【EMC电磁兼容】02.02——详说EMC设计的三大出发点

电磁兼容设计的主要三个方向：

• 屏蔽

• 滤波

• 接地

这些方向应用的前提是具有确定的电磁环境，确定的电磁环境意味着具有确定的规格指标以及产品的电磁兼容设计目标。实际上来说，产品EMC设计要真正做好，所涉及的人员部门技术较多，其中组成参考如下图所示，不仅仅需要靠电磁兼容工程师的参与， 而是一个团队整体协同合作的结果。

一、关于屏蔽

​ 屏蔽是两个空间区域之间的金属隔墙，是用来控制电磁场从一个区域传播到另一个区域的。一个场的特性取决于场源（天线）、场源周围的媒介以及场源与观测点之间的距离。

​ 理想的屏蔽是一个没有孔隙的连续导电外壳，例如法拉第笼。

关于法拉第笼，可以参考笔者的另一篇短文《慢谈电磁之初印象》中提及的静电等电位屏蔽。

​ 用连续焊接、铜焊或者锡焊的接缝会产生最好的屏蔽效果。接缝使用铆钉和螺丝的间距应当根据实际情况尽量紧密。接触点之间的间距应该使形成的缝的最大尺寸被限制在屏蔽等级所需要的适当长度范围内。如果需要的螺丝间距太小，就必须考虑使用电磁干扰EMI衬垫。

​ EMI衬垫最主要的功能是在缝隙的两个配件部分之间提供导电路径。EMI衬垫和机壳上适当的表面镀层结合将会在配件部分之间提供很好的电连续性，使接触点的阻抗减少到最小并且增加机壳的屏蔽效果。重点就是EMI衬垫是通过在缝隙之间提供一个低阻抗导电路径工作的，而不是仅仅填满由接缝引起的缝隙。

​ 常见的EMI衬垫有：导电橡胶、金属指形簧片、丝网、螺旋丝带、导电泡沫、钢丝编织物、导电性粘合剂、填充剂、密封剂等。衬垫可以应用于各种横截面的设计以及各种材料和表面镀层，包括锡、镍、铍铜合金、银、不锈钢等。【注意不同金属之间的电化学兼容性】

二、关于滤波

• 在一个平衡系统中，必须保持电阻和电抗平衡，平衡或CMRR共模抑制比的等级越高，耦合进系统的噪声就越小；
• 平衡可与屏蔽一起使用以提供额外的噪声减小；
• 当源阻抗低，而负载阻抗高时（反之亦然），单一元件滤波器不再有效，必须用多元件滤波器；
• 由于寄生效应，高于一定频率，所有的低通滤波器变成高通滤波器；
• 一个直流配电电路的特性阻抗越低，电路上的噪声耦合将越小。然后，大部分直流配电系统不能提供一低阻抗，应在每个负载处应用去耦电容；
• 除非适当的补偿和（或）去耦，否则当驱动一电容性负载时，一些放大器电路将产生振荡；
• 为了使噪声最小化，系统的带宽应不大于传输预期信号必须的带宽。

三、关于接地

• 如果屏蔽层不接地（一点或多点接地），还不如不屏蔽，因为不接地的屏蔽可能会放大噪声；
• 大多数电缆屏蔽问题是由不适当的屏蔽层端接引起的，低频时电缆屏蔽层可以只在一端接地，高频时电缆屏蔽层应两端接地。电缆的屏蔽应端接在设备机壳而不是电路的地；
• 良好设计的接地系统通常能防护未知的干扰。接地在噪声和干扰控制方面是重要的，当然也被误解了很多，例如地不一定是等电位；
• 接地可分为两类：
  • 安全接地
  • 信号接地（信号返回：电源接地或信号接地）

大部分情况下，安全接地不载流，这个特征是重要的，在工作时只有信号地是有载流（回流）的。

• 关于地，需要知道大地往往不是等电位的，也有可能是噪声和干扰的源，电路系统不是必须与大地相连的；
• 信号接地的三个基本目的：
  • 不中断接地返回路径，电流总要返回到源
  • 电流通过尽可能小的环路返回
  • 接地面上可能的公共阻抗耦合

设计地时，重要的是问：接地电流如何流动？低频时，接地电流将选择最小电阻的路径。高频时，接地电流选择最小电感的路径（最小的环路面积），如下图例所示：

信号接地的策略：

• 单点接地：适用于直流或大约20kHz的低频；
• 多点接地：适用于大于100kHz的高频数字电路；
• 混合接地：信号覆盖高于和低于100kHz的宽频带。

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最后

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