电磁⼲扰讲解⾮常全的⼀篇⽂章，值得学习
电磁⼲扰(EMI)，有传导⼲扰和辐射⼲扰两种。传导⼲扰是指通过导电介质把⼀个电⽹络上的信 号耦合(⼲扰)到另⼀个电⽹络。辐射⼲扰是指⼲扰源通过空间把其信号耦合(⼲扰)到另⼀个电⽹络。在⾼速PCB及系统设计中，⾼频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具
有天线特性的辐射⼲扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他⼦系统的正常⼯作。
电磁⼲扰的存在⽅式
关于电磁⼲扰复杂性的众多原因中的⼀个，即⼲扰可以以两种不同的模式（共模模式和差模模式）存在，参见图a和图b所⽰。
“共模”⼲扰是指存在于线（包括电源线、信号线在内）对⼤地之间的⼲扰，其中，对于电源线，则特指⽕线对⼤地，或中线对⼤地之间的⼲扰。对三相电路来说，共模⼲扰存在于任何⼀
精矿粉
相与⼤地之间的⼲扰。共模⼲扰有时也称为纵模⼲扰、不对扰⼲扰和接地⼲扰。这是载流导体
与⼤地之间的⼲扰。
“差模”⼲扰是线与线之间（包括电源线之间，信号线和它的接地回线之间）的⼲扰。针对电
源线，差模⼲扰则特指相线与中线之间的⼲扰；对三相电路来说，差模⼲扰还指存在于相线与
相线之间的⼲扰。差模⼲扰有时也称为常模⼲扰、横模⼲扰或对称⼲扰。这是载流导体之间的
电位差。
⼲扰存在的模式提⽰出了⼲扰源与耦合通路之间的关系。举例说共模⼲扰提⽰了⼲扰是由
辐射或串扰形式耦合到电路⾥⾯的。如雷电、设备近处的电弧、附近的电台、其他⼤功率辐射 装置在电源线上的⼲扰，也包括机箱内部线路或其他电缆对电源线的⼲扰。由于是来⾃空间的
感应（电磁辐射、电感耦合和电容耦合），故对每⼀根线的作⽤是相同的。⽽差模⼲扰则提⽰
出⼲扰是起源在同⼀电源线路之中（直接注⼊）。如同⼀线路中⼯作的电机、开关电源、可控
硅等，它们在电源线上所产⽣的⼲扰就是差模⼲扰。
通常，线路上⼲扰电压的这两种分量是同时存在的，⽽且由于线路阻抗的不平衡，两种分
量在传输中会互相转变。⼲扰在线路上经过长距离传输后，差模分量的衰减要⽐共模分量⼤，
这是因为线间阻抗和线-地阻抗不同的缘故。另⼀⽅⾯，共模⼲扰的频率⼀般分布在1～2MHz以上，因此共模⼲扰在线路上传输的同时，还会向周围邻近空间辐射（这是因为线-地阻抗较⼤， 加上共模⼲扰的频率⽐较⾼，故容易逸出传输线，形成空间感应）。电源线的辐射，特别是进www.kepu
⼊设备内部后的电源线辐射，可进⼀步耦合到信号电路去形成⼲扰，所以很难防范。⽽差模⼲
扰的频率相对较低，不易形成辐射。再加上在⼀般线路中，在对付差模⼲扰时⼰经有了不少措
施（例如在稳压电路中⼰经⽤了很⼤的电容；在印刷线路板上，电源线与地线之间也普遍使⽤
了去耦电容），故由差模⼲扰引起设备误动作的机会相对少些。因此，设备的敏感度问题⼤部
分是由共模⼲扰引起的。
在当前共模⼲扰是我们考虑的重点，这可以从常⽤的抗扰度试验内容来得到证实。其中静
电试验、⾼频辐射电磁场试验、电快速瞬态脉冲试验、线-地间的雷击浪涌试验和由射频场感
