電磁干擾（EMI），有傳導干擾和輻射干擾兩種。傳導干擾是指通過(guò)導電介質(zhì)把一個(gè)電網(wǎng)絡(luò )上的信號耦合（干擾）到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò )。輻射干擾是指干擾源通過(guò)空間把其信號耦合（干擾）到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò )。在高速 PCB 及系統設計中，高頻信號線(xiàn)、集成電路的引腳、各類(lèi)接插件等都可能成為具有天線(xiàn)特性的輻射干擾源，能發(fā)射電磁波并影響其他系統或本系統內其他子系統的正常工作。

電磁干擾的存在方式

關(guān)于電磁干擾復雜性的眾多原因中的一個(gè)，即干擾可以以?xún)煞N不同的模式（共模模式和差模模式）存在。

“共�！备蓴_是指存在于線(xiàn)（包括電源線(xiàn)、信號線(xiàn)在內）對大地之間的干擾，其中，對于電源線(xiàn)，則特指火線(xiàn)對大地，或中線(xiàn)對大地之間的干擾。對三相電路來(lái)說(shuō)，共模干擾存在于任何一相與大地之間的干擾。共模干擾有時(shí)也稱(chēng)為縱模干擾、不對擾干擾和接地干擾。這是載流導體與大地之間的干擾。

“差�！备蓴_是線(xiàn)與線(xiàn)之間（包括電源線(xiàn)之間，信號線(xiàn)和它的接地回線(xiàn)之間）的干擾。針對電源線(xiàn)，差模干擾則特指相線(xiàn)與中線(xiàn)之間的干擾；對三相電路來(lái)說(shuō)，差模干擾還指存在于相線(xiàn)與相線(xiàn)之間的干擾。差模干擾有時(shí)也稱(chēng)為常模干擾、橫模干擾或對稱(chēng)干擾。這是載流導體之間的電位差。

干擾存在的模式提示出了干擾源與耦合通路之間的關(guān)系。舉例說(shuō)共模干擾提示了干擾是由輻射或串擾形式耦合到電路里面的。如雷電、設備近處的電弧、附近的電臺、其他大功率輻射裝置在電源線(xiàn)上的干擾，也包括機箱內部線(xiàn)路或其他電纜對電源線(xiàn)的干擾。由于是來(lái)自空間的感應（電磁輻射、電感耦合和電容耦合），故對每一根線(xiàn)的作用是相同的。而差模干擾則提示出干擾是起源在同一電源線(xiàn)路之中（直接注入）。如同一線(xiàn)路中工作的電機、開(kāi)關(guān)電源、可控硅等，它們在電源線(xiàn)上所產(chǎn)生的干擾就是差模干擾。

通常，線(xiàn)路上干擾電壓的這兩種分量是同時(shí)存在的，而且由于線(xiàn)路阻抗的不平衡，兩種分量在傳輸中會(huì )互相轉變。干擾在線(xiàn)路上經(jīng)過(guò)長(cháng)距離傳輸后，差模分量的衰減要比共模分量大，這是因為線(xiàn)間阻抗和線(xiàn) - 地阻抗不同的緣故。另一方面，共模干擾的頻率一般分布在 1～2MHz 以上，因此共模干擾在線(xiàn)路上傳輸的同時(shí)，還會(huì )向周?chē)�鄰近空間輻射（這是因為線(xiàn) - 地阻抗較大，加上共模干擾的頻率比較高，故容易逸出傳輸線(xiàn)，形成空間感應）。電源線(xiàn)的輻射，特別是進(jìn)入設備內部后的電源線(xiàn)輻射，可進(jìn)一步耦合到信號電路去形成干擾，所以很難防范。而差模干擾的頻率相對較低，不易形成輻射。再加上在一般線(xiàn)路中，在對付差模干擾時(shí)己經(jīng)有了不少措施（例如在穩壓電路中己經(jīng)用了很大的電容；在印刷線(xiàn)路板上，電源線(xiàn)與地線(xiàn)之間也普遍使用了去耦電容），故由差模干擾引起設備誤動(dòng)作的機會(huì )相對少些。因此，設備的敏感度問(wèn)題大部分是由共模干擾引起的。

