗接地線，若接地線很細，接地電位則隨電流的變化而變化，致使電子設備的定時信號電平不穩，抗噪聲性能變壞。因此應將接地線盡量加粗，使它能通過三位于印制電路板的允許電流。如有可能，接地線的寬度應大于3mm。四是將接地線構成閉環路設計只由數字電路組成的印制電路板的地線系統時，將接地線做成閉環路可以明顯地提高抗噪聲能力。其原因在于：印制電路板上有很多集成電路組件，尤其遇有耗電多的組件時，因受接地線粗細的限制，會在地結上產生較大的電位差，引起抗噪聲能力下降，若將接地結構成環路，則會縮小電位差值，提高電子設備的抗噪聲能力。

2 電子設備（EMC）結構設計

電子設備（EMC）結構設計，是為了抑制電磁能從電子設備機箱中的電源線、信號線、控制線等的穿入及穿出以及散熱用的通風孔、調節用的調節孔、顯示窗等處泄漏，造成對電子設備的干擾和輻射。為此，電子設備（EMC）結構設計可采用：縫隙的屏蔽；通風孔的屏蔽；表頭孔的屏蔽；開關、指示燈的屏蔽；顯示屏的屏蔽。

2.1 縫隙的屏蔽

一是增加縫隙深度，也就是增加箱體與蓋板的配合寬度。二是在結合處加入導電襯墊或者提高結合面的加工精度，即減少縫隙長度。三是接合面上涂上導電涂料。四是縮短螺釘間距：接合面不加導電襯墊時，應在結構可能的條件下盡量增加連接螺釘數量，減小螺釘間距，使縫隙長度相應減小。

2.2 通風孔的屏蔽

一是窗口上覆蓋金屬絲網；二是用穿孔金屬板作通風孔；三是采用截止波導式通風窗。例如，金屬絲網和穿孔金屬板在較高頻下屏蔽效能都要下降，特別是當孔眼尺寸與電磁波波長可比擬時，則孔眼將引起嚴重的泄漏。在較高頻以上，欲有高的屏蔽性能，且通風良好，可采用截止波導式通風孔板（如蜂窩狀通風孔板），它與金屬絲網和穿孔金屬板相比有如下優點：工作的頻段寬，即便到微波頻段仍有較高的屏蔽性能；對空氣的阻力小，風壓損失少；機械強度高，工作可靠穩定。

2.3 表頭孔的屏蔽

電子設備的機箱面板上往往裝有指示電參數的表頭，安裝表頭需在面板上開相應尺寸的孔。為防止從表頭孔中泄漏電磁能量，一是在表頭背面進行附加屏蔽，且在面板和屏蔽體之間加入導電襯墊以減少縫隙，改善電接觸，穿入屏蔽體的表頭引線由裝在屏蔽體上的穿心電容引入，使引線感應的干擾信號旁路到地。二是表面上覆蓋導電玻璃：表面覆蓋導電玻璃蓋時，必須確保導電玻璃的導電層與面板有良好的電接觸，通常在連接處加入導電襯墊。由于導電玻璃主要對電場和高頻電磁場有屏蔽作用，所以表頭本身最好具有屏蔽作用，或者采用帶有細金屬網夾層的導電鈕子開關和指示燈的附加屏蔽玻璃，這樣對磁場也有一定的屏蔽效能。

2.4 開關、指示燈的屏蔽

電子設備的機箱面板上均裝有電源開關或工作狀態的轉換開關。較常用的有兩類，一是鈕子開關，二是按鈕開關。它們都可以泄漏電磁能量。鈕子開關的防泄漏安裝結構是在面板與開關端面間襯入導電襯墊。按鈕開關和指示燈的防泄漏可采用附加的屏蔽罩。引線的穿入處應采用穿心電容或插針式濾波連接器，防止電磁能量通過引線泄漏。較簡單的指示燈屏蔽可在燈罩上覆蓋導電玻璃。并使導電玻璃與面板保持良好接觸。