应所引起的传导试验等等，对受试设副和线路来说，它们所感受到的都是共模⼲扰。
电磁⼲扰的类型
造成电磁⼲扰复杂性（特别电源线⼲扰的复杂性）的第⼆个原因是⼲扰表现的形式很多，可以
从持续期很短的尖峰⼲扰直⾄电⽹完全失电。其中也包括了电压的变化（如电压跌落、浪涌和
关节置换术中断）、频率变化、波形失真（包括电压和电流的）、持续噪声或杂波，以及瞬变等等。下表
是经常可以见到的⼲扰类型和它们的起因：
不是所有的电磁⼲扰都会给电⼦设备带来⿇烦，事实上只有两个是⾮常重要的原因：持续期短的尖峰⼲扰和长时间的电压跌落。尖峰⼲扰可以通过串扰或直接进⼊电源的⽅式耦合到系统去，从⽽引起内部逻辑电路的伪触发。电压的跌落可以引起存贮电路或其他易失数据的丢失。⽽另外⼀些⼲扰，如轻微的过电压、谐波失真或频率偏移等通常是不会引起计算机化系统误动作的。
电磁⼲扰对设备⼯作的影响
有三组代表性的数据描述电源线⼲扰对于设备⼯作的影响，分别由美国IBM公司、AT&T公司和美国海军作出：①美国IBM公司的Allen和Segal在1974年对装在美国、加拿⼤和墨西哥的49台计算机的故障作了统计和分析，认为造成计算机故障中的电源起因，有49[%]是振荡瞬
变，39.5[%]是脉冲⼲扰，11[%]是电压跌落，另有0.5[%]是电源中断。
②美国AT&T公司的Goldstenin和Sperenza在1982年对通信设备故障原因进⾏了分析，认为由电源造成的部分起因中，有87[%]是电压跌落，7.5[%]是脉冲⼲扰，4.7[%]是电源失效，另有0.8[%]是电压浪涌。
③美国海军的Thomas Key汇总了海军系统⼗年内的计算机事故，认为电压过低是造成计算机故障的⾸要原因。
以上三组数据的结论⼤相径庭，其差异可归结为统计对象的不同。但从三组数据还是可以看出⼀些端倪：因电源问题造成设备故障的主要原因有两个，分别是电压过低和电源中有瞬变⼲扰（振荡瞬变和脉冲⼲扰）。
EMC问题常常是制约中国电⼦产品出⼝的⼀个原因，本⽂主要论述EMI的来源及⼀些⾮常具体的抑制⽅法。
电磁兼容性(EMC)是指“⼀种器件、设备或系统的性能，它可以使其在⾃⾝环境下正常⼯作并且同时不会对此环境中任何其他设备产⽣强烈电磁⼲扰(IEEE C63.12-1987)”对于⽆线收发设备来说，采⽤⾮连续频谱可部分实现EMC性能，但是很多有关的例⼦也表明EMC并不总是能够做到例如在笔记本电脑和测试设备之间、打印机和台式电脑之间以及蜂窝电话和医疗仪器之间等都具有⾼频⼲扰，我们把这种⼲扰称为电磁⼲扰(EMI)。
EMC问题来源
所有电器和电⼦设备⼯作时都会有间歇或连续性电压电流变化，有时变化速率还相当快，这样会导致在不同频率内或⼀个频带间产⽣电磁能量，⽽相应的电路则会将这种能量发射到周围的环境中。
EMI有两条途径离开或进⼊⼀个电路：辐射和传导信号辐射是通过外壳的缝、槽、开孔或其他缺⼝泄漏出去；⽽信号传导则通过耦合到电源、信号和控制线上离开外壳，在开放的空间中⾃由辐射，从⽽产⽣⼲扰。
