第三章-电磁兼容--屏蔽技术2PPT课件

端的试验；
10/700电压波，室外信号端的浪涌试验；
• 信号端测试 屏蔽线，干扰加在屏蔽层 非屏蔽线，干扰加在信号线。
1.2、8、10指波形的波前时间（us）； 50、20和700指得是波形的脉宽（us）。
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Surge：浪涌波 形
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Surge：试验现 场
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2.2 滤波器的作用
切断干扰沿信号线或电源线传播的路径，与屏蔽共同构成完善的干扰防护。
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2.3 滤波电路及常见滤波器件 低通滤波器的类型
低阻抗 Zs
ZL 低阻抗 高阻抗 Zs
ZL 高阻抗
单L型滤波电路
型滤波电路
高阻抗 Zs
ZL 高阻抗 低阻抗 Zs
ZL 低阻抗
C型滤波电路
T型滤波电路
network线路阻抗稳定网络。
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Harmonics：交流电源谐波电流
• 设备的输入电压为正弦波（50Hz 或者60Hz），当该电压的输入负 载为非线性电路时，将会使得输入 电流发生畸变，即输入电流不为正 弦波，根据傅利叶变换，非正弦波 信号在频域将会存在谐波，这些谐 波电流将会降低设备电源的使用效 率，并且会倒灌至电网，对电网产 生污染。
L
接
CX1
电N 源
E
L CX2
CY1=CY2
CY1 CY2
L 接
N设 备
E
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第三部分：线路板EMC设计技术
1. 基础知识 2. PCB分层设计 3. PCB布局设计 4. PCB布线设计
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3.1 基础知识
• 产生电磁干扰的前提条件 1）突变的电压或电流，即dV/dt 或dI/dt 很大 2）辐射天线或传导导体

波阻抗的值
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。
2.2.2高频磁场屏蔽
高频磁场屏蔽采用的是低电阻率的良好导体材料，
如铜、铝等。原理是利用电磁感应现象壳体表面所产生
的涡流产生的反向磁场来达到屏蔽的目的，也就是说，
利用了涡流反磁场对于元干扰磁场的排斥作用，来抵消
进入屏蔽体的磁场。
图2-6为一高频磁场屏蔽。 正确 由高频磁场屏蔽的原理可知，
良好
屏蔽盒上所产生的涡流的大小将
频率
铜 铝 钢 金属
100Hz 6.6 8.38 0.66 0.48
1kHz 2.08 2.67 0.20 0.08
10kHz 0.66 0.89 0.76
1MHz 0.08 0.08 0.008
10MHz 0.02 0.025 0.0025
从吸收损耗的公式可以得出以下结论：
◇ 屏蔽材料越厚，吸收损耗越大， 厚度每增加一个 趋肤深度，吸收损耗增加约9dB； ◇ 屏蔽材料的磁导率越高，吸收损耗越大； ◇ 屏蔽材料的电导率越高，吸收损耗越大； ◇ 被屏蔽电磁波的频率越高，吸收损耗越大。
给孤立的带电体以导体容器包围，然后把导体容器接地， 起到屏蔽作用。被动屏蔽，当屏蔽体外部有电场干扰时， 屏蔽体内部的导体为等电位体，内部空间不会出现电力 线，从而实现了对外界电场的屏蔽作用。
+Q

IC的引脚排列也会影响电磁兼容性能。因此IC的VCC与GND之间的距离越 近，去耦电容越有效。
无论是集成电路、PCB板还是整个系统，大部分噪声都与时钟频率及其 高次谐波有关。
合理的地线、适当的去耦电容和旁路电容能减小时钟辐射。
用于时钟分配的高阻抗缓冲器也有助于减小时钟信号的反射和振荡。
TTL和CMOS器件混合逻辑电路会产生时钟、有用信号和电源的谐波，因 此，最好使用同系列的逻辑器件。
铁氧体磁珠或串联电阻） －降低负载电容，以使靠近输出端的集电极开路驱动器而便于上拉，电阻值
尽量大 －处理器散热片与芯片之间经导热材料隔离，并在处理器周围多点射频接地 －电源的高质量射频旁路（解耦）在每个电源管脚都是重要的 －高质量电源监视电路需对电源中断、跌落、浪涌和瞬态干扰有抵抗能力 －需要一只高质量的“看门狗” －决不能在“看门狗”或电源监视电路上使用可编程器件 －电源监视电路及“看门狗”也需适当的电路和软件技术，以使它们可以适
模拟器件也需要为电源提供高质量的射频旁路和低频旁路。
对每个运放、比较器或数据转换器的每个模拟电源引脚的RC或LC滤波都 是必要的。
对模拟电路而言，模拟本振和IF频率一般都有较大的泄漏，所以需要着 重屏蔽和滤波。
02:33
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2.3 逻辑电路设计
对高频数字电路布局时应作到有关的逻辑元件应相互靠近，易产 生干扰的器件(如时钟发生器)或发热器件应远离其他集成电路。
应大多数的不测情况 －当逻辑信号沿的上升/下降时间比信号在PCB走线中传输一个来回的时间短时，
应采用传输线技术
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在逻辑电路中，数字信号的传输线的处理也相当重要。
当电路在高速运行时，在源和目的间的阻抗匹配非常重要。
否则过量的射频能量将会引起电磁兼容性问题。

