电磁干扰EMI三大解决方法

EMC的相关知识在之前的文章有写过：电磁兼容（EMC）基础知识

产生EMI（电磁干扰）应采用的相应对策：传导干扰可采取滤波方式，辐射干扰可采用屏蔽和接地等措施，这些方式可以大大提高产品的抵抗电磁干扰的能力，也可以有效地降低对外界的电磁干扰。经常听说解决EMI三大解决方法：接地、滤波、屏蔽。

接地

产品的电路和设备外壳需要与一个公共参考点（一般为大地）相连。接地又可以细分为接安全地和接工作地。

接安全地：产品设备的机壳、机座等，要与大地相接，设备即使存在漏电，也不影响人身安全。

接工作地：信号的参考地平面，产品I/O端口接地等方式，就是接工作地，抑制信号干扰。

针对产品的设计，接地有下面四种情况：

①单点接地与多点接地

信号：工作频率大于10MHz，建议采用多点接地，尽量降低地阻抗。如果采用单点接地，注意信号地长度≤1/20λ。

有的资料提出电子设备是否选择单点接地，主要取决于系统的工作信号频率和接地线的长度，即其表征量L/λ。L/λ<=0.1时，选择单点接地，单点接地的应用范围一般在300kHz以下，在有些场合也可用在1MHz以下。

线缆：线缆屏蔽层的长度以0.15λ为基准，尽量采用多点接地。一般屏蔽层按0.05λ或0.1λ间隔接地。混合接地时，一端屏蔽层接地，一端通过电容接地。

射频：接地线尽量短，当地线长度是λ/4波长的奇数倍时，阻抗会很高，同时相当λ/4天线，向外辐射干扰信号。

②数字模块与模拟模块区分开，数字地与模拟地分开处理

③加粗接地线≥2mm，减小电流变化引起的噪声

④接口的接地线闭环，缩小电位差值，提高抗噪声能力

滤波

常见的滤波元器件是电容，电容常用的方式如下图：

电容的阻抗公式：

高频时，电容阻抗很小，高频噪声经过此就会短路到地。除了电容，还可以选择滤波器，滤除信号线上不需要的高频干扰成份，解决高频电磁辐射与接收干扰。电源滤波器安装位置应靠近电源线入口处，需要注意的是滤波器要保证良好接地。

滤波的处理有以下四点：

①滤波电路的性能与阻抗匹配的关系很大，源端和负载失配越大，滤波器衰减电磁干扰的能力越强。一般情况下，开关电源表现为低阻抗，负载端设计为高阻抗。

②增减共模和差模电容，调整电容参数和线圈匝数。共模电容的容量越大，共模阻抗越小，共模骚扰抑制效果越好。

③传导干扰的问题可选用低通滤波的方式。

④接口处既有滤波又有防护电路，应该遵从先防护后滤波的原则。

屏蔽

利用屏蔽体来阻挡或减小电磁能传输，可以抑制电磁干扰。屏蔽有两个目的：

①防止内部电磁能量辐射泄露出某区域

②防止外部电磁能量辐射干扰进某区域

衡量屏蔽效能的公式：

E1，H1为无屏蔽体时的电场强度和磁场强度

E2，H2为有屏蔽体时的电场强度和磁场强度

高频射频屏蔽的关键是反射，低频磁场屏蔽的关键是吸收。低频的情况下，高电导率的材料吸收衰减少，对磁场屏蔽效果不好，需采用高磁导率的材料(如镀锌铁)。磁场屏蔽还取决于厚度、几何形状、孔洞的线性尺寸。磁屏蔽要求高磁导率的材料做封闭的屏蔽体，为了让涡流产生的磁通和干扰产生的磁通相消达到吸收的目的，对材料也有厚度的要求。

①屏蔽因素

产品的机构设计中，机箱部分为了更好屏蔽电磁辐射，既能照顾到机箱的散热需求，又能有效地防止电磁波的衍射，开孔尺寸一般不超过4mm。需要注意的问题是，对于磁场辐射源，孔洞在近场区的屏蔽效能与电磁波的频率没有关系，也就是说，很小的孔洞也可能导致较大的泄漏。这时影响屏蔽效能的一个更重要参数是孔洞到辐射源的距离。

影响屏蔽因素：缝隙、开孔、电缆穿透等。孔缝泄漏量的因素主要有两个：孔缝面积和孔缝最大线度尺寸。关于屏蔽性能和孔洞的关系公式：

SE：屏蔽效能(dB)

L：孔洞的长度(mm)　  

H：孔洞的宽度(mm)　　  

f：入射电磁波的频率(MHz)
 

如果L大于λ/2，则SE=0(dB)。这个公式计算的是最坏情况下(造成最大泄露的极化方向)的屏蔽效能，实际情况下屏蔽效能可能会更高一些。

孔洞的问题，先要确定磁场的辐射源是不是在附近，再确定是需要通过重新结构设计还是缩小孔洞尺寸来解决。

缝隙的问题，先检查衬垫情况，再确定是通过安装好相关衬垫还是密封缝隙的方式来解决泄露问题。

电缆的问题，先用上铁氧体磁环看看辐射有没有改善，然后考虑增加磁环，最后考虑滤波器或屏蔽线缆来解决。

②屏蔽与散热

屏蔽和散热是互相矛盾的，散热孔一般是一组孔洞，利用风扇进行强迫对流，这些孔洞将会引起电磁泄漏，使屏蔽效果下降，孔洞越大，屏蔽效果越差。通常系统的外壳都配置了散热孔，这种散热孔会影响整个系统的屏蔽性能。

Ei入射电场强度

Et透射电场强度

SE为0，无屏蔽效果。屏蔽的效果SE要满足相关产品的要求。

③屏蔽处理

屏蔽分两种情况进行，一种是针对干扰源进行屏蔽，另一种为在耦合路径上进行屏蔽。屏蔽干扰源是对辐射比较严重的芯片进行屏蔽，防止干扰源通过空间辐射影响到周边敏感设备。在耦合路径进行屏蔽处理是防止噪声通过互连结构将噪声放大，影响信号质量。需要注意的是屏蔽都要进行接地处理，尽量多点接地。常见的屏蔽处理方式：金属罩屏蔽、铜箔屏蔽等。

在产品设计中，根据产品实际进行屏蔽设计，端口、通风孔、孔洞、连接缝隙的屏蔽性都是值得考虑的因素。要清楚产品所需的屏蔽性能，先要确定辐射源，明确频率范围，再根据各个频段的互连结构，确定控制要素，进而选择恰当的屏蔽材料，设计屏蔽壳体。

 

审核编辑：郭婷