在當前共模干擾是我們考慮的重點(diǎn)，這可以從常用的抗擾度試驗內容來(lái)得到證實(shí)。其中靜電試驗、高頻輻射電磁場(chǎng)試驗、電快速瞬態(tài)脈沖群試驗、線(xiàn) - 地間的雷擊浪涌試驗和由射頻場(chǎng)感應所引起的傳導試驗等等，對受試設副和線(xiàn)路來(lái)說(shuō)，它們所感受到的都是共模干擾。

電磁干擾的類(lèi)型

造成電磁干擾復雜性（特別電源線(xiàn)干擾的復雜性）的第二個(gè)原因是干擾表現的形式很多，可以從持續期很短的尖峰干擾直至電網(wǎng)完全失電。其中也包括了電壓的變化（如電壓跌落、浪涌和中斷）、頻率變化、波形失真（包括電壓和電流的）、持續噪聲或雜波，以及瞬變等等。下表是經(jīng)�？梢砸�(jiàn)到的干擾類(lèi)型和它們的起因：

不是所有的電磁干擾都會(huì )給電子設備帶來(lái)麻煩，事實(shí)上只有兩個(gè)是非常重要的原因：持續期短的尖峰干擾和長(cháng)時(shí)間的電壓跌落。尖峰干擾可以通過(guò)串擾或直接進(jìn)入電源的方式耦合到系統去，從而引起內部邏輯電路的偽觸發(fā)。電壓的跌落可以引起存貯電路或其他易失數據的丟失。而另外一些干擾，如輕微的過(guò)電壓、諧波失真或頻率偏移等通常是不會(huì )引起計算機化系統誤動(dòng)作的。

電磁干擾對設備工作的影響

有三組代表性的數據描述電源線(xiàn)干擾對于設備工作的影響，分別由美國 IBM 公司、AT&T 公司和美國海軍作出：

① 美國 IBM 公司的 Allen 和 Segal 在 1974 年對裝在美國、加拿大和墨西哥的 49 臺計算機的故障作了統計和分析，認為造成計算機故障中的電源起因，有 49［%］是振蕩瞬變，39.5［%］是脈沖干擾，11［%］是電壓跌落，另有 0.5［%］是電源中斷。

② 美國 AT&T 公司的 Goldstenin 和 Sperenza 在 1982 年對通信設備故障原因進(jìn)行了分析，認為由電源造成的部分起因中，有 87［%］是電壓跌落，7.5［%］是脈沖干擾，4.7［%］是電源失效，另有 0.8［%］是電壓浪涌。

③ 美國海軍的 Thomas Key 匯總了海軍系統十年內的計算機事故，認為電壓過(guò)低是造成計算機故障的首要原因。

以上三組數據的結論大相徑庭，其差異可歸結為統計對象的不同。但從三組數據還是可以看出一些端倪：因電源問(wèn)題造成設備故障的主要原因有兩個(gè)，分別是電壓過(guò)低和電源中有瞬變干擾（振蕩瞬變和脈沖干擾）。

屏蔽電磁干擾的方法

EMC 問(wèn)題常常是制約中國電子產(chǎn)品出口的一個(gè)原因，本文主要論述 EMI 的來(lái)源及一些非常具體的抑制方法。

電磁兼容性（EMC）是指“一種器件、設備或系統的性能，它可以使其在自身環(huán)境下正常工作并且同時(shí)不會(huì )對此環(huán)境中任何其他設備產(chǎn)生強烈電磁干擾（IEEE C63.12-1987）”對于無(wú)線(xiàn)收發(fā)設備來(lái)說(shuō)，采用非連續頻譜可部分實(shí)現 EMC 性能，但是很多有關(guān)的例子也表明 EMC 并不總是能夠做到例如在筆記本電腦和測試設備之間、打印機和臺式電腦之間以及蜂窩電話(huà)和醫療儀器之間等都具有高頻干擾，我們把這種干擾稱(chēng)為電磁干擾（EMI）。