测试设备是否能够抵御外部电 磁信号干扰（如雷电等），保 证设备在使用过程中的安全性。
传导发射测试
测试设备对周围环境产生的电 磁波的噪音程度。评估设备是 否会对周围的其他设备产生影 响。
电磁兼容性的原理
电场和磁场效应
电场和磁场的相互作用会形成电 磁波，可对电子设备的灵敏度造 成影响。
高频信号的干扰
高频信号的电磁辐射会对周边电 子设备产生干扰，甚至造成系统 崩溃。
干扰。
3
选择电磁兼容性好的器件或设备
尽可能地选择无辐射、无散射、抗干扰、 抗电磁波干扰的器件和设备。
提高屏蔽措施和保护
采取合适的屏蔽措施，采用防护措施， 以减少电波、电磁波等因素对电子设备 的影响。
电磁兼容性的重要性
保证产品的安全性
合格的电磁兼容性测试可以确 保产品符合行业规范，提高产 品安全性和可靠性。
测试内容和标准
GB 9254-2008 家用电器和类似用途电器的无线 电扰动特性限值
DL/T 987-2005 电力系统电磁兼容问题的技术数 据统计和分析方法
GB/T 17626.2-2006 工业科学和医疗电媒体元器 件的无线电骚扰特性限值
加快产品更新迭代
对于电磁兼容性好的产品，可 以在不受干扰的工作环境下开 发和测试。减少产品研发周期， 提高效率。
推动电子行业升级
电磁兼容性是电子行业的核心 技术之一，技术的不断升级和 优化创造了更多可靠、安全、 高效的电子设备。
电磁兼容性的测试和认证
认证机构 中国质量认证中心 国家电网公司 国家电力公司
物体的辐射和散射现象
物体表面的电磁辐射和散射现象可对周围的设 备和环境产生干扰，因此需要进行针对性测试。
生产过程中的干扰

机箱、机柜的电磁屏蔽
●机箱、机柜等屏蔽体屏蔽效能的期望值
▲结构设计中的所谓30dB和70dB准则： ——屏蔽体要提供30dB是比较容易的。 ——当发射源的发射电平与设备的敏感度门限之差小于 30dB，设计初期可不考虑专门的屏蔽措施。 ——当发射源的发射电平与设备的敏感度门限超过70dB 时，必需有周密的结构设计、严格的工艺保障、完善的 滤波和接地系统。
▲尽可能以一组小孔（如φ 6mm以下），取代大 面积孔口，切忌开长条孔。
▲在孔口遮盖金属网时需注意，普通编织金属丝 网的网线交叉点电接触是不可靠的，会因氧化、 腐蚀等原因，使屏蔽性能逐步下降。常规室内环 境中，下降值可达－6dB/年。 ▲波导通风窗因其在微波波段屏蔽性能好，而且 风阻远小于丝网或穿孔金属板而予以采用。
▲壳体屏蔽效能指标。应据所处电磁环境工作频率范
围区别对待。其期望值为：
——10kHz
低频磁场屏蔽效能 ≥30dB
——10kHz～ 10GHz 电磁屏蔽效能 ≥60dB
▲屏蔽要求高的单元，如功率发射部件、敏感接收部
件，应在壳体内部采用第二层屏蔽措施。
▲插箱内印制板组件间的近场耦合较强，宜用双面地
网式接地印制板作屏蔽及导热板。
▲接触簧片(铍青铜)：有指形、C形等多种截面 ——适合于滑动接触。 ——常用于插箱、插件、机柜、钣金面板的屏蔽。 ——安装结构不良时易损坏，接触面较少。 ——簧片应安装在一个凹入的或内侧凸缘内，以减少受
到机械损伤的可能性。 ▲导电橡胶(有不同导电填充物)： ——优点：可实现导电性和流体密封的组合。 ——缺点：几乎无插入损耗，射频性能较差。 ——有圆形、D形、环形等。异形用于室外机柜密封，
▲在硅橡胶里定向排列的金属线：
——优点：对射频和流体起组合密封作用，如果金属线 末端是锐利的，则能有效地戳破防护层。

