1、EMC電磁屏蔽材料設(shè)計(jì)者指南EMC電磁屏蔽材料設(shè)計(jì)者指南EMC電磁屏蔽材料設(shè)計(jì)者指南連載(EMC電磁屏蔽材料設(shè)計(jì)者指南連載(一)電磁屏蔽材料設(shè)計(jì)者指南連載1、EMC設(shè)計(jì)的緊迫性、EMC設(shè)計(jì)的緊迫性本章講解EMC設(shè)計(jì)的緊迫性，為本書(shū)重點(diǎn)介紹實(shí)際技術(shù)提供背景。首先簡(jiǎn)單介紹EMC符合性測(cè)試的要求，最后復(fù)習(xí)一下電磁屏蔽的理論，以為讀者提供足夠的知識(shí)來(lái)選擇適當(dāng)?shù)钠帘渭夹g(shù)。什么是電磁兼容性？什么是電磁兼容性？電磁兼容是一臺(tái)設(shè)備在所處的環(huán)境中能滿(mǎn)意地工作的能力，它既不對(duì)其它設(shè)備造成干擾，也不受其它干擾源的動(dòng)作或性能下降的電磁能量，今后我們稱(chēng)為EMI。任何一個(gè)電磁能量會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散的球面波，這種波在所有方向上傳播

2、。在任何一點(diǎn)，這種波包含相互垂直的電場(chǎng)都垂直于波的傳播方向。這種情況如圖1-1所示。雖然如圖1-2所示的頻譜中的任何頻率的都能引起干擾，GHz范圍內(nèi)的射頻能量引起的。射頻干擾(RFI用電磁干擾的一種特殊形式，光、熱和X射線(xiàn)是電磁能量圖1-1電磁場(chǎng)圖1-2電磁譜EMC電磁屏蔽材料設(shè)計(jì)者指南電磁干擾需要兩個(gè)基本條件：電磁能量源和對(duì)這個(gè)源產(chǎn)生的特定幅度、頻率的能量敏感的器件，稱(chēng)為敏感器。和敏感器。另外，在源和敏感器之間還需要傳播路徑來(lái)傳輸能量。電磁干擾屏蔽通常改變電磁能量傳播路徑來(lái)達(dá)表1.1電磁干擾源和敏感器電磁干擾源電磁干擾敏感器電視和廣播航空導(dǎo)航系統(tǒng)等幅波發(fā)射機(jī)微處理器電氣馬達(dá)高保真設(shè)備遙控單元

3、計(jì)算機(jī)電焊裝置等幅波接收機(jī)電氣設(shè)備心臟起搏器發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)電子測(cè)量設(shè)備雷達(dá)發(fā)射機(jī)廣播和電視接收機(jī)電動(dòng)工具電子車(chē)庫(kù)門(mén)電磁干擾分為兩類(lèi)：輻射干擾和傳導(dǎo)干擾，這是由傳播路徑的類(lèi)型來(lái)定的。當(dāng)一個(gè)器件發(fā)射的能量，通常是射頻能量，通過(guò)空間到達(dá)敏感器時(shí)，稱(chēng)為輻射干擾。干擾源既可以是受干擾系電氣隔離的單元。傳導(dǎo)干擾的產(chǎn)生是因?yàn)樵磁c敏感器之間有電磁線(xiàn)或信號(hào)電纜連接，干擾沿著電纜從一個(gè)單元傳會(huì)影響設(shè)備的電源，這可以通過(guò)濾波器來(lái)控制。輻射干擾能影響設(shè)備中的任何信號(hào)路徑，其屏蔽有較大難度。EMC電磁屏蔽材料設(shè)計(jì)者指南輻射電磁能量成為電磁干擾的機(jī)理可以由法拉第定律來(lái)解釋。這個(gè)定律表明當(dāng)一個(gè)變化的電場(chǎng)作用于一個(gè)導(dǎo)體流。這

