1.EMC簡單介紹

EMC的概念：

電磁兼容（Electromagnetic Compatibility ， EMC） 其定義為“設備和系統在其電磁環境中能正常工作且不對環境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力”。

EMC包含兩個方面的意思，首先，設備能夠抵抗所接受到的干擾而正常工作（即EMS）；其次，設備所發射的電磁干擾不能影響其它設備的正常工作（即EMI）。

生活中的EMC：

飛機上限制使用手機等電子設備，是因為手機等有可能會對機載設備造成電磁干擾，引起機載設備性能下降或者功能喪失，影響飛機飛行安全。

有時乘客會偷偷使用手機，為什么沒有“引起機載設備性能下降或者功能喪失”？這是因為飛機的“電磁兼容性”設計有很高的安全裕度。

隨著電子電氣設備越發密集的應用，電磁兼容性引起工業制造領域各設備制造商的廣泛關注，民用飛機電磁兼容性設計驗證更是有著嚴格的適航要求。電磁兼容性設計工作基于一個重要的現象：電子電氣設備在正常工作時，既對外部空間發射電磁能量，也容易被外來電磁能量干擾。

現代民機作為高度集成各種電子設備的精密系統，任何關鍵設備的正常工作受到影響，后果都將不堪設想。例如，飛機若想按照事先規劃的航路飛行以確保空域暢通和絕對安全，在飛行中需要時刻與地面塔臺保持聯系，這有賴導航系統的準確定位，且通信系統能快速清晰傳達和接收信息。

如果電磁兼容工作不到位，同時工作的其他設備所發射的電磁能量經過疊加，可能超過一般設備的耐受上限，通過線纜傳導或者空間耦合等機理進入通信、導航等系統，輕則降低系統工作性能，重則損壞電路，使系統徹底失效。

電磁干擾作為一種可傳播的能量，從發射源產生通過耦合路徑最后到達受影響設備。上述三者即電磁兼容三要素。民機設計師通過“三要素”開展電磁兼容工作。比如，在設計初期，通過優化“發射源”的設計，使其降低無意泄漏的電磁能量；在系統安裝集成階段，通過增加敏感設備之間的隔離距離，“切斷”耦合路徑；在系統驗證階段，如果發現了電磁兼容問題，再針對性地為問題設備增加屏蔽層。

在飛機上限制使用手機，就是為了減少“發射源”，降低外來電子設備對機載設備的電磁干擾，尤其是飛行起降階段，飛機與塔臺通信頻繁，為了不影響導航等機載設備的正常使用，應該盡量少用手機。

當然，也曾經出現過手機干擾飛機飛行的事情發生。國內某航空公司的一名機長描述，他就曾遇到過手機干擾飛機飛行的情況，當時，飛機下降找跑道時，連方向都找反了。“太危險了，還好沒出事。”

2. EMC設計

1. EMC設計的內容：

EMC設計可分為：

信號設計、線路設計、屏蔽、接地、濾波、合理布局

其中與結構關系較大的有：

屏蔽、接地、合理布局

注意：并不代表其它措施與結構設計完全無關，結構設計亦需配合完成其它措施比如合理布局。

2. EMC設計基本目的：

產品內部的電路互相不產生干擾，達到預期的功能。

產品產生的電磁干擾強度低于特定的極限值。

產品對外界的電磁干擾有一定的抵抗能力

3. EMC設計在產品開發各階段的成本：

在產品設計的早期階段，解決EMC問題的途徑多，將花費較少的成本；到產品生產后期再采取解決EMC的技術措施，將受到各種情況的制約。并且，采用同樣的技術措施，在生產后期采用時，將大大增加產品成本，延長產品開發周期。