EMC 問(wèn)題來(lái)源

所有電器和電子設備工作時(shí)都會(huì )有間歇或連續性電壓電流變化，有時(shí)變化速率還相當快，這樣會(huì )導致在不同頻率內或一個(gè)頻帶間產(chǎn)生電磁能量，而相應的電路則會(huì )將這種能量發(fā)射到周?chē)�的環(huán)境中。

EMI 有兩條途徑離開(kāi)或進(jìn)入一個(gè)電路：輻射和傳導信號輻射是通過(guò)外殼的縫、槽、開(kāi)孔或其他缺口泄漏出去；而信號傳導則通過(guò)耦合到電源、信號和控制線(xiàn)上離開(kāi)外殼，在開(kāi)放的空間中自由輻射，從而產(chǎn)生干擾。

很多 EMI 抑制都采用外殼屏蔽和縫隙屏蔽結合的方式來(lái)實(shí)現，大多數時(shí)候下面這些簡(jiǎn)單原則可以有助于實(shí)現 EMI 屏蔽：從源頭處降低干擾；通過(guò)屏蔽、過(guò)濾或接地將干擾產(chǎn)生電路隔離以及增強敏感電路的抗干擾能力等 EMI 抑制性、隔離性和低敏感性應該作為所有電路設計人員的目標，這些性能在設計階段的早期就應完成。

對設計工程師而言，采用屏蔽材料是一種有效降低 EMI 的方法如今已有多種外殼屏蔽材料得到廣泛使用，從金屬罐、薄金屬片和箔帶到在導電織物或卷帶上噴射涂層及鍍層（如導電漆及鋅線(xiàn)噴涂等）無(wú)論是金屬還是涂有導電層的塑料，一旦設計人員確定作為外殼材料之后，就可著(zhù)手開(kāi)始選擇襯墊。

金屬屏蔽效率

可用屏蔽效率（SE）對屏蔽罩的適用性進(jìn)行評估，其單位是分貝，計算公式為：

SEdB=A+R+B

其中 A：吸收損耗（dB） R：反射損耗（dB） B：校正因子（dB）（適用于薄屏蔽罩內存在多個(gè)反射的情況）。

一個(gè)簡(jiǎn)單的屏蔽罩會(huì )使所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)強度降至最初的十分之一，即 SE 等于 20dB；而有些場(chǎng)合可能會(huì )要求將場(chǎng)強降至為最初的十萬(wàn)分之一，即 SE 要等于 100dB。

吸收損耗是指電磁波穿過(guò)屏蔽罩時(shí)能量損耗的數量，吸收損耗計算式為

AdB=1.314（f×σ×μ）1/2×t

其中 f：頻率（MHz） μ：銅的導磁率 σ：銅的導電率 t：屏蔽罩厚度

反射損耗（近場(chǎng)）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(xiàn)形發(fā)射天線(xiàn)而言，離波源越近波阻越高，然后隨著(zhù)與波源距離的增加而下降，但平面波阻則無(wú)變化（恒為 377）。

相反，如果波源是一個(gè)小型線(xiàn)圈，則此時(shí)將以磁場(chǎng)為主，離波源越近波阻越低波阻隨著(zhù)與波源距離的增加而增加，但當距離超過(guò)波長(cháng)的六分之一時(shí)，波阻不再變化，恒定在 377 處。

反射損耗隨波阻與屏蔽阻抗的比率變化，因此它不僅取決于波的類(lèi)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備。

近場(chǎng)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：波源與屏蔽之間的距離

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(chǎng)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，其內部的再反射會(huì )使穿過(guò)屏蔽層另一面的能量增加，所以校正因子是個(gè)負數，表示屏蔽效率的下降情況。