4.电磁骚扰源分类及特性
雷电 NEMP
脉冲电路
无线通信
ESD
直流电机、变频调速器 感性负载通断
4.电磁骚扰源分类及特性
大气干扰
雷电干扰
宇宙干扰
自然 干扰源
热噪声 电气化铁路
无线电广播
电磁 干扰源
无线通信
功能性
人为 干扰源
非功能性
电视 雷达 导航
办公设备
输电线
点火系统
家用电器
工业、 医疗设备
4.电磁骚扰源分类及特性
电磁兼容性控制技术
传输通道抑制 空间分离 时间分隔 频谱管理 电气隔离 其他技术
6 电磁兼容的工程方法
电磁兼容性预测分析
电磁兼容性预测分析是采用计算机数字仿真技术，将各种 电磁干扰特性、传输特性和敏感度特性用数学模型描述，并编制 成程序对潜在的电磁干扰进行计算。
• 数学模型
干扰源模型、传输损耗模型、接受器模型
• 系统法
从电子设备或系统设计开始就进行电磁兼容性设计的方法。它在设备或 系统设计的全过程中贯彻始终，全面综合电磁耦合因素，不断进行电磁兼容 性分析、预测，对各阶段设计进行评估，提出修改措施。
6 电磁兼容的工程方法 EMC措施与费效比
6 电磁兼容的工程方法
为了实现系统内外的电磁兼容，需要技术上和组织上两方面采取措施。
Ea , Ha ；Eb , Hb
S
Va
V
J
a
,
J
m a
Sa
Va
J
b
,
J
m b
Sb
2. 传导耦合的基本原理
传导耦合按其耦合方式可以划分为三种基本方式： ①电路性耦合 ②电容性耦合 ③电感性耦合 实际工程中，这三种耦合方式同时存在、互相联系。

电磁屏蔽
时变电磁场中，电场和磁场总是同时存在的，通常所说的屏蔽，多指电
磁屏蔽。电磁屏蔽是指同时抑制或削弱电场和磁场。
•
电磁屏蔽一般也是指高频交变电磁屏蔽(10kHz ~ 40GHz)。
•
在频率较低（近场区，近场随着骚扰源的性质不同，电场和磁场的大
小有很大差别。 高电压小电流骚扰源以电场为主（电准稳态场－忽略了感应电压） ，磁场骚扰较小（有时可忽略）。 低电压高电流骚 扰 源 以 磁 场 骚 扰 为 主（磁准稳态场－忽略 了位移电流），电场骚扰较小。
Ug
干扰电压（场）与 耦合电容成正比。减少耦合电容是屏蔽低频 交变电场的关键。增多骚扰源与接受器之间距离，或利用金属 板接地抑制干扰。
交变电场的屏蔽
• 利用金属板接地抑制干扰
接地金属 屏蔽体
C1,2 C3
C1,2 C3
Z1 0 U 1 0
Z1 0 U 1 0,
Us 0
r为磁导率， r为电导率
反射损耗的计算
已有 Z 远场 377 ,
于是
2 D Z 近，E 377 , Z 近，M 377 2 D
低频时涡流很小，涡流的反磁场不足以完全
排斥原干扰磁场，此法不适用于低频磁场屏蔽
一定频率后涡流不再随着频率升高，说明涡流
产生的反磁场已足以排斥原有的干扰磁场，从 而起到屏蔽作用。 Rs/L
频率
高频磁场的屏蔽
屏蔽盒是否接地不影响屏蔽效果； • 但如果将良导体金属材料做的屏蔽盒接地，则它同时具有电场屏蔽和 高频磁场屏蔽的作用，所以实际使用中屏蔽盒应接地。 屏蔽盒上缝的方向必须顺着涡流方向并且要尽可能地缩小缝
静电屏蔽

全国无线电干扰标准 化 技术委员会
IEC/TC77
ACEC ( Advisory Committee on
EMC )
保护电网的发射限值 基本和通用的抗扰度标准 侧重于低频发射，f<9kHz
协调各TC和其他组织的关系 为IEC管理委员会参谋 复查EMC标准 教育
产品技术 委员会
制定产品EMC标准
全国电磁兼容标准化 技术委员会
序号
国标编号
8 GB/T17626.6-1998
9 GB/T17626.7-1998
10 GB/T17626.8-1998
11 GB/T17626.9-1998
12 GB/T17626.10-1998
13 GB/T17626.11-1998
14 GB/T17626.12-1998
名称
对应国际标准号
电磁兼容 试验和测量技术 射频场感应的传导骚扰抗 扰度
保护无线电业务的发射限值 ITE、TV、家电设备等的抗扰度
秘书处挂靠单位
上海电器科学研究所
对应 IEC/CISPR
CISPR
A 分会
无线电干扰测量和统计方法
中国电子标准化研究所
CISPR/A
B 分会 D 分会
工业、科学、医疗射频设备的无线电干扰 架空电力线、高压设备和电力牵引系统的
无 线电干扰 其他（重）工业设备的无线电干扰
机动车辆和内燃机的无线电干扰
上海电器科学研究所 天津汽车中心
CISPR/B CISPR/D
F 分会 H 分会 I 分会
家用电器、电动工具、照明设备及类似设备的 干扰
对无线电业务保护的限值 无线电系统与非无线电系统之间的干扰
信息技术设备、多媒体设备与接收机的电磁兼 容