很多EMI抑制都采⽤外壳屏蔽和缝隙屏蔽结合的⽅式来实现，⼤多数时候下⾯这些简单原则可以有助于实现EMI屏蔽：从源头处降低⼲扰；通过屏蔽、过滤或接地将⼲扰产⽣电路隔离以及增强敏感电路的抗⼲扰能⼒等EMI抑制性、隔离性和低敏感性应该作为所有电路设计⼈员的⽬标，这些性能在设计阶段的早期就应完成。
对设计⼯程师⽽⾔，采⽤屏蔽材料是⼀种有效降低EMI的⽅法如今已有多种外壳屏蔽材料得到⼴泛使⽤，从⾦属罐、薄⾦属⽚和箔带到在导电织物或卷带上喷射涂层及镀层(如导电漆及锌线喷涂等)⽆论是⾦属还是涂有导电层的塑料，⼀旦设计⼈员确定作为外壳材料之后，就可着⼿开始选择衬垫。 ⾦属屏蔽效率
可⽤屏蔽效率(SE)对屏蔽罩的适⽤性进⾏评估，其单位是分贝，计算公式为：
SEdB=A+R+B
其中 A：吸收损耗(dB) R：反射损耗(dB) B：校正因⼦(dB)(适⽤于薄屏蔽罩内存在多个反射的情况)。
⼀个简单的屏蔽罩会使所产⽣的电磁场强度降⾄最初的⼗分之⼀，即SE等于20dB；⽽有些场合可能会要求将场强降⾄为最初的⼗万分之⼀，即SE要等于100dB。
吸收损耗是指电磁波穿过屏蔽罩时能量损耗的数量，吸收损耗计算式为
AdB=1.314(f×σ×µ)1/2×t
其中 f：频率(MHz) µ：铜的导磁率σ：铜的导电率 t：屏蔽罩厚度
反射损耗(近场)的⼤⼩取决于电磁波产⽣源的性质以及与波源的距离对于杆状或直线形发射天线⽽⾔，离波源越近波阻越⾼，然后随着与波源距离的增加⽽下降，但平⾯波阻则⽆变化(恒为377)。
相反，如果波源是⼀个⼩型线圈，则此时将以磁场为主，离波源越近波阻越低波阻随着与波源距离的增加⽽增加，但当距离超过波长的六分之⼀时，波阻不再变化，恒定在377处。
反射损耗随波阻与屏蔽阻抗的⽐率变化，因此它不仅取决于波的类型，⽽且取决于屏蔽罩与波源之间的距离这种情况适⽤于⼩型带屏蔽的设备。短信息服务中心
近场反射损耗可按下式计算
R(电)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)]
pgl2008
其中 r：波源与屏蔽之间的距离
SE算式最后⼀项是校正因⼦B，其计算公式为
B=20lg[-exp(-2t/σ)]
此式仅适⽤于近磁场环境并且吸收损耗⼩于10dB的情况由于屏蔽物吸收效率不⾼，其内部的再反射会使穿过屏蔽层另⼀⾯的能量增加，所以校正因⼦是个负数，表⽰屏蔽效率的下降情况。
EMI抑制策略
只有如⾦属和铁之类导磁率⾼的材料才能在极低频率下达到较⾼屏蔽效率这些材料的导磁率会随着频率增加⽽降低，另外如果初始磁场较强也会使导磁率降低，还有就是采⽤机械⽅法将屏蔽罩作成规定形状同样会降低导磁率综上所述，选择⽤于屏蔽的⾼导磁性材料⾮常复杂，通常要向EMI屏蔽材料供应商以及有关咨询机构寻求解决⽅案。
在⾼频电场下，采⽤薄层⾦属作为外壳或内衬材料可达到良好的屏蔽效果，但条件是屏蔽必须连续，并将敏感部分完全遮盖住，没有缺⼝或缝隙(形成⼀个法拉第笼)然⽽在实际中要制造⼀个⽆接缝及缺⼝的屏蔽罩是不可能的，由于屏蔽罩要分成多个部分进⾏制作，因此就会有缝隙需要接合，另外通常还得在屏蔽罩上打孔以便安装与插卡或装配组件的连线。
