结构设计规范(EMC)

结构设计规范（EMC）一、简单介绍电磁兼容（Electromagnetic Compatibility , EMC）主要包含两方面的内容：电磁干扰（Electromagnetic interference , EMI）；电磁敏感度（Electromagnetic susceptibility , EMS）。

电磁兼容设计基本目的：A 产品内部的电路互相不产生干扰，达到预期的功能。

B 产品产生的电磁干扰强度低于特定的极限值。

C 产品对外界的电磁干扰有一定的抵抗能力。

在整个工程项目中，必须在设计初期开始考虑电磁兼容设计。

一方面，这对整个工程项目是个效费比很高的措施，可以有效避免工程项目因为电磁兼容测试未通过而进行较大修改，产生不必要的成本增加。

另一方面，设计初期可以采取相对较多的措施来满足电磁兼容要求，而后期可采取的措施比较少。

在电磁兼容设计过程中，针对电磁兼容性设计中的重点和关键，分析并预测各种可能发生的电磁兼容问题，并从设计初期就采取各种技术措施，包括电路硬件与结构相结合、电路硬件与软件相结合的技术措施。

电磁兼容设计主要从三个方面进行：电磁干扰源、耦合途径、敏感设备。

耦合途径主要是传导和辐射。

具体在工程措施上，电磁兼容设计可分为：信号设计、线路设计、屏蔽、接地与搭接、滤波、合理布局。

其中与结构关系较大的有：屏蔽、接地与搭接、合理布局。

但这并不代表其他措施与结构设计完全无关，结构设计亦需配合完成其他措施比如滤波。

二、常用测试项目2.1、在电磁兼容性设计中遇到的常用测试项目，从干扰源与被干扰对象角度可分为两类：EMI（电磁发射测试）和EMS（电磁敏感度测试）。

EMI（电磁发射）：被测设备为干扰源，测试被测设备对外界发射的电磁干扰水平。

EMS（电磁敏感度）：被测设备为被干扰对象，通过测试仪器对其施加干扰，测试其抗干扰能力。

从干扰路径区分，又可分为传导测试与辐射测试两类。

综合起来测试项目可分为四种测试模式：CE-传导发射测试，CS-传导敏感度测试；RE-辐射发射测试，RS-辐射敏感度测试。

2.2、GJB151A-97常用测试项目表表1 GJB151A-97常用项目分类传导名称辐射名称EMI（电磁发射测试项目）CE101 25Hz~10KHz电源线传导发射RE10125Hz~100KHz磁场辐射发射CE102 10KHz~10MHz电源线传导发射RE10210KHz~18GHz电场辐射发射EMS（电磁敏感度测试项目）CS101 25Hz~10KHz电源线传导敏感度RS10125Hz~100KHz磁场辐射敏感度CS106 电源线尖峰信号传导敏感度RS10310KHz~18GHz电场辐射敏感度CS11410KHz~400MHz电缆束注入传导敏感度CS115 电缆束注入脉冲激励传导敏感度CS11610KHz~100MHz电缆和电源线阻尼正弦瞬变传导敏感度其中与结构设计关系较大的有CE101、CE102、RE101、RE102、CS101、RS101 、RS103。

2.3、汽车电子设备常用测试项目表图1 汽车电子常用测试项目三、设计规范3.1、屏蔽电磁屏蔽的目的有两个：一个限制内部的辐射电磁能越出某一个区域；而是防止外来的辐射进入某一区域。

即切断电磁波的传播途径。

电磁屏蔽是解决电磁兼容问题的重要手段之一，绝大部分电磁兼容问题的最大好处是不会影响电路的工作。

电磁屏蔽技术作为解决电磁兼容性问题的重点措施之一。

屏蔽按其机理可以分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽三种。

需要注意的是，在实际工程中，通常将电磁场屏蔽与电场屏蔽合二为一。

将屏蔽体接地即可实现电磁场屏蔽与电场屏蔽的统一。

3.1.1、电场屏蔽和电磁场屏蔽设计3.1.1.1、电场屏蔽主要作用是防止静电场和低频交变电场的影响，消除两个设备或两个电路之间由于分布电容耦合所产生的影响。

在结构设计中通常为两个设备或两个模块之间的电场屏蔽。

若屏蔽的为交流源，则频率在10kHz以下时采用电场屏蔽，高于10kHz时屏蔽效果将会变差。

需要注意的是在电场屏蔽中，最重要的一点是屏蔽壳体的接地质量。

在电场屏蔽的设计中，主要考虑以下三个方面的问题：a、屏蔽板尽量靠近CPU等被屏蔽元件，并且屏蔽板必须可靠接地，其作用从理论上来看，屏蔽板相当于造就了分布电容，且越靠近被屏蔽元件其分布电容的容量越大，其屏蔽效果越好。