EMI 抑制策略

只有如金屬和鐵之類(lèi)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(huì )隨著(zhù)頻率增加而降低，另外如果初始磁場(chǎng)較強也會(huì )使導磁率降低，還有就是采用機械方法將屏蔽罩作成規定形狀同樣會(huì )降低導磁率綜上所述，選擇用于屏蔽的高導磁性材料非常復雜，通常要向 EMI 屏蔽材料供應商以及有關(guān)咨詢(xún)機構尋求解決方案。

在高頻電場(chǎng)下，采用薄層金屬作為外殼或內襯材料可達到良好的屏蔽效果，但條件是屏蔽必須連續，并將敏感部分完全遮蓋住，沒(méi)有缺口或縫隙（形成一個(gè)法拉第籠）然而在實(shí)際中要制造一個(gè)無(wú)接縫及缺口的屏蔽罩是不可能的，由于屏蔽罩要分成多個(gè)部分進(jìn)行制作，因此就會(huì )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(xiàn)。

設計屏蔽罩的困難在于制造過(guò)程中不可避免會(huì )產(chǎn)生孔隙，而且設備運行過(guò)程中還會(huì )需要用到這些孔隙制造、面板連線(xiàn)、通風(fēng)口、外部監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，但在屏蔽設計中對與電路工作頻率波長(cháng)有關(guān)的溝槽長(cháng)度作仔細考慮是很有好處的。

任一頻率電磁波的波長(cháng)為： 波長(cháng)（λ）=光速（C）/ 頻率（Hz）

當縫隙長(cháng)度為波長(cháng)（截止頻率）的一半時(shí)，RF 波開(kāi)始以 20dB/10 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(cháng)越短當涉及到最高頻率時(shí)，必須要考慮可能會(huì )出現的任何諧波，不過(guò)實(shí)際上只需考慮一次及二次諧波即可。

一旦知道了屏蔽罩內 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(cháng)為 300mm）的輻射衰減 26dB，則 150mm 的縫隙將會(huì )開(kāi)始產(chǎn)生衰減，因此當存在小于 150mm 的縫隙時(shí)，1GHz 輻射就會(huì )被衰減所以對 1GHz 頻率來(lái)講，若需要衰減 20dB，則縫隙應小于 15 mm（150mm 的 1/10），需要衰減 26dB 時(shí)，縫隙應小于 7.5 mm（15mm 的 1/2 以上），需要衰減 32dB 時(shí)，縫隙應小于 3.75 mm（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定尺寸內，從而實(shí)現這種衰減效果。

屏蔽設計難點(diǎn)

由于接縫會(huì )導致屏蔽罩導通率下降，因此屏蔽效率也會(huì )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(cháng)度直徑比，例如長(cháng)度直徑比為 3 時(shí)可獲得 100dB 的衰減在需要穿孔時(shí)，可利用厚屏蔽罩上面小孔的波導特性；另一種實(shí)現較高長(cháng)度直徑比的方法是附加一個(gè)小型金屬屏蔽物，如一個(gè)大小合適的襯墊上述原理及其在多縫情況下的推廣構成多孔屏蔽罩設計基礎。

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

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

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(diǎn)：電焊、銅焊或錫焊是薄片之間進(jìn)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(mǎn)不建議用螺釘或鉚釘進(jìn)行固定，因為緊固件之間接合處的低阻接觸狀態(tài)不容易長(cháng)久保持。

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(huì )散發(fā)出去 EMI 襯墊是一種導電介質(zhì)，用于填補屏蔽罩內的空隙并提供連續低阻抗接點(diǎn)通常 EMI 襯墊可在兩個(gè)導體之間提供一種靈活的連接，使一個(gè)導體上的電流傳至另一導體。

封孔 EMI 襯墊的選用可參照以下性能參數： ·特定頻率范圍的屏蔽效率 ·安裝方法和密封強度 ·與外罩電流兼容性以及對外部環(huán)境的抗腐蝕能力 ·工作溫度范圍 ·成本

