【導讀】EMC設計是一個很繁瑣的問題，一個小細節沒有注意到就可能全軍覆沒。如果在設計產品的時候考慮的越全面，就可以避免后期EMC測試不達標時的不知所措。本期大講臺，我們主要介紹濾波器該如何選型，同時還有一個很容易被工程師忽略的部分，就是電磁屏蔽材料的選用。
電磁干擾濾波器的選用
EMC設計中的濾波器通常指由L，C構成的低通濾波器。不同結構的濾波器的主要區別之一，是其中的電容與電感的聯接方式不同。濾波器的有效性不僅與其結構有關，而且還與聯結的網絡的阻抗有關。如單個電容的濾波器在高阻抗電路中效果很好，而在低阻抗電路中效果很差。
實踐表明，即使對一個經過很好設計并且具有正確的屏蔽和接地措施的產品，也仍然會有傳導干擾發射或傳導干擾進入產品。濾波是壓縮干擾頻譜的一種有效方法，當干擾頻譜不同于有用信號的頻帶時，可以用電磁干擾濾波器將無用的干擾濾除。因此，恰當地選擇和正確地使用濾波器對抑制傳導干擾是十分重要的。從頻率選擇的角度出發，電磁干擾濾波器屬于低通濾波器，分為信號線濾波器和電源線濾波器等。
1. 信號線濾波器
信號線濾波器是用在各種信號線上的低通濾波器，用來濾除高頻干擾成分。可分為線路板濾波器、饋通濾波器和連接器濾波器等三種。線路板濾波器適合于安裝在線路板上，具有成本低、安裝方便等優點;饋通濾波器適合于安裝在屏蔽殼體上，特別適用于單根導線或電纜穿過屏蔽體時使用;濾波器連接器適用于多根導線或電纜穿過屏蔽體時使用。濾波器連接器在外形上和尺寸上都和普通連接器相同，兩者完全可以互換。但濾波器連接器的每個針或孔上都有一個低通濾波器，它的電路可以是單個電容的，也可以是L型或π型的。
選用信號線濾波器時，應根據使用的場合，選擇濾波器的類型，根據濾波要求選擇濾波器的電路和性能指標，為了保證信號頻率順利通過濾波器，濾波器的截止頻率應高于信號頻率的上限。此外，還應正確選擇濾波器的工作電壓、電流、溫度范圍等。在使用信號線濾波器時，最重要的是保證濾波器有良好的接地，接地線應盡量短。濾波器外殼應與屏蔽體有良好的電接觸，可以使用焊接方式或采用射頻電磁密封襯墊。
新研制的濾波器陣列板是將濾波器制成微形器件，并排列成陣列，能快速安裝到電子產品的底板或隔斷上，以實現密封或隔離。
2. 電源線濾波器
電源線是電磁干擾傳入設備和傳出設備的主要途徑。為防止這兩種情況的發生，必須在設備的電源接口安裝電源線濾波器。它只允許電源頻率通過，而高于電源頻率的電磁干擾卻受到很大的衰減。
電源線上的干擾以兩種形式出現，在火線、零線回路中的干擾為差模干擾，在火線、零線與地線回路中的干擾為共模干擾。雖然電源線濾波器對差模干擾和共模干擾都有抑制作用，但效果不一樣，應分別給出兩者的插入損耗。除了特別說明允許不接地的濾波器外，所有電源濾波器都必須接地，因為濾波器中的共模旁路電容只有接地時才起作用。
使用電源濾波器時，應盡量靠近電源入口處安裝，并使濾波器的輸入/輸出端之間屏蔽隔離，避免電磁干擾從輸入端直接耦合到濾波器的輸出端。此外，濾波器的接地點還應盡量靠近設備的接地點。電源線濾波器的技術指標包括：最大泄漏電流、耐壓、額定工作頻率、額定工作電壓、額定工作電流和溫度范圍等。
電磁兼容性元器件是解決電磁干擾發射和電磁敏感度問題的關鍵，正確選擇和使用這些元器件是做好電磁兼容性設計的前提。因此，我們必須深入掌握這些元器件，這樣才有可能設計出符合標準要求、性能價格比最優的電子、電氣產品。
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第五講：完美的EMC電路設計攻略之：EMC工程師必備技能
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模擬與邏輯有源器件的選用