b、屏蔽板的形状对屏蔽效能的高低有明显影响，理论上全封闭的金属盒可以有最好的电场屏蔽效果。

c、屏蔽板的材料以良导体（铝、铜等）为好，屏蔽材料的厚度满足强度要求即可。

3.1.1.2、电磁场屏蔽的有效性是用屏蔽效能来度量。

它表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度。

屏蔽体的屏蔽效能由两部分构成：吸收损耗和反射损耗。

为了提高屏蔽材料的屏蔽效能，必须想办法提高吸收损耗和反射损耗。

当电磁波入射到不同媒体的分界面时，就会发生反射，于是减小了继续传播电磁波的强度，于是构成反射损耗。

当电磁波在屏蔽材料中传播时，同样会产生损耗，于是构成吸收损耗。

吸收损耗的计算公式：A=20 1g(E0/E1)=20 lg(e^（t/δ）) dB式中趋肤深度δ=0.066/(f μr σr)^0.5mm，f 单位为MHz。

表2 常用金属的趋肤深度表（单位为毫米）从吸收损耗的公式可以得出以下结论：a、屏蔽材料的吸收损耗和屏蔽材料的厚度、磁导率、电导率成正比；b、屏蔽材料的吸收损耗和被屏蔽电磁波的频率成正比；c、屏蔽材料的厚度每增加一个趋肤深度，吸收损耗增加约9dB。

反射损耗的因素：电场反射损耗的计算公式：Re=322+10 lg σr/μr f^3 r^2磁场反射损耗的计算公式：Rn=322+10 lgμr f^3 r^2/μr式中：f 为入射电磁波的频率；σr为相对电导率；μr为相对磁导率。

