一起聊聊屏蔽和EMC的故事

众所周知，解决EMC的三大法宝为：屏蔽、接地和滤波。

今天我们就来一起聊聊屏蔽和EMC的故事。

Part 1

屏蔽的原理

首先，我们要了解屏蔽的概念。

屏蔽就是用金属对两个空间区域进行隔离, 用以控制一个空间区域的电场､ 磁场和电磁波对另一个空间区域的影响，通常的手段为感应和辐射｡

对屏蔽的使用通常采取两种形式，一种是屏蔽干扰源，防止干扰电磁场向外传播，从而影响其它敏感设备;

另一种形式为屏蔽敏感设备，防止它们受到外界电磁场的干扰｡

屏蔽体之所以能产生屏蔽效果，主要有以下原因：

涡流损耗：屏蔽体可以吸收来自导线､ 电缆､ 元器件､ 电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波的能量。

反射能量：电磁波在屏蔽体上的界面会产生反射。如下图，这也是大部分产品中用屏蔽体的原因。可以用传输线理论中的阻抗失配理论来解释。

薄的和厚的屏蔽体屏蔽效果相同，可以用高频中信号的趋肤效应来解释。

抵消能量：由于屏蔽体的电磁感应，会在在屏蔽层上产生反向电磁场, 从而可以抵消部分干扰电磁波｡

Part 2

屏蔽设计的基本原则

下面主要介绍一些屏蔽中通常使用的手段或者措施。

屏蔽体结构要尽量简洁，尽可能减少不必要的孔洞，尽可能不要增加额外的缝隙。

避免开细长孔，通风孔尽量采用圆孔并阵列排放。屏蔽和散热有矛盾时尽可能开小孔，多开孔，避免开大孔。

重视电缆的处理措施，例如，严禁屏蔽电缆直穿屏蔽体（电缆屏蔽层一定要与屏蔽体做360°搭接），电缆的处理往往比屏蔽本身还重要。

屏蔽体的电连续性是影响结构件屏蔽效能最主要的因素，相对而言，材料本身屏蔽性能的影响是微不足道的（低频磁场例外）。

屏蔽效能只与孔的最大尺寸有关，而与孔的面积并没有直接关系，因此在设计中尽量开圆孔，其次考虑是开方孔，尽量避免开长腰孔。

孔缝的最大尺寸不能超过以下两种情况的最小尺寸：①开孔尺寸电路最大工作频率波长的1/100 ②当这个屏蔽体有共模干扰电流流过时，长度小于0.15m。

在我们关注的一些频率上，使用有低转移阻抗的屏蔽电缆，尽可能使用双层、三层或四层的编织屏蔽电缆。

避免悬空金属存在｡ 悬空金属将造成在噪声源与悬空金属之间形成较高的共模电压, 在此共模电压的驱动下，此悬空金属将会产生较强的辐射｡ 特别是大面积的金属，由于其分布电容较大, 故而容易产生电场耦合，好的方法是把它们就近良好的接地｡ 所以一般散热片､金属屏蔽罩､金属支架以及PCB上没被利用的金属面都应该接地｡

接口信号连接器建议选用带屏蔽外壳的连接器，尤其是高频信号连接器。

机箱的通风窗或观察窗应尽可能安装在辐射水平较低的位置。如果通风窗或观察窗是由矩形孔构成的， 还应该考虑辐射场在窗口位置的各个方向的极化水平，尽量使矩形孔的长边不在辐射水平最大的极化方向上， 以便使从机箱辐射出去的电磁能量最少。

屏蔽电缆的屏蔽层应该双端接地, 除非与屏蔽电缆互联的产品既不怕干扰也不会产生 EMI 骚扰 (如无源传感器), 屏蔽电缆屏蔽层应该接被连接产品的金属壳体, 如果被连接产品是塑料壳体, 则屏蔽层应该接被连接 PCB 板的工作地｡

Part 3

屏蔽材料和搭接

屏蔽设计和搭接密不可分，所谓搭接，顾名思义，就是在两个金属表面之间用导电材料连在一起，形成一个低阻抗的电气连接。

在屏蔽设计中，如果存在两个金属搭接，则通常会在搭接处用密封衬垫，包括金属丝网条、导电橡胶、螺旋管、多重导电橡胶、指形簧片、导电布衬垫等。

不同衬垫材料的特点比较如下：

屏蔽材料使用中要注意以下几点：

使用屏蔽材料时, 不但要保证接触面上的良好导电性 (接触面去除所有漆), 而且还要保证一定的压缩量（由两个金属之间固定的力所决定）。过量压缩，会破坏屏蔽材料，使得屏蔽材料弹性变差，密封性减弱。

使用屏蔽材料时, 还要注意接触面的清洁, 并防止衬垫的腐蚀｡ 否则, 接触面的导电性会降低, 屏蔽效能也就相应降低｡

屏蔽材料都是有寿命的，要符合对应产品要求的寿命和环保法规。

屏蔽材料的安装方式优选卡装、开安装槽等直接接触的形式，其次才考虑采用PSA胶带粘接的方式。

通常, 搭接点之间的电阻小于2mΩ, 并且整个预期的等电位系统的任何两点间的电阻小于25 mΩ,可以认为是一个EMC 观点上搭接良好的等电位系统｡