设计屏蔽罩的困难在于制造过程中不可避免会产⽣孔隙，⽽且设备运⾏过程中还会需要⽤到这些孔隙制造、⾯板连线、通风⼝、外部监测窗⼝以及⾯板安装组件等都需要在屏蔽罩上打孔，从⽽⼤⼤降低了屏蔽性能尽管沟槽和缝隙不可避免，但在屏蔽设计中对与电路⼯作频率波长有关的沟槽长度作仔细考虑是很有好处的。
任⼀频率电磁波的波长为: 波长(λ)=光速(C)/频率(Hz)
当缝隙长度为波长(截⽌频率)的⼀半时,RF波开始以20dB/10倍频(1/10截⽌频率)或6dB/8倍频(1/2截⽌频率)的速率衰减通常RF发射频率越⾼衰减越严重，因为它的波长越短当涉及到最⾼频率时，必须要考虑可能会出现的任何谐波，不过实际上只需考虑⼀次及⼆次谐波即可。
⼀旦知道了屏蔽罩内RF辐射的频率及强度，就可计算出屏蔽罩的最⼤允许缝隙和沟槽例如如果需要对1GHz(波长为300mm)的辐射衰减26dB，则150mm的缝隙将会开始产⽣衰减，因此当存在⼩于150mm的缝隙时，1GHz辐射就会被衰减所以对1GHz频率来讲，若需要衰减20dB，则缝隙应⼩于15
mm(150mm的1/10)，需要衰减26dB时，缝隙应⼩于7.5 mm(15mm的1/2以上)，需要衰减32dB时，缝隙应⼩于3.75 mm(7.5mm的1/2以上)。
可采⽤合适的导电衬垫使缝隙⼤⼩限定在规定尺⼨内，从⽽实现这种衰减效果。
屏蔽设计难点
由于接缝会导致屏蔽罩导通率下降，因此屏蔽效率也会降低要注意低于截⽌频率的辐射其衰减只取决于缝隙的长度直径⽐，例如长度直径⽐为3时可获得100dB的衰减在需要穿孔时，可利⽤厚屏蔽罩上⾯⼩孔的波导特性；另⼀种实现较⾼长度直径⽐的⽅法是附加⼀个⼩型⾦属屏蔽物，如⼀个⼤⼩合适的衬垫上述原理及其在多缝情况下的推⼴构成多孔屏蔽罩设计基础。
多孔薄型屏蔽层：多孔的例⼦很多，⽐如薄⾦属⽚上的通风孔等等，当各孔间距较近时设计上必须要仔细考虑下⾯是此类情况下屏蔽效率计算公式
SE=[20lg (fc/o/σ)]-10lg n 其中 fc/o：截⽌频率 n：孔洞数⽬
注意此公式仅适⽤于孔间距⼩于孔直径的情况，也可⽤于计算⾦属编织⽹的相关屏蔽效率。
接缝和接点：电焊、铜焊或锡焊是薄⽚之间进⾏永久性固定的常⽤⽅式，接合部位⾦属表
⾯必须清理⼲净，以使接合处能完全⽤导电的⾦属填满不建议⽤螺钉或铆钉进⾏固定，因为紧固件之间接合处的低阻接触状态不容易长久保持。
导电衬垫的作⽤是减少接缝或接合处的槽、孔或缝隙，使RF辐射不会散发出去EMI衬垫是⼀种导电介质，⽤于填补屏蔽罩内的空隙并提供连续低阻抗接点通常EMI衬垫可在两个导体之间提供⼀种灵活的连接，使⼀个导体上的电流传⾄另⼀导体。
封孔EMI衬垫的选⽤可参照以下性能参数： ·特定频率范围的屏蔽效率 ·安装⽅法和密封强度·与外罩电流兼容性以及对外部环境的抗腐蚀能⼒ ·⼯作温度范围 ·成本
⼤多数商⽤衬垫都具有⾜够的屏蔽性能以使设备满⾜EMC标准，关键是在屏蔽罩内正确地对垫⽚进⾏设计。
垫⽚系统：⼀个需要考虑的重要因素是压缩，压缩能在衬垫和垫⽚之间产⽣较⾼导电率衬垫和垫⽚之间导电性太差会降低屏蔽效率，另外接合处如果少了⼀块则会出现细缝⽽形成槽状天线，其辐射波长⽐缝隙长度⼩约4倍