▲EMC設計在產品開發各階段的成本

因此，隨著產品開發向前推進，解決EMC的成本越來越高。因此，EMC設計越早進行越好，千萬不要等到EMC測試出現問題了，再去急急忙忙的查找原因、尋找解決方案。

4. 傳統EMC對策：

產品在進行實際測試的時候，EMC問題實際發生了，開始查找EMC問題，使用的工具：頻譜儀和近場探頭

此時能夠采取的手段是：屏蔽和濾波

傳統EMC對策存在的問題是：

需要考慮設備內部【板間，板內信號間】EMI問題，不能使用屏蔽/濾波手段；

屏蔽和濾波會導致產品設計修改，增加產品成本和延長產品開發周期；

信號頻率與干擾頻率一致，不能采用濾波；

頻率提高，布線、屏蔽體、機箱等成為天線；

高頻信號耦合到電纜，由電纜發射；

產品開發最后階段解決EMC問題的唯一辦法是：屏蔽和濾波。但是，用屏蔽能解決所有的EMC問題？

屏蔽策略的隱患：機箱及屏蔽材料的變形及損壞，產生電磁泄漏

這種對策的結果是：有利于通過EMC，但是會惡化內部干擾，影響設備穩定性，增加抗干擾的要求。

5. EMC對策新理念：

▲全面的EMC管理

EMC對策的新理念是進行全面的EMC管理，盡早進行EMC設計：

EMC是一項系統工程：早考慮 ，成本低，手段多，效率高；需要產品開發團隊協同配合，包括結構設計。

充分利用現有的EMC設計規范和設計指南（專家的經驗），當然，在使用的時候需要思考：設計能全部按照設計規則執行嗎？所有理論在所有場合都正確嗎？

合理使用仿真技術，把問題扼殺在萌芽階段 。PCB板設計的仿真：Hyperlynx。電子電路仿真：Pspice、Serenade。

精度與速度，實際問題實際解決。使用測量技術，使用一般儀器進行對比測試。引入電磁場掃描技術，進行EMC預兼容測試。

6. EMC設計的流程：

7. EMC結構設計的經驗：

在項目的早期就參與結構設計，由硬件工程師主導硬件系統的結構設計，而不是被動地接收已有的結構造型，然后千方百計地想辦法怎樣才能在現有的造型基礎上盡量滿足性能、EMC等的要求，要在結構設計中起到主導性的作用；

盡早設計出3D圖，針對3D圖，組織各方面的人員反復討論，權衡利弊，就EMC而言，要針對3D圖去發現問題，填補問題，這樣的互動要進行很多次，直至能得到一個比較滿意的結果；

屏蔽結構的使用，哪些板卡需要屏蔽、哪些可以不要，未屏蔽的板卡要針對EMC采取哪些預防措施，PCB本身也許就可以作為EMC的屏蔽體；

線材處理，包括內部模塊互連線（暴露在屏蔽殼之外）及外部接口線，是否已經在母板、連接板或輸出板等位置預留濾波措施。

3.EMC結構設計之屏蔽

1. 什么是屏蔽：

屏蔽是解決電磁兼容問題的重要手段之一。屏蔽就是對兩個空間區域之間進行金屬的隔離，以控制電場、磁場和電磁波由一個區域對另一個區域的感應和輻射。具體講，就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個系統的干擾源包圍起來，防止干擾電磁場向外擴散；用屏蔽體將接收電路、設備或系統包圍起來，防止它們受到外界電磁場的影響。

2. 屏蔽設計的基本原則：

屏蔽體結構簡潔，盡可能減少不必要的孔洞，盡可能不要增加額外的縫隙；

結構方面影響孔洞屏蔽效能的因素主要有：孔的最大尺寸、孔的深度、孔間距以及孔的數量，其中影響最大的是孔的最大尺寸和孔的深度。需要注意的是屏蔽效能只與孔的最大尺寸有關，而與孔的面積并沒有直接關系，因此在設計中盡量開圓孔，其次考慮是開方孔，盡量避免開長腰孔；通風孔盡量采用圓孔并陣列排放。屏蔽和散熱有矛盾時盡可能開小孔，多開孔；另外，可以讓縫隙或長條形通風孔循著磁場方向分布，這有利于屏蔽體在磁場方向的磁阻減小；

兩個零件結合在一起，結合面的縫隙是影響結構件屏蔽效能的主要因素。如果不安裝屏蔽材料，結構方面影響縫隙屏蔽效能的因素主要有：縫隙的最大尺寸、縫隙的深度等。如果縫隙中安裝屏蔽材料，縫隙的屏蔽效能還與屏蔽材料自身的特性有關。在實際設計中縫隙的最大尺寸與：緊固點的距離、零件的剛性、 結合面表面的精度等因素有關；

足夠重視電纜的處理措施，電纜的處理往往比屏蔽本身還重要；

足夠細心，電磁兼容設計必須注意每一個小環節，稍不注意就可能功虧一蕢；

屏蔽體的電連續性是影響結構件屏蔽效能最主要的因素，相對而言，材料本身屏蔽性能的影響是微不足道的（低頻磁場例外）；

對于強磁場的屏蔽可采用雙層磁屏蔽體的結構。對要屏蔽外部強磁場的，則屏蔽體外層要選用不易磁飽和的材料，如硅鋼等；而內部可選用容易達到飽和的高導磁材料，如坡莫合金等。反之，如果要屏蔽內部強磁場時，則材料排列次序要倒過來。在安裝內外兩層屏蔽體時，要注意彼此間的磁絕緣。當沒有接地要求時，可用絕緣材料做支撐件。若需要接地時，可選用非鐵磁材料（如銅、鋁）做支撐件。但從屏蔽體能兼有防止電場感應的目的出發，一般還是要接地的；