4、個(gè)電流與工作電流無(wú)關(guān)，但是電路會(huì)象與工作電流一樣來(lái)接收這個(gè)電流并發(fā)生響應(yīng)。換句話(huà)說(shuō)，隨機(jī)的射使程序發(fā)生變化。技術(shù)驅(qū)動(dòng)力有許多因素使EMC成為電子設(shè)備設(shè)計(jì)中重要的內(nèi)容。首先，日益增多的電子設(shè)備帶來(lái)了許多電磁干擾源和敏感器，這增加了潛在的干擾。設(shè)備的小型化使源與敏感器靠得很近。這使傳播路徑縮短，增加了干擾的機(jī)會(huì)。器件的小型化增加了它們對(duì)干小并且便于攜帶，象汽車(chē)電話(huà)、膝上計(jì)算機(jī)等設(shè)備隨處可用，而不一定局限于辦公室那樣的受控環(huán)境。這也帶來(lái)車(chē)裝有包括防抱死控制系統(tǒng)在內(nèi)的大量的電子電路，如果汽車(chē)電話(huà)與這個(gè)控制系統(tǒng)不兼容，則會(huì)引起誤動(dòng)作?；ヂ?lián)技術(shù)的發(fā)展降低了電磁干擾的閾值。例如，大規(guī)模集成電路芯片較低的供電

5、電壓降低了內(nèi)部噪聲門(mén)限，而電平下就受到電弧損壞。它們更快的同步操作產(chǎn)生更尖的電流脈沖，這會(huì)帶來(lái)從I/O端口產(chǎn)生寬帶發(fā)射的問(wèn)題統(tǒng)的模擬電路產(chǎn)生更多的干擾。傳統(tǒng)上，電子線(xiàn)路裝在金屬盒內(nèi)，這種金屬盒能夠通過(guò)切斷電磁能量的傳插路徑來(lái)提供屏蔽作用?，F(xiàn)在，為了多地采用塑料機(jī)箱。塑料機(jī)箱對(duì)與電磁干擾是透明的，因此敏感器件處于無(wú)保護(hù)的狀態(tài)。法律的變化也是驅(qū)動(dòng)力支一?？刂齐姶虐l(fā)射和敏感度的強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，迫使制造商們實(shí)施EMC計(jì)劃。產(chǎn)品頭等重要的事項(xiàng)，因?yàn)橐坏┰O(shè)備由于干擾而產(chǎn)生誤動(dòng)作造成傷害，制造商要承擔(dān)法律責(zé)任。這對(duì)于醫(yī)療設(shè)備特別在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的工業(yè)中，可靠性已經(jīng)成為電子設(shè)備的一個(gè)重要市場(chǎng)特征。自動(dòng)化設(shè)備，特

6、別是醫(yī)療設(shè)備，必MI屏蔽技術(shù)提高了設(shè)備的可靠性。對(duì)于數(shù)據(jù)保密的要求是屏蔽市場(chǎng)發(fā)展的一個(gè)重要?jiǎng)恿ΑＲ延袌?bào)道揭露美國(guó)駐莫斯科使追究中的信息已被前蘇聯(lián)設(shè)備產(chǎn)生的電磁能量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。同樣的技術(shù)也被用來(lái)截獲密碼，然后攻擊銀行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。通過(guò)屏蔽，設(shè)備的電安全性。現(xiàn)在，人們?cè)絹?lái)越開(kāi)始注意各種輻射對(duì)健康的影響。過(guò)量的X射線(xiàn)和紫外線(xiàn)照射的危險(xiǎn)已經(jīng)被充分證明了。現(xiàn)示單元產(chǎn)生的輻射對(duì)婦女健康的傷害，因?yàn)橐呀?jīng)有充分的證據(jù)說(shuō)明在高壓線(xiàn)附近生活會(huì)患疾病。法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于設(shè)備工程師，了解不同市場(chǎng)中對(duì)電子設(shè)備的EMC法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的知識(shí)是十分必要的?，F(xiàn)在有許多關(guān)于產(chǎn)品輻射和傳導(dǎo)發(fā)射限制的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。有些還規(guī)定了對(duì)各種干擾的