電磁干擾發射和電磁敏感度的關鍵是模擬與邏輯有源器件的選用。必須注意有源器件固有的敏感特性和電磁發射特性。
有源器件可分為調諧器件和基本頻帶器件。調諧器件起帶通元件作用，其頻率特性包括：中心頻率、帶寬、選擇性和帶外亂真響應;基本領帶器件起低通元件作用，其頻率特性包括：截止頻率、通帶特性、帶外抑制特性和亂真響應。此外還有輸入阻抗特性和輸入端的平衡不平衡特性等。
模擬器件的敏感度特性取決于靈敏度和帶寬，而靈敏度以器件的固有噪聲為基礎。
邏輯器件的敏感度特性取決于直流噪聲容限和噪聲抗擾度。
有源器件有兩種電磁發射源：傳導干擾通過電源線、接地線和互連線進行傳輸，并隨頻率增加而增加;輻射干擾通過器件本身或通過互連線進行輻射，并隨頻率的平方而增加。瞬態地電流是傳導干擾和輻射干擾的初始源，減少瞬態地電流必須減小接地阻抗和使用去耦電容。
邏輯器件的翻轉時間越短，所占頻譜越寬。為此，應當在保證實現功能的前提下，盡可能增加信號的上升/下降時間。
數字電路是一種最常見的寬帶干擾源，其電磁發射可分為差模和共模兩種形式。
為了減少發射，應盡可能降低頻率和信號電平;為了控制差模輻射，必須將印制電路板上的信號線、電源線和它們的回線緊靠在一起，減小回路面積;為了控制共模輻射，可以使用柵網地線或接地平面，也可使用共模扼流圈。同時，選擇“干凈地”作為接地點也是十分重要的。
鐵氧體電磁干擾抑制元件
鐵氧體是一種立方晶格結構的亞鐵磁性材料。它的制造工藝和機械性能與陶瓷相似，顏色為灰黑色。對于抑制電磁干擾用的鐵氧體，最重要的性能參數為磁導率μ和飽和磁通密度Bs。磁導率μ可以表示為復數，實數部分構成電感，虛數部分代表損耗，隨著頻率的增加而增加。因此，它的等效電路為由電感L和電阻R組成的串聯電路，L和R都是頻率的函數。例如磁導率為850的鐵氧體，在10MHz時阻抗小于10Ω，而超過l00MHz后阻抗大于100Ω，使高頻干擾大大衰減。這樣，就構成了一個低通濾波器。低頻時R很小，L起主要作用，電磁干擾被反射而受到抑制;高頻時R增大，電磁干擾被吸收并轉換成熱能。
鐵氧體抑制元件廣泛應用于印制電路板、電源線和數據線上。例如在印制板的電源線入口端加上鐵氧體抑制元件，就可以濾除高頻干擾。鐵氧體磁環或磁珠專用于抑制信號線、電源線上的高頻干擾和尖峰干擾，它也具有吸收靜電放電脈沖干擾的能力。
不同的鐵氧體抑制元件，有不同的最佳抑制頻率范圍。通常磁導率越高，抑制頻率就越低。此外，鐵氧體體積越大，抑制效果越好。在體積一定時，長而細的形狀比短而粗的抑制效果好，內徑越小抑制效果也越好。但在有直流或交流偏流的情況下，還存在鐵氧體飽和的問題，抑制元件橫截面越大，越不易飽和，可承受的偏流越大。
鐵氧體抑制元件應當安裝在靠近干擾源的地方。對于輸入/輸出電路，則應盡量靠近屏蔽殼的進、出口處。
安裝時還應當注意，鐵氧體元件易破碎，應采取可靠的固定措施。
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電磁屏蔽材料的選用
具有較高導電、導磁特性的材料可以用作屏蔽材料。常用的有鋼板、鋁板、鋁箔、銅板、銅箔等。也可以在塑料機箱上噴涂鎳漆或銅漆的方法實現屏蔽。
屏蔽機箱的屏蔽效能除了與所選屏蔽材料的導電率、導磁率和厚度有關外，在很大程度上還依賴于機箱的結構，即其導電連續性。任何實用的屏蔽機箱上都有縫隙，這些縫隙是由于屏蔽板之間臨時性搭接所造成的。由于縫隙的導電不連續性，在縫隙處會產生電磁泄漏。因此，對于永久性搭接，可以使用焊接的方法消除縫隙。如果使用鉚接或螺釘連接，間距必須足夠小。對于非永久性搭接，采用電磁密封襯墊等屏蔽材料則是十分有效的手段。