从上述理论的综合屏蔽效能来看，在低频段，由于趋肤深度很大，屏蔽效能主要取决于反射损耗。

在高频段，随着频率的升高，电磁波的反射损耗减小，吸收损耗增加，屏蔽效能主要由吸收损耗决定。

实际工程案例：如果需要对一个机箱做电场屏蔽和电磁场屏蔽，需要做哪些措施？1、屏蔽体的材料选择。

铜虽然导电性好，但是密度较大，不适合做屏蔽机箱。

铝具有很高的比强度，同时导电性能也非常好，通过用来做屏蔽机箱。

如果对屏蔽效能要求不高，亦可采用其他材料比如镀锌钢板。

2、良好接地。

通常是通过接地柱接到大地的方式。

接地柱示意图如下：壳体接地柱焊片此端螺母锁紧需要注意的是，此接地柱仅为电场屏蔽接地用。

如果有信号地及其他地需要连接，壳体内部亦应该采用焊片良好接地。

焊片材料一般为黄铜H-62。

另外，壳体与焊片之间保持良好导电连接，严禁做任何非导电涂覆。

3、屏蔽体的缝隙和开孔处理。

典型值：λ/20。

λ为频段中最高频率电磁波波长。

缝隙的长度和开孔的直径应小于λ/20，最好小于λ/100。

通风孔直径采用小圆孔，典型值Φ3。

Φ3孔阵的打孔金属板在1GHz时，屏蔽效能在20dB左右。

缝隙处理。

机箱至少是两个零件的组合体，盒体和盖板。

而盒体和盖板之间一般情况下需要经常拆卸，不可能用焊接完全密封。

要取得良好的屏蔽效能，必须使盒体和盖板间的接触电阻减至最小。

通常做法是：a、控制盒体和盖板之间接合面的粗糙度，以3.2及以下为宜。

b、盒体和盖板做表面处理时严禁做非导电处理，比如应该对铝材进行导电氧化而不是硫酸阳极化。

c、控制固定盒体和盖板之间的螺钉间隙，以30-40为宜，尽量不超过50。

d、盒体和盖板在装配后一起进行涂覆处理，以保护接合面的导电接触。

e、增加接缝深度,典型值9。

示意图如下：增加接缝长度盖板f、如需更高要求，则需在接合面之间安装导电屏蔽衬垫（见后面表3）。

g、采用双层盖板屏蔽可以达到非常高的屏蔽效果，但由于结构复杂，成本较高，一般不采用。

开孔处理。

机箱内设备功率较大时，通常需要布置通风孔，进行通风散热。

通常做法为：a、在不影响散热的情况下，通风孔应尽量小（典型值Φ3）。

b、通风孔位置应尽量远离干扰源。

4、显示窗和屏的处理。

5、按键的处理，示意图如下：6、控制轴的处理。

比如旋钮等。

控制轴采用非金属轴和加截止波导管处理。

3.1.2、磁场屏蔽设计磁场屏蔽通常指低频磁场（DC~100KHZ ）。

主要依赖高磁导率材料所具有的低磁阻，对磁通起着分路的作用，使屏蔽体内部的磁场大大减弱。

磁场屏蔽效能在理论上为： SE = ( Rs + R0 )/Rs式中 Rs ：屏蔽体的磁阻；R0 :空气磁阻磁阻 Rs = S / ( μA )式中 S ：磁路长度；A :此路截面积对上述计算公式进行分析，提高屏蔽效能的主要措施有：a 、高磁导率的材料；b 、增加屏蔽体壁厚，即增加磁路的截面积；屏蔽盒一般由板料用钣金工艺加工或冷冲成型，结构上难免含有接缝或通风、观察孔等。

接缝和孔洞的存在都会引起屏蔽体磁阻的增加，降低屏蔽效能。

工程上常用措施如下：a 、屏蔽对象的选择。

由于整体做低频磁屏蔽比较困难，所以一般选择对低频磁场干扰源进行屏蔽。

比如开关电源、电感线圈等。

b、屏蔽材料的选择。

镀锌钢板性价比较高，铍镆合金性能最好。

在强磁场中需选用屏蔽体上开小孔 屏蔽体上栽上截止波导管 用隔离舱将操作器件隔离出磁饱和性能较高的材料，如硅钢。

c 、屏蔽体的接缝要与磁通流经方向尽可能平行，降低磁阻。

下图为铁芯电源变压器的屏蔽盒示意图：盖板接缝切断漏磁通，泄露增加。

接缝顺着漏磁通，泄露减到最小。

接合面d 、屏蔽盒上的通风孔应顺磁通方向。

如下示意图：H0H0切断磁通，很差顺磁通，较好e 、接缝的连接工艺及结构对屏蔽效能影响也较大。

一般接缝处盖板和盒体之间的重叠部分为9mm ，点焊间距为12mm 时，接缝对磁屏蔽效能的影响可以不予考虑。

螺钉连接时，也应该有尽可能多的重叠和尽可能小的螺钉间距。

示意图如下：盖板增加接缝长度盖板(1)(2)需要特别注意的一点是，铁磁性材料一般对机械应力较为敏感，因为机械应力的存在将使磁性材料的磁导率大大下降。

磁屏蔽体必须在机械加工全部完成之后进行退火处理。

当屏蔽效能要求较高时，可以采用双层屏蔽结构。

3.2、接地与搭接 3.3.1、接地在电子设备中，接地是抑制电磁噪声和防止干扰的重要手段之一。

在设计中如果能把接地和屏蔽正确地配合使用，对实现电子设备的电磁兼容性将起着事半功倍的作用。

机壳的接地，通过接地柱连接大地。

电路板的接地，电路板螺钉连接处即是电路板的大地连接点。

低频电路一般采用单点接地方式。

射频、中频放大部分采用多点接地。

信号地与电源地要分开。

电缆屏蔽层的接地。

以同轴电缆为例，在传输高频信号（大于100kHz ）时，屏蔽层应采用两点或多点接地；传输低频信号时，屏蔽层应单点接地。

实际经验表明，在100kHz 以下，电缆屏蔽层单点接地具有最佳的磁场抑制作用。

另外，电缆屏蔽层不要在屏蔽盒体内部接地，否则容易在屏蔽盒体造成干扰，从而使屏蔽盒体的屏蔽效能降低。