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PCB 电磁屏蔽详解电磁兼容中的屏蔽技术屏蔽是利用屏蔽体来阻挡或减少电磁能传输的一种重要的防护手段。屏蔽技术用来抑制电磁噪声沿着空间的传播, 即切断辐射电磁噪声的传播途径, 通常用金属材料或磁性材料把所需屏蔽的区域包围起来,使屏蔽体内外的“场”相互隔离。屏蔽作为电磁兼容控制的重要手段,可以有效的抑制电磁干扰。电磁干扰能量通过传导性耦合和辐射性耦合来进行传输。为满足电磁兼容性要求,对传导性耦合需采用滤波技术,即采用 EMI 滤波器件加以抑制; 对辐射性耦合则需采用屏蔽技术加以抑制。目前的各种电子设备, 尤其是军用电子设备, 通常都采用屏蔽技术解决电磁兼容中的问题。屏蔽按其机理可分为电场屏蔽,磁场屏蔽和电磁屏蔽。电场屏蔽电场的屏蔽是为了抑制寄生电容耦合( 电场耦合), 隔离静电或电场干扰。寄生电容耦合: 由于产品内的各种元件和导线都具有一定电位, 高电位导线相对的低电位导线有电场存在, 也即两导线之间形成了寄生电容耦合。通常把造成影响的高电位叫感应源, 而被影响的低电位叫受感器。实际上凡是能幅射电磁能量并影响其它电路工作的都称为感应源( 或干扰源), 而受到外界电磁干扰的电路都称为受感器。静电防护的方法: 建立完善的屏蔽结构, 带有接地的金属屏蔽壳体可将放电电流释放到地; 内部电路如果要与金属外壳相连时, 要用单点接地, 防止放电电流流过内部电路; 在电缆入口处增加保护器件; 在印制板入口处增加保护环( 环与接地端相连)。磁场屏蔽磁场屏蔽是抑制噪声源和敏感设备之间由于磁场耦合所产生的干扰。磁场屏蔽主要是依赖高导磁材料所具有的低磁阻对磁通起到分路的作用,使得屏蔽体内部的磁场大大减弱。如图 8- 14 所示图 8-14 磁场屏蔽射频磁屏蔽是利用良导体在入射高频磁场作用下产生涡流, 并由涡流的反磁通抑制入射磁场。常用屏蔽材料有铝、铜及铜镀银等。电磁屏蔽电磁屏蔽是解决电磁兼容问题的重要手段之一, 大部分电磁兼容问题都可以通过电磁屏蔽来解决。用电磁屏蔽的方法来解决电磁干扰问题的最大好处是不会影响电路的正常工作, 因此不需对电路做任何修改。电磁屏蔽的机理就是电磁感应现象。电磁屏蔽较适用于高频。低频时感应电流小, 屏蔽效果差, 应保证屏蔽壳体各部分具有良好的电气连续, 使感应电流能在壳体中流畅, 以便产生足够大的感应电磁场来抵消外界电磁场,否则将影响屏蔽效果。电磁屏蔽是利用屏蔽体对干扰电磁波的吸收、反射来达到减弱干扰能量的作用。它采用低电阻的导体材料, 并利用电磁波在屏蔽导体表面产生反射以及在导体内部产生吸收和多次反射而起到屏蔽作用, 其目的是为了有效地阻止电磁波从一例空间向另一例空间传扬。如图所示, 对电磁波产生衰减的作用就是电磁屏蔽。电场屏蔽的原理屏蔽效能屏蔽体的有效性用屏蔽效能来度量。屏蔽效能是没有屏蔽时空间某个位置的场强与有屏蔽时该位置的场强的比值, 它表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度。 SE = 20 lg(E 1/E 2) dB 如果屏蔽效能计算中使用的磁场, 则称为磁场屏蔽效能, 如果计算中用的是电场,则称为电场屏蔽效能。波阻抗在电磁兼容分析中, 经常用到波阻抗这个物理量。电磁波中的电场分量与磁场分量的比值称为波阻抗,定义如下: ZW =E/H 根据观测点到辐射源的距离不同, 可划分出近场区和远场区两个区域,当距离小于?/??时,称为近场区,大于?/??时称为远场区。近场区和远场区的分界面随频率的不同而不同, 不是一个定数, 这在分析问题时要注意。例如, 在考虑机箱的屏蔽时, 机箱相对与线路板上的高速时钟信号而言, 可能处于远场区, 而对于开关电源较低的工作频率而言,可能处于近场区。近场区中, 波阻抗的值取决于辐射源的性质、观测点到源的距离、介质特性等。若辐射源为大电流、低电压( 辐射源电路的阻抗较低), 则产生的电磁波的波阻抗小于 377 , 称为低阻抗波, 或磁场波。若辐射源为高电压,小电流(辐射源电路的阻抗较高),则波阻抗大于 377 ,称为高阻抗波,或电场波。在远场区,波阻抗仅与电场波传播介质有关,其数值等于介质的特性阻抗,空气为 377 ?。在近场区内, 特定电场波的波阻抗随距离而变化。如果是电场波, 随着距离的增加,波阻抗降低,如果是磁场波,随着距离的增加,波阻抗升高。在远场区,波阻抗保持不变。电磁屏蔽的设计屏蔽设计之前总体指标的分配至关重要,有 30dB 与 70dB 准则之说: 一般而言, 在同一环境中的一对设备, 骚扰电平与抗扰度之差小于 30dB ,设计阶段可不必专门进行屏蔽设计; 若两者之差超过 70dB ,单靠屏蔽已难保证两者兼容,即使能达到指标, 设备成本将急剧增加。较为可行的办法是总体指标或方案做出适当调整;在 30- 60dB 之间, 则是屏蔽设计的常用期望值。屏蔽要求高于上述期望值时, 最常用的措施是