7、最低敏感度要求設(shè)備有不同的標(biāo)準(zhǔn)。表1.2給出了一些電子設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)。雖然一個(gè)產(chǎn)品要獲得市場(chǎng)的成功，滿(mǎn)足這些標(biāo)準(zhǔn)是必要但是，有些國(guó)家給出的是規(guī)范，而不是標(biāo)準(zhǔn)，因此要在這些國(guó)家銷(xiāo)售產(chǎn)品，符合標(biāo)準(zhǔn)是強(qiáng)制性的。有些規(guī)范不沒(méi)不符合產(chǎn)下面幾節(jié)簡(jiǎn)單概述一下一些主要的管理機(jī)構(gòu)的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)。EMC電磁屏蔽材料設(shè)計(jì)者指南表1.2與電磁干擾和兼容相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)題工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療射頻設(shè)備射頻干擾特性的測(cè)量方法和極限值汽車(chē)、機(jī)動(dòng)船和火花塞點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的射頻干擾特性測(cè)*量方法和極限值聲音和電視接收機(jī)的射頻干擾特性的測(cè)量方法和極限值家用電器和便攜式工具射頻干擾特性測(cè)量方法和極限值熒光燈和照明設(shè)備的射頻干擾性測(cè)量方法和極

8、限值射頻干擾測(cè)量裝置和測(cè)量方法的規(guī)范聲音和電視廣播接收機(jī)敏感度的測(cè)量信息技術(shù)設(shè)備的射頻干擾特性測(cè)量方法和極限值家用電器和類(lèi)似電氣設(shè)備引起的電源干擾第1-3部分IEC801工業(yè)過(guò)程測(cè)量惡化控制設(shè)備的電磁兼容性第1-3部分國(guó)際HD481EN*國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)*歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN*EN*EN*EN*EN*EN*IEC555*CISPR是國(guó)際電工委員會(huì)（IECM一個(gè)分委會(huì)，它成立于1934年，那時(shí)射頻干擾問(wèn)題開(kāi)始出現(xiàn)。的第一個(gè)國(guó)際化聯(lián)合組織。CISPR沒(méi)有編制法律或發(fā)布法規(guī)的機(jī)構(gòu)。它所推薦的標(biāo)準(zhǔn)，只有當(dāng)個(gè)別成員國(guó)采律。*中推薦的針對(duì)信息技術(shù)設(shè)備的傳導(dǎo)和輻射發(fā)射要求構(gòu)成了許多主要國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。不幸的準(zhǔn)作為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)

9、，進(jìn)行了調(diào)整，這造成了不同國(guó)家的要求之間的差異。美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC用負(fù)責(zé)頻率管理和干擾控制的政府機(jī)構(gòu)。FCC有覆蓋多種設(shè)備發(fā)射限制的規(guī)范。第15部分，第J分部適用于所有的數(shù)字設(shè)備。這些FCC規(guī)范給出了兩個(gè)不同的發(fā)射極限值。哪一個(gè)極限值適用取決于設(shè)備在什么環(huán)境中使用。A級(jí)設(shè)備被用。更嚴(yán)格一引進(jìn)的B級(jí)適用于在家庭或居民工內(nèi)使用的設(shè)備。FCC沒(méi)有規(guī)定屏蔽效能值，而規(guī)定了射頻發(fā)射和輻射發(fā)射極限值，表1.4給出了傳導(dǎo)發(fā)射極限值。EMC電磁屏蔽材料設(shè)計(jì)者指南所有在美國(guó)國(guó)內(nèi)使用的設(shè)備必須滿(mǎn)足FCC規(guī)范。雖然FCC的大部分強(qiáng)制性要求在第15部分，第18部分也與EMC有關(guān)，第18部分中有關(guān)于用于工業(yè)、科

