解決EMI三大解決方法：接地、濾波、屏蔽

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EMC的相關知識在之前的文章有寫過：電磁兼容（EMC）基礎知識

產生EMI（電磁干擾）應采用的相應對策：傳導干擾可采取濾波方式，輻射干擾可采用屏蔽和接地等措施，這些方式可以大大提高產品的抵抗電磁干擾的能力，也可以有效地降低對外界的電磁干擾。經常聽說解決EMI三大解決方法：接地、濾波、屏蔽。

接地

產品的電路和設備外殼需要與一個公共參考點（一般為大地）相連。接地又可以細分為接安全地和接工作地。

接安全地：產品設備的機殼、機座等，要與大地相接，設備即使存在漏電，也不影響人身安全。

接工作地：信號的參考地平面，產品I/O端口接地等方式，就是接工作地，抑制信號干擾。

針對產品的設計，接地有下面四種情況：

①單點接地與多點接地

信號：工作頻率大于10MHz，建議采用多點接地，盡量降低地阻抗。如果采用單點接地，注意信號地長度≤1/20λ。

有的資料提出電子設備是否選擇單點接地，主要取決于系統的工作信號頻率和接地線的長度，即其表征量L/λ。L/λ<=0.1時，選擇單點接地，單點接地的應用范圍一般在300kHz以下，在有些場合也可用在1MHz以下。

線纜：線纜屏蔽層的長度以0.15λ為基準，盡量采用多點接地。一般屏蔽層按0.05λ或0.1λ間隔接地?；旌辖拥貢r，一端屏蔽層接地，一端通過電容接地。

射頻：接地線盡量短，當地線長度是λ/4波長的奇數倍時，阻抗會很高，同時相當λ/4天線，向外輻射干擾信號。

②數字模塊與模擬模塊區(qū)分開，數字地與模擬地分開處理

③加粗接地線≥2mm，減小電流變化引起的噪聲

④接口的接地線閉環(huán)，縮小電位差值，提高抗噪聲能力

濾波

常見的濾波元器件是電容，電容常用的方式如下圖：

電容的阻抗公式：

高頻時，電容阻抗很小，高頻噪聲經過此就會短路到地。除了電容，還可以選擇濾波器，濾除信號線上不需要的高頻干擾成份，解決高頻電磁輻射與接收干擾。電源濾波器安裝位置應靠近電源線入口處，需要注意的是濾波器要保證良好接地。

濾波的處理有以下四點：

①濾波電路的性能與阻抗匹配的關系很大，源端和負載失配越大，濾波器衰減電磁干擾的能力越強。一般情況下，開關電源表現為低阻抗，負載端設計為高阻抗。

②增減共模和差模電容，調整電容參數和線圈匝數。共模電容的容量越大，共模阻抗越小，共模騷擾抑制效果越好。

③傳導干擾的問題可選用低通濾波的方式。

④接口處既有濾波又有防護電路，應該遵從先防護后濾波的原則。

屏蔽

利用屏蔽體來阻擋或減小電磁能傳輸，可以抑制電磁干擾。屏蔽有兩個目的：

①防止內部電磁能量輻射泄露出某區(qū)域

②防止外部電磁能量輻射干擾進某區(qū)域

衡量屏蔽效能的公式：

E1，H1為無屏蔽體時的電場強度和磁場強度

E2，H2為有屏蔽體時的電場強度和磁場強度

高頻射頻屏蔽的關鍵是反射，低頻磁場屏蔽的關鍵是吸收。低頻的情況下，高電導率的材料吸收衰減少，對磁場屏蔽效果不好，需采用高磁導率的材料(如鍍鋅鐵)。磁場屏蔽還取決于厚度、幾何形狀、孔洞的線性尺寸。磁屏蔽要求高磁導率的材料做封閉的屏蔽體，為了讓渦流產生的磁通和干擾產生的磁通相消達到吸收的目的，對材料也有厚度的要求。

①屏蔽因素

產品的機構設計中，機箱部分為了更好屏蔽電磁輻射，既能照顧到機箱的散熱需求，又能有效地防止電磁波的衍射，開孔尺寸一般不超過4mm。需要注意的問題是，對于磁場輻射源，孔洞在近場區(qū)的屏蔽效能與電磁波的頻率沒有關系，也就是說，很小的孔洞也可能導致較大的泄漏。這時影響屏蔽效能的一個更重要參數是孔洞到輻射源的距離。

影響屏蔽因素：縫隙、開孔、電纜穿透等?？卓p泄漏量的因素主要有兩個：孔縫面積和孔縫最大線度尺寸。關于屏蔽性能和孔洞的關系公式：

SE：屏蔽效能(dB)

L：孔洞的長度(mm)　 ?

H：孔洞的寬度(mm)　　 ?

f：入射電磁波的頻率(MHz)
?

如果L大于λ/2，則SE=0(dB)。這個公式計算的是最壞情況下(造成最大泄露的極化方向)的屏蔽效能，實際情況下屏蔽效能可能會更高一些。

孔洞的問題，先要確定磁場的輻射源是不是在附近，再確定是需要通過重新結構設計還是縮小孔洞尺寸來解決。

縫隙的問題，先檢查襯墊情況，再確定是通過安裝好相關襯墊還是密封縫隙的方式來解決泄露問題。

電纜的問題，先用上鐵氧體磁環(huán)看看輻射有沒有改善，然后考慮增加磁環(huán)，最后考慮濾波器或屏蔽線纜來解決。

②屏蔽與散熱

屏蔽和散熱是互相矛盾的，散熱孔一般是一組孔洞，利用風扇進行強迫對流，這些孔洞將會引起電磁泄漏，使屏蔽效果下降，孔洞越大，屏蔽效果越差。通常系統的外殼都配置了散熱孔，這種散熱孔會影響整個系統的屏蔽性能。

Ei入射電場強度

Et透射電場強度

SE為0，無屏蔽效果。屏蔽的效果SE要滿足相關產品的要求。

③屏蔽處理

屏蔽分兩種情況進行，一種是針對干擾源進行屏蔽，另一種為在耦合路徑上進行屏蔽。屏蔽干擾源是對輻射比較嚴重的芯片進行屏蔽，防止干擾源通過空間輻射影響到周邊敏感設備。在耦合路徑進行屏蔽處理是防止噪聲通過互連結構將噪聲放大，影響信號質量。需要注意的是屏蔽都要進行接地處理，盡量多點接地。常見的屏蔽處理方式：金屬罩屏蔽、銅箔屏蔽等。

金屬罩屏蔽處理

銅箔屏蔽處理

在產品設計中，根據產品實際進行屏蔽設計，端口、通風孔、孔洞、連接縫隙的屏蔽性都是值得考慮的因素。要清楚產品所需的屏蔽性能，先要確定輻射源，明確頻率范圍，再根據各個頻段的互連結構，確定控制要素，進而選擇恰當的屏蔽材料，設計屏蔽殼體。

編輯：黃飛

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