1.電磁密封襯墊
電磁密封襯墊是一中彈性好、導電性高的材料。將這種材料填充在縫隙處，能保持導電連續性，是解決縫隙電磁泄漏的好方法。在選用電磁密封襯墊時，需要熟悉以下特性參數：
轉移阻抗設襯墊和兩側屏蔽板的接合面上流過電流I，而兩側屏蔽板之間的電壓為V，則轉移阻抗定義為Zr=V/I。轉移阻抗越低，則兩側屏蔽板之間的電磁泄漏越小，加襯墊后該縫隙的屏蔽效能越高。
硬度襯墊的硬度應當適中，硬度太低，易造成接觸不良，屏蔽效能較低;硬度太高，需要較大的壓力，給結構設計造成困難。
壓縮永久形變襯墊只有在外力作用下發生一定的形變時，才有屏蔽作用。當外力去掉后，襯墊不會完全恢復到原來的形狀，即發生了永久形變。當然，襯墊的壓縮永久形變越小越好。
襯墊厚度襯墊的厚度應能滿足接觸面不平整度的要求，利用其彈性，將縫隙填充滿，達到導電連續性的目的。
常用的電磁密封襯墊有以下幾種類型：
金屬絲網襯墊用金屬絲編織成的彈性網套，為純金屬接觸，接觸電阻低;但金屬絲在高頻時會呈現較大感抗，使屏蔽效能降低。所以只適用于l吉赫以下的頻率范圍。
橡膠芯編織網套將金屬絲編織的網套套在發泡橡膠芯或硅橡膠芯上，具有很好的彈性和導電性。
導電橡膠襯墊在硅橡膠內填充金屬顆粒或金屬絲，構成導電的彈性物質。由于導電橡膠中的導電顆粒之間的容抗在高頻時會降低，因此，填充金屬顆粒在高頻時屏蔽效能較高。如果填充方向一致的金屬絲，還可以做到純金屬接觸，但由于金屬絲在高頻時呈現較大感抗，使屏蔽效能降低，所以填充金屬絲時只適用于低頻。
鈹銅指形簧片利用被銅良好的導電性和彈性，可制成各種指形簧片。由于純金屬接觸，直流電阻低，感抗又小，所以低頻和高頻時都具有較高的屏蔽效能。
螺旋管襯墊用鍍錫被銅或不銹鋼做成的螺旋管，具有良好的彈性和導電性，是目前屏蔽效能最高的襯墊。
2.導電化合物
導電化合物包括各種導電膠和各種導電填充物等。環氧導電膠可用于金屬之間，金屬與非金屬之間，各種硬性表面之間的導電粘接。可代替焊錫，完成微波器件引線連接;可修復印制板線路，可用于導電陶瓷粘接，天線元件粘接，玻璃除霜粘接，導電/導熱粘接，微波波導部件粘接等。硅脂導電膠用于將彈性的導電橡膠粘接固定在金屬表面上，可應用于航天、航空、軍用等電子設備中。導電填充物是一種高導電漿糊狀材料，用于無法加裝屏蔽襯墊的縫隙處，固化后仍保持彈性。
3. 截止波導通風板
屏蔽機箱的通風口及其它開口都是主要的電磁輻射源。采用開小孔或加金屬絲網的方法都難以達到滿意的屏蔽效能。理論證明，當金屬管截面尺寸滿足一定條件時，可以傳輸一定頻率范圍的電磁波，稱為波導管。而波導管存在一個截止頻率，當頻率低于截止頻率時，電磁波被截止而不能傳輸。根據這個原理可以設計成截止波導管。截止波導通風板由許多截止波導管依次排列組成，為了提高通風效率，每個截止波導管的截面都設計為六角形，故又稱蜂窩狀通風板。當屏蔽效能要求很高時，可用兩塊截止波導通風板構成雙層通風板。而通風板材料的導電率是屏蔽效能的重要因素，采用高導電率材料或鍍層的通風板可以得到高屏蔽效能。
4.導電玻璃和導電膜片
顯示屏或顯示窗口既要滿足視覺要求，又要滿足防電磁輻射的要求，為此，可選用導電玻璃實現屏蔽。導電玻璃可用兩塊光學玻璃中間夾金屬絲網構成，金屬絲網密度越大，屏蔽效能就越高，但透光性變得越差。導電玻璃也可由光學玻璃或有機玻璃表面鍍的金屬薄膜構成。此外，還可在透明聚脂膜片上鍍以金屬薄膜，制成柔性透明導電膜片。這種膜片的透光性可達70%(80%，而且膜片很薄，僅0.13mm，可以直接貼覆在常規玻璃或有機玻璃表面，特別適用于要求高透明度和中等屏蔽效能的儀表表盤、液晶顯示器、面板指示燈孔、彩色顯示器等部位。