2.5 顯示屏的屏蔽

帶有陰極射線管的電子設備，如示波器、計算機終端監視器等，在陰極射線管的開口處電磁能量很容易泄漏，把陰極射線管的屏蔽罩與機箱連成一個整體，并保持電氣上的連續性。若陰極射線管屏蔽罩采用鐵磁性材料，則能有效地實現磁屏蔽，使顯示的圖像不受周圍雜散磁場的影響。對于信息處理設備的終端顯示器而言，由于它的主要目的是防止信息的泄漏，采用上述屏蔽措施是遠遠不夠的。對于信息設備的顯示器，防止周圍干擾磁場不是主要目的，關鍵是要防止信息從顯示器屏幕的開口處向外界泄漏，所以必須對顯示器屏幕進行屏蔽。

2.6 電源線的處理

屏蔽機箱的電源線必須通過電源濾波器才能引入機箱，濾波器應有良好的屏蔽。

2.7 保險絲座的屏蔽

單個保險絲座的屏蔽用金屬帽蓋把保險絲座覆蓋起來，帽蓋內裝彈性簧片使其與機箱有良好的電接觸。多個保險絲座的屏蔽把設備的所有保險絲集中起來，用附加屏蔽罩將其屏蔽，附加屏蔽罩的結構和安裝與表頭孔的附加屏蔽相似。

3 新產品開發EMC設計的思考

3.1 在新產品研發階段就進行EMC設計，既節省費用，又提高效率。

例如，在功能設計的同時進行EMC設計，到樣板、樣機完成則通過EMC測試，是最省時間和最有經濟效益的。相反，產品研發階段不考慮EMC，投產以后發現EMC不合格才進行改進，非但技術上帶來很大難度、而且返工必然帶來費用和時間的大大浪費，甚至由于涉及到結構設計、PCB設計的缺陷，無法實施改進措施，導致產品不能上市。

3.2 減小高頻電流環路面積S，就能減少輻射騷擾或提高射頻輻射抗干擾能力。

因為，高頻電流環路面積S越大，EMI輻射越嚴重。高頻信號電流流經電感最小路徑。當頻率較高時，一般走線電抗大于電阻，連線對高頻信號就是電感，串聯電感引起輻射。電磁輻射大多是EUT被測設備上的高頻電流環路產生的，最惡劣的情況就是開路之天線形式。對應處理方法就是減少、減短連線，減小高頻電流回路面積，盡量消除任何非正常工作需要的天線，如不連續的布線或有天線效應之元器件過長的插腳。

3.3 減小騷擾源高頻電流頻率f，即減小騷擾電磁波的頻率f，就能減少輻射騷擾或提高射頻輻射抗干擾能力。

因為，環路電流頻率f越高，引起的EMI輻射越嚴重，電磁輻射場強隨電流頻率f的平方成正比增大。

3.4 屏蔽材料的選擇。

由于要屏蔽頻率很低的磁場，因此要使用高導磁率的材料，比如坡莫合金。由于坡莫合金經過加工后，導磁率會降低，必須進行熱處理。因此，屏蔽室要作成拼裝式的，由板材拼裝而成。事先將各塊板材按照設計加工好，然后進行熱處理，運輸到現場，十分小心的進行安裝。每塊板材的結合處要重疊起來，以便形成連續的磁通路。這樣構成的屏蔽室能夠對低頻磁場有較好的屏蔽效能，但縫隙會產生高頻泄漏。為了彌補這個不足，在坡莫合金屏蔽室的外層用鋁板焊接成第二層屏蔽，對高頻電磁場起到屏蔽作用。

4 結束語

電子設備結構中的（EMC）設計，是為了滿足產品功能要求、減少調試時間，使產品滿足電磁兼容標準的要求，使產品不會對系統中的其它設備產生電磁干擾。是電子產品設備達到高可靠性、高穩定性和高品質指標的關鍵環節。

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