图12 采用纵向扼流圈阻隔地回路
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地回路干扰的抑制措施
纵向扼流圈是由两个绕向相同、匝数相同的绕组所构成， 一般常用双线并绕而成。信号电流在两个绕组流过时方向 相反，称为异模电流，产生的磁场相互抵消，呈现低阻抗， 即扼流圈对信号电流不起扼流作用，并且不切断直流回路。 地线中的干扰电流流经两个绕组的方向相同，称为共模电 流，产生的磁场同向相加。扼流圈对地回路干扰电流呈现 高阻抗，起到抑制地回路干扰的作用。

实例2：设RC1＝RC2＝1Ω，RS＝500Ω，RL＝10 kΩ，RG＝ 0.01Ω，UG＝10 mV，试计算接地干扰电压在放大器输入 端施加的干扰电压值。
【解】 将所给数值代入式(11-2)计算，可知UN＝0.94 mV。 计算结果表明，10 mV的接地干扰电压几乎全部施加于放
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电路的接地点选择
应采用一点接地。如果采 用A点接地，而B点不接 地，即放大器所用的电源
不接地，此时需要使用差
分放大器。通常比较方便 的一点接地方式是选择B 点接地，而A点不接地。
图5 放大器与信号源接地点的选择
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电路的接地点选择
图5中，导线电阻RC1和RC2一般很小，通常在1Ω以下，取 RC1 ＝ RC2 ＝1Ω。两接地点A、B之间存在的地电阻RG更 小，比如取RG＝0.01Ω。信号源的内阻RS一般为500Ω。 设放大器的输入阻抗为10kΩ，图5所示电路的等效电路可
地回路干扰
图1中干扰回路和被干扰回路之间存在一个公共阻抗Zi， 该公共阻抗上存在的电压为Ui＝ZiI1＋ZiI2。对被干扰回路 而言， ZiI1是电磁骚扰电压,而ZiI2是对负载电压降的分压， 由于RL2>>|Zi|，因此，一般情况下ZiI2对负载电压降的影 响可以忽略不计，仅考虑I1所引起的电磁骚扰电压对负载 的作用。 若 不 考 虑 被 干 扰 回 路 的 电第流1页I/共2 在28页接 地 公 共 阻 抗 Z i 上 的 作 用 ，

s
Z
g
)
U
g
Ug的影响可通过减小电容（如：可使骚扰源与接收器尽量远）来减 弱。
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• 有屏蔽
Ug对Zs的影响会变得复杂起来（分 析中可以略去C3）
Ug在屏蔽体上感应的电压：
U1
1
jC1Z s jC1(Z1
Zg )Ug
U1对Zs的作用电压：
Us
1
jC2 Z s jC2 (Z1损耗小，产生的涡流强。 • 厚度：由于高频集肤效应，高频一般无需从屏蔽的角度考虑厚度，实
际一般去0.2 ~ 0.8mm。 • 缝隙：在垂直涡流方向一般不用有缝隙或开口。一般不应大于波长的
1/50 ~ 1/100。 • 接地：一般无影响，但考虑到同时要电屏蔽时，则应对屏蔽体接地。
<15>
• 导体内电场为零。 • 表面电场与导体表面垂直。 • 整个导体等位。 • 电荷分布于导体表面。
<4>
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基于前面静电性质，可用空腔结构来进行屏蔽。
•对于外部电场影响：当屏蔽体 完全封闭时，无论空腔屏蔽体 是否接地，屏蔽体内部的外电 场均为零。
•对于内部电场影响：将空腔屏 蔽体接地，使空腔屏蔽体外电 荷通过导线进入接地面，消除 屏蔽体外部电场。
<12>
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对于外 部磁场 影响
对于内 部磁场 影响
高频磁场屏蔽
对于高频磁场屏蔽需要采用低电阻率 的良导体（如：铜、铝等）。
当高频磁场穿过良导体时，会在金属板中形成感应电动势，进而产 生涡流。由涡流产生的反向磁场将抵消穿过金属的原磁场，涡流产 生的反向磁场会增加金属侧向的磁场，从而表现为磁力线绕过金属。