确保导通性⾸先要保证垫⽚表⾯平滑、⼲净并经过必要处理以具有良好导电性，这些表⾯在接合之前必须先遮住；另外屏蔽衬垫材料对这种垫⽚具有持续良好的粘合性也⾮常重要导电衬垫的可压缩特性可以弥补垫⽚的任何不规则情况。
马加爵犯罪心理分析 所有衬垫都有⼀个有效⼯作最⼩接触电阻，设计⼈员可以加⼤对衬垫的压缩⼒度以降低多个衬垫的接触电阻，当然这将增加密封强度，会使屏蔽罩变得更为弯曲⼤多数衬垫在压缩到原来厚度的30[%]⾄70[%]时效果⽐较好因此在建议的最⼩接触⾯范围内，两个相向凹点之间的压⼒应⾜以确保衬垫和垫⽚之间具有良好的导电性。
另⼀⽅⾯，对衬垫的压⼒不应⼤到使衬垫处于⾮正常压缩状态，因为此时会导致衬垫接触失效，并可能产⽣电磁泄漏与垫⽚分离的要求对于将衬垫压缩控制在制造商建议范围⾮常重要，这种设计需要确保垫⽚具有⾜够的硬度，以免在垫⽚紧固件之间产⽣较⼤弯曲在某些情况下，可能需要另外⼀些紧固件以防⽌外壳结构弯曲。
压缩性也是转动接合处的⼀个重要特性，如在门或插板等位置若衬垫易于压缩，那么屏蔽性能会随着门的每次转动⽽下降，此时衬垫需要更⾼的压缩⼒才能达到与新衬垫相同的屏蔽性能在⼤多数情况下这不太可能做得到，因此需要⼀个长期EMI解决⽅案。
如果屏蔽罩或垫⽚由涂有导电层的塑料制成，则添加⼀个EMI衬垫不会产⽣太多问题，但是设计⼈员必须考虑很多衬垫在导电表⾯上都会有磨损，通常⾦属衬垫的镀层表⾯更易磨损随着时间增长这种磨损会降低衬垫接合处的屏蔽效率，并给后⾯的制造商带来⿇烦。
如果屏蔽罩或垫⽚结构是⾦属的，那么在喷涂抛光材料之前可加⼀个衬垫把垫⽚表⾯包住，只需⽤
导电膜和卷带即可若在接合垫⽚的两边都使⽤卷带，则可⽤机械固件对EMI衬垫进⾏紧固，例如带有塑料铆钉或压敏粘结剂(PSA)的“C型”衬垫衬垫安装在垫⽚的⼀边，以完成对EMI 的屏蔽。
衬垫及附件
⽬前可⽤的屏蔽和衬垫产品⾮常多，包括铍-铜接头、⾦属⽹线(带弹性内芯或不带)、嵌⼊橡胶中的⾦属⽹和定向线、导电橡胶以及具有⾦属镀层的聚氨酯泡沫衬垫等⼤多数屏蔽材料制造商都可提供各种衬垫能达到的SE估计值，但要记住SE是个相对数值，还取决于孔隙、衬垫尺⼨、衬垫压缩⽐以及材料成分等衬垫有多种形状，可⽤于各种特定应⽤，包括有磨损、滑动以及带铰链的场合⽬前许多衬垫带有粘胶或在衬垫上⾯就有固定装置，如挤压插⼊、管脚插⼊或倒钩装置等。
各类衬垫中，涂层泡沫衬垫是最新也是市⾯上⽤途最⼴的产品之⼀这类衬垫可做成多种形状，厚度⼤于0.5mm，也可减少厚度以满⾜UL燃烧及环境密封标准还有另⼀种新型衬垫即环
境/EMI混合衬垫，有了它就可以⽆需再使⽤单独的密封材料，从⽽降低屏蔽罩成本和复杂程度这些衬垫的外部覆层对紫外线稳定，可防潮、防风、防清洗溶剂，内部涂层则进⾏⾦属化处理并具有较⾼导电性最近的另外⼀项⾰新是在EMI衬垫上装了⼀个塑料夹，同传统压制型⾦属衬垫相⽐，它的重量较轻，装配时间短，⽽且成本更低，因此更具市场吸引⼒。
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