大多數商用襯墊都具有足夠的屏蔽性能以使設備滿(mǎn)足 EMC 標準，關(guān)鍵是在屏蔽罩內正確地對墊片進(jìn)行設計。

墊片系統：一個(gè)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(huì )降低屏蔽效率，另外接合處如果少了一塊則會(huì )出現細縫而形成槽狀天線(xiàn)，其輻射波長(cháng)比縫隙長(cháng)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(guò)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��；另外屏蔽襯墊材料對這種墊片具有持續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則情況。

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

另一方面，對襯墊的壓力不應大到使襯墊處于非正常壓縮狀態(tài)，因為此時(shí)會(huì )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構彎曲。

壓縮性也是轉動(dòng)接合處的一個(gè)重要特性，如在門(mén)或插板等位置若襯墊易于壓縮，那么屏蔽性能會(huì )隨著(zhù)門(mén)的每次轉動(dòng)而下降，此時(shí)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情況下這不太可能做得到，因此需要一個(gè)長(cháng)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(gè) EMI 襯墊不會(huì )產(chǎn)生太多問(wèn)題，但是設計人員必須考慮很多襯墊在導電表面上都會(huì )有磨損，通常金屬襯墊的鍍層表面更易磨損隨著(zhù)時(shí)間增長(cháng)這種磨損會(huì )降低襯墊接合處的屏蔽效率，并給后面的制造商帶來(lái)麻煩。

如果屏蔽罩或墊片結構是金屬的，那么在噴涂拋光材料之前可加一個(gè)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(jìn)行緊固，例如帶有塑料鉚釘或壓敏粘結劑（PSA）的“C 型”襯墊襯墊安裝在墊片的一邊，以完成對 EMI 的屏蔽。

襯墊及附件

目前可用的屏蔽和襯墊產(chǎn)品非常多，包括鈹 - 銅接頭、金屬網(wǎng)線(xiàn)（帶彈性?xún)刃净虿粠В�、嵌入橡膠中的金屬網(wǎng)和定向線(xiàn)、導電橡膠以及具有金屬鍍層的聚氨酯泡沫襯墊等大多數屏蔽材料制造商都可提供各種襯墊能達到的 SE 估計值，但要記住 SE 是個(gè)相對數值，還取決于孔隙、襯墊尺寸、襯墊壓縮比以及材料成分等襯墊有多種形狀，可用于各種特定應用，包括有磨損、滑動(dòng)以及帶鉸鏈的場(chǎng)合目前許多襯墊帶有粘膠或在襯墊上面就有固定裝置，如擠壓插入、管腳插入或倒鉤裝置等。

各類(lèi)襯墊中，涂層泡沫襯墊是最新也是市面上用途最廣的產(chǎn)品之一這類(lèi)襯墊可做成多種形狀，厚度大于 0.5mm，也可減少厚度以滿(mǎn)足 UL 燃燒及環(huán)境密封標準還有另一種新型襯墊即環(huán)境 /EMI 混合襯墊，有了它就可以無(wú)需再使用單獨的密封材料，從而降低屏蔽罩成本和復雜程度這些襯墊的外部覆層對紫外線(xiàn)穩定，可防潮、防風(fēng)、防清洗溶劑，內部涂層則進(jìn)行金屬化處理并具有較高導電性最近的另外一項革新是在 EMI 襯墊上裝了一個(gè)塑料夾，同傳統壓制型金屬襯墊相比，它的重量較輕，裝配時(shí)間短，而且成本更低，因此更具市場(chǎng)吸引力。

結論

設備一般都需要進(jìn)行屏蔽，這是因為結構本身存在一些槽和縫隙所需屏蔽可通過(guò)一些基本原則確定，但是理論與現實(shí)之間還是有差別例如在計算某個(gè)頻率下襯墊的大小和間距時(shí)還必須考慮信號的強度，如同在一個(gè)設備中使用了多個(gè)處理器時(shí)的情形表面處理及墊片設計是保持長(cháng)期屏蔽以實(shí)現 EMC 性能的關(guān)鍵因素。