提高磁場屏蔽效能的主要措施有：選用高導磁率的材料（如坡莫合金）以及增加屏蔽體的壁厚；以上兩條均是為了減少屏蔽體的磁阻；

被屏蔽的物體不要安排在緊靠屏蔽體的位置上，以盡量減少通過被屏蔽物體體內的磁通。

3. 機箱（或屏蔽盒）之屏蔽：

前面所述都把電磁屏蔽體看成是一個全封閉的屏蔽體，亦即它在電氣上是連續均勻的，沒有孔隙的。但在實際中，這種屏蔽體并不存在，現實中機箱都有空隙，在電氣上并不連續，導致其屏蔽效能會降低。

下面是機箱（或屏蔽盒）設計中的一些基本做法：

（1）結構材料

1）適用于底板和機殼的材料大多數是良導體，如銅、鋁等，可以屏蔽電場，主要的屏蔽機理是反射而不是吸收。

2）對磁場的屏蔽需用鐵磁材料，如高導磁率合金和鐵。主要的屏蔽機理是吸收而不是反射。

3）在強電磁場環境中，要求材料能屏蔽電場和磁場兩種成分，因此需要結構上完好的鐵磁材料。屏蔽效率直接受材料厚度以及搭接和接地方法好壞的影響。

4）對于塑料殼體，是在其內壁噴涂屏蔽層，或者使用導電塑料。必須盡量減少結構的電氣不連續性，以便控制經底板和機殼進出的泄漏輻射。提高縫隙屏蔽效能的結構措施包括增加縫隙深度，減少縫隙長度，在接合面上加入導電襯墊，在接縫處涂上導電涂料，縮短螺釘間距等。

（2）對于塑料殼體的表面處理方法

1）

2）可靠性

要求鍍層在使用過程中屏蔽能力基本不降低﹐附著力良好﹐鍍層如有脫落﹐不但影響屏蔽性能﹐而且落入儀器內部能造成短路事故。對可靠性的鑒定是按有關標準進行冷---熱循環﹐高溫與低溫實驗后﹐對鍍層的導電性和附著力進行檢驗。

3）脆性

要求鍍層按有關標準進行沖擊試驗后﹐不應有剝落。

（3）縫隙

在底板和機殼的每一條縫和不連續處要盡可能好地搭接，以防電磁能的泄漏和輻射，盡可能采用焊接。若條件受限，可用點焊、小間距的鉚接和用螺釘來固定；

在不加導電襯墊時，螺釘間距一般應小于最高工作頻率的1％波長，至少不大于1/20波長；

用螺釘或鉚接搭接時，應首先在縫中部搭接好，然后逐漸向兩端延伸，以防金屬表面的彎曲；

保證緊固方法有足夠的壓力，以便在有變形應力、沖擊、振動時保持表面接觸，當需要活動接觸時，使用指形壓簧（而不用網狀襯墊），并要注意保持彈性指簧的壓力；

在接縫不平整的地方，或在可移動的面板等處，必須使用導電襯墊或指形彈簧材料；

選擇高導電率、彈性好的、硬韌材料做成的襯墊。選擇襯墊時要考慮接合處所使用的頻率并保證同襯墊配合的金屬表面沒有非導電保護層；

導電橡膠襯墊用在鋁金屬表面時，要注意電化腐蝕作用。純銀填料的橡膠或線形襯墊將出現最嚴重的電化腐蝕。銀鍍鋁填料的導電膠是鹽霧環境下用于鋁金屬配合表面的最好襯墊材料。

4.常用屏蔽材料

1. 導電布

導電布是以纖維布（一般常用聚酯纖維布）為基材，經過前置處理后施以電鍍金屬鍍層使其具有金屬特性而成為導電纖維布。可分為：鍍鎳導電布，鍍金導電布，鍍炭導電布，鋁箔纖維復合布。外觀上有平紋和網格區分。

2. 導電泡棉（Conductive Foam or Gasket）

導電泡棉襯墊（CF）制成的板料。方形條。及用于電腦接口的I/O屏蔽襯墊。有半（橢）圓形、腰圓形、矩形、方形、C形等。C形常用于機柜門、插箱門等需要較大壓縮量的屏蔽場合。

3. 指型簧片 （Finger Stock）

由特殊合金鈹青銅制成的指形簧片，能夠解決其它襯墊不能在剪切方向受力問題，彈性好，形變范圍大，低頻段和高頻段屏蔽性能優勢。指形簧片有指形、C形等多種截面，適合于滑動接觸，常用于插箱、插件、機柜、鈑金面板的屏蔽。指形簧片安裝結構不良時易損壞，接觸面較少；應安裝在一個凹入的或內側凸緣內，以減少受到機械損傷的可能性。