10、學(xué)和醫(yī)療目的的射頻發(fā)生設(shè)備的管理?xiàng)l例。它規(guī)定了在一些10KHz至245GHz頻段內(nèi)這類(lèi)設(shè)備可以使用的頻段。表1.3FCC輻射干擾極限值頻率范圍，頻率范圍，MHz場(chǎng)強(qiáng)(場(chǎng)強(qiáng)(V/m)A級(jí)30m30-8888-216216-1000德國(guó)305070B級(jí)3m1000.451.61501.6-30200表1.4FCC頻率范圍，頻率范圍，M德國(guó)的關(guān)于干擾控制的法規(guī)是基于VDE制定的標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)*覆蓋了所的產(chǎn)生或處理射頻適用于所有種類(lèi)的計(jì)算和數(shù)字設(shè)備，還適用于工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療設(shè)備。唯一的限制是設(shè)備產(chǎn)生的基頻高于10K對(duì)于數(shù)字設(shè)備的要求與FCC規(guī)定的相似，但是頻率范圍更寬，低頻拓寬到10KHz。極限值也

11、分為A級(jí)和的用途。A級(jí)限于需要特殊安裝的設(shè)備。VDE關(guān)于輻射和傳導(dǎo)的極限值在表1.5和表1.6中給出。符合*是強(qiáng)制性的，并由德國(guó)郵電部執(zhí)行。表1.5VDE輻射干擾極限值頻率范圍，頻率范圍，MHz場(chǎng)強(qiáng)(以V/m)場(chǎng)強(qiáng)(以V/m)A級(jí)100mB級(jí)30m0.01-0.153430米0.15-303430米30-4141-6868-174174-230230-470470-7605429.55429.554453410米3410米343434343446表1.6VD頻率范圍，頻率范圍，0.01-0.150.15-0.50.5-30EMC電磁屏蔽材料設(shè)計(jì)者指南760-100059-5746英國(guó)從表1.2

12、中可以看出，英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)發(fā)布了好幾個(gè)關(guān)于EMI的標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用最多的是BS6527關(guān)于數(shù)據(jù)信號(hào)的極限值和測(cè)量方法。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的范圍和內(nèi)容與CISPR22相同，盡管它們的標(biāo)題不同。覆蓋于0.1要求適用于商業(yè)和工業(yè)場(chǎng)合的應(yīng)用，更嚴(yán)格的B級(jí)極限值適用于住宅區(qū)中使用的設(shè)備。兩級(jí)都包含準(zhǔn)峰值和平均值是相同的，嚴(yán)格度是通過(guò)將測(cè)量距離從3。米減小到10米來(lái)實(shí)現(xiàn)的。表1.7給出了推薦的輻射場(chǎng)強(qiáng)極限值。限值。表1.76257輻射干擾極限值頻率范圍，MHz30-230230-1000表1.8BS6頻率范圍，MHz場(chǎng)強(qiáng)（林V/m）A級(jí)30mB級(jí)10m30373037準(zhǔn)峰值0.15-0.5790.5-55-30歐洲經(jīng)濟(jì)共同體7373為了在歐共體內(nèi)實(shí)現(xiàn)單一的EMC標(biāo)準(zhǔn)，以適應(yīng)1992實(shí)行的單一歐洲市場(chǎng)，歐洲委員會(huì)推行了歐共指令8成員對(duì)所有的電子裝置的電磁兼容性法規(guī)化。法規(guī)必須包含干擾和敏感度兩個(gè)方面。這個(gè)指令中定義的“裝置”以及配套的電氣、電子器件。例外情況是出現(xiàn)在其它包含EMC要求的指令中的裝置。目前，這種例外包括機(jī)動(dòng)外，不是用于商業(yè)目的的業(yè)余無(wú)線(xiàn)電裝置也屬于例外。這個(gè)法規(guī)不僅適用于設(shè)備的新設(shè)計(jì)，也適用于指令實(shí)施后歐洲委員會(huì)已經(jīng)責(zé)成CENELEC,電工標(biāo)準(zhǔn)化歐洲組織，制定歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN）o成員國(guó)必須將這些標(biāo)準(zhǔn)盾的標(biāo)準(zhǔn)必須撤除。CENELECEN可以在IEC或CIS