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2019-09-05
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工控机电磁干扰屏蔽技术分析
电磁兼容性(EMC)是指“一种器件、设备或系统的性能，它可以使其在自身环境下正常
工作并且同时不会对此环境中任何其他设备产生强烈电磁干扰（IEEE C63.12-1987）。”对于
无线收发设备来说，采用非连续频谱可部分实现 EMC 性能，但是很多有关的例子也表明
EMC 并不总是能够做到。例如在笔记本电脑和测试设备之间、打印机和台式电脑之间以及
蜂窝电话和医疗仪器之间等都具有高频干扰，我们把这种干扰称为电磁干扰(EMI)。深圳祈
飞科技的工控机从整机层面对电磁干扰屏蔽上做了相当多的工作，下面让我们来详细分析
电磁干扰屏蔽技术问题。
一、EMC 问题来源
所有电器和电子设备工作时都会有间歇或连续性电压电流变化，有时变化速率还相当
快，这样会导致在不同频率内或一个频带间产生电磁能量，而相应的电路则会将这种能量
发射到周围的环境中。
EMI 有两条途径离开或进入一个电路：辐射和传导。信号辐射是通过外壳的缝、槽、
开孔或其他缺口泄漏出去；而信号传导则通过耦合到电源、信号和控制线上离开外壳，在
开放的空间中自由辐射，从而产生干扰。
很多 EMI 抑制都采用外壳屏蔽和缝隙屏蔽结合的方式来实现，大多数时候下面这些简
单原则可以有助于实现 EMI 屏蔽：从源头处降低干扰；通过屏蔽、过滤或接地将干扰产生
电路隔离以及增强敏感电路的抗干扰能力等。EMI 抑制性、隔离性和低敏感性应该作为所
有电路设计人员的目标，这些性能在设计阶段的早期就应完成。
对设计工程师而言，采用屏蔽材料是一种有效降低 EMI 的方法。如今已有多种外壳屏
蔽材料得到广泛使用，从金属罐、薄金属片和箔带到在导电织物或卷带上喷射涂层及镀层
(如导电漆及锌线喷涂等)。无论是金属还是涂有导电层的塑料，一旦设计人员确定作为外
壳材料之后，就可着手开始选择衬垫。
二、EMI 抑制策略
只有如金属和铁之类导磁率高的材料才能在极低频率下达到较高屏蔽效率。这些材料
的导磁率会随着频率增加而降低，另外如果初始磁场较强也会使导磁率降低，还有就是采
用机械方法将屏蔽罩作成规定形状同样会降低导磁率。综上所述，选择用于屏蔽的高导磁
性材料非常复杂，通常要向 EMI 屏蔽材料供应商以及有关咨询机构寻求解决方案。
在高频电场下，采用薄层金属作为外壳或内衬材料可达到良好的屏蔽效果，但条件是屏
蔽必须连续，并将敏感部分完全遮盖住，没有缺口或缝隙(形成一个法拉第笼。然而在实际
中要制造一个无接缝及缺口的屏蔽罩是不可能的，由于屏蔽罩要分成多个部分进行制作，
因此就会有缝隙需要接合，另外通常还得在屏蔽罩上打孔以便安装与插卡或装配组件的连
线。
设计屏蔽罩的困难在于制造过程中不可避免会产生孔隙，而且设备运行过程中还会需要
用到这些孔隙。制造、面板连线、通风口、外部监测窗口以及面板安装组件等都需要在屏
蔽罩上打孔，从而大大降低了屏蔽性能。尽管沟槽和缝隙不可避免，但在屏蔽设计中对与
电路工作频率波长有关的沟槽长度作仔细考虑是很有好处的。
任一频率电磁波的波长为: 波长(λ)=光速(C)/频率(Hz)。当缝隙长度为波长(截止频率)的一
半时,RF 波开始以 20dB/10 倍频(1/10 截止频率)或 6dB/8 倍频(1/2 截止频率)的速率衰减。通
常 RF 发射频率越高衰减越严重，因为它的波长越短。当涉及到最高频率时，必须要考虑可
能会出现的任何谐波，不过实际上只需考虑一次及二次谐波即可。
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