4. 導電橡膠

導電橡膠是將微細導電粒均勻分布在硅橡膠中的方法制成。它既保持住橡膠原有水汽密封性能和彈性，同時有高導電性。導電橡膠有圓形、D形、環形等。異形用于室外機柜密封，既可防水，也可以屏蔽。導電橡膠的缺點：幾乎無插入損耗，射頻性能較差。

5. 點膠 Form-In-Place Elastomer

導電膠是在硅樹脂中摻銅鍍銀顆粒精致而成，具有優良導電性和粘接強度，通過點膠方法直接成型于機殼上。

6. 屏蔽罩Board Level Shielding

7. 金屬編織網：

用鈹銅絲、蒙乃爾絲或不銹鋼絲編織成管狀長條，外形很像屏蔽電纜的屏蔽層。但它的編織方法與電纜屏蔽層不同，電纜屏蔽層是用多根線編成的，而這種屏蔽襯墊是由一根線織成的。打個形象的比喻，就像毛衣的袖子一樣。為了增強金屬網的彈性，有時在網管內加入橡膠芯

8. 屏蔽通風板：

通風口是電磁干擾主要泄露部分之一，以前采用在機箱板上開小孔或加金屬網的常規方法，其屏蔽性能已不能達到期望水準。蜂窩式屏蔽通風板的出現解決了這個問題。屏蔽通風板主要應用于電子設備的必要通風開口處，可兼顧 EMI 屏蔽和良好通風的雙重作用。根據軍民用的不同使用場合和不同使用環境，它有不同的材質、鍍層和形狀，材料包括優質低碳鋼、不銹鋼、黃銅、鋁合金等。

9. 其它屏蔽材料：

導電膠、導電玻璃、導電塑料和磁環等

10. 屏蔽材料的選用原則

選擇使用什么屏蔽材料時要考慮四個因素：屏蔽效能要求、有無環境密封要求、安裝結構要求和成本要求等：

1） 首選導電襯墊和簧片。縫隙屏蔽一般采用導電襯墊和簧片，均可實現正壓安裝和插入安裝兩種形式。特殊情況下，例如壓鑄件和型材，在導電襯墊和簧片不能滿足要求時考慮使用其他類型的屏蔽材料。雖然縫隙屏蔽效能與實際安裝有極大關系，建議導電布襯墊于屏蔽效能最高為 30dB／1GHz 的情況，簧片用于屏蔽效能高于30dB／1GHz 的場合或者活動位置（例如機柜門、拉手條）。

2） 限制使用螺旋管型襯墊。除拉手條和屏蔽機柜外，避免使用螺旋管型襯墊。

3） 導電橡膠限制用于壓鑄件或者需要一定環境密封要求的產品、或者寬頻屏蔽需要的產品。導電橡膠需開槽安裝，變形范圍小，僅限用在壓鑄件以及型材之間的縫隙屏蔽。最高應用頻率范圍可達 40GHz 以上，屏蔽效能可達 110dB 的水平。

4） 導電布一般用于應急或其他特殊場合，例如現場問題解決或 EMC 問題定位測試，批量產品不應采用，此方式可靠性較差。

5） 穿孔金屬板多用于通風、散熱的開孔。屏蔽效能要求高于 30dB／1GHz 時，或屏蔽和散熱矛盾不可調和時，應采用波導通風板。

6） 導電玻璃多用于顯示或觀察類窗口，使用時應注意導電玻璃與結構屏蔽體體的搭接處理。不同類型的導電玻璃屏蔽效能不同，應根據系統屏蔽效能要求選擇合適的屏蔽玻璃。一般鍍膜型玻璃的屏蔽效能較低，金屬絲網型的較高（可達 60dB）。

7） 導電漆適用于非金屬結構屏蔽體的設計，系統屏蔽效能要求較高（超過 20dB）時需要結合其他技術手段來實現屏蔽目的。

8）不同的屏蔽材料對環境的適應性是不同的，一般來說以橡膠、海綿為內芯的屏蔽材料對環境要求較高，主要用于機房環境，而純金屬屏蔽材料對環境適應性比較好，可以使用的環境要多一些；

9）屏蔽材料都是有壽命的，一般都要求屏蔽材料在5-10年內，仍然能夠保持良好的屏蔽性能；

10）屏蔽材料的安裝方式優選卡裝、開安裝槽等直接接觸的形式，其次才考慮采用PSA膠帶粘接的方式；

11） 要注意屏蔽材料與基材之間的相容性，防止發生電化學腐蝕

12）一個產品中可能是多個屏蔽材料的組合。

11. 屏蔽材料的典型應用

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