EMC电磁屏蔽材料设计者指南
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1、EMC设计的紧迫性 、EMC设计的紧迫性
本章讲解EMC设计的紧迫性，为本书重点介绍实际技术提供背景。首先简单介绍EMC符合性测试的要求， 最后复习一下电磁屏蔽的理论，以为读者提供足够的知识来选择适当的屏蔽技术。 什么是电磁兼容性？ 什么是电磁兼容性？
电磁兼容是一台设备在所处的环境中能满意地工作的能力，它既不对其它设备造成干扰，也不受其它干扰源的 动作或性能下降的电磁能量，今后我们称为EMI。
任何一个电磁能量会产生扩散的球面波，这种波在所有方向上传播。在任何一点，这种波包含相互垂直的电场
都垂直于波的传播方向。这种情况如图1-1所示。虽然如图1-2所示的频谱中的任何频率的都能引起干扰，
GHz 范围内的射频能量引起的。射频干扰(RFI)是电磁干扰的一种特殊形式，光、热和X射线是电磁能量
图 1-1 电磁场
图 1-2 电磁谱
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电磁干扰需要两个基本条件：电磁能量源和对这个源产生的特定幅度、频率的能量敏感的器件，称为敏感器。
和敏感器。另外，在源和敏感器之间还需要传播路径来传输能量。电磁干扰屏蔽通常改变电磁能量传播路径来达
表 1.1 电磁干扰源和敏感器
电磁干扰源 电磁干扰敏感器 电视和广播 航空导航系统 等幅波发射机 微处理器 电气马达 高保真设备 遥控单元 计算机 电焊装置 等幅波接收机 电气设备 心脏起搏器 发动机点火系统 电子测量设备 雷达发射机 广播和电视接收机 电动工具 电子车库门
电磁干扰分为两类：辐射干扰和传导干扰，这是由传播路径的类型来定的。
当一个器件发射的能量，通常是射频能量，通过空间到达敏感器时，称为辐射干扰。干扰源既可以是受干扰系
电气隔离的单元。传导干扰的产生是因为源与敏感器之间有电磁线或信号电缆连接，干扰沿着电缆从一个单元传 会影响设备的电源，这可以通过滤波器来控制。辐射干扰能影响设备中的任何信号路径，其屏蔽有较大难度。
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辐射电磁能量成为电磁干扰的机理可以由法拉第定律来解释。这个定律表明当一个变化的电场作用于一个导体
流。这个电流与工作电流无关，但是电路会象与工作电流一样来接收这个电流并发生响应。换句话说，随机的射 使程序发生变化。 技术驱动力 有许多因素使EMC成为电子设备设计中重要的内容。 首先，日益增多的电子设备带来了许多电磁干扰源和敏感器，这增加了潜在的干扰。
设备的小型化使源与敏感器靠
得很近。这使传播路径缩短，增加了干扰的机会。器件的小型化增加了它们对干
小并且便于携带，象汽车电话、膝上计算机等设备随处可用，而不一定局限于办公室那样的受控环境。这也带来 车装有包括防抱死控制系统在内的大量的电子电路，如果汽车电话与这个控制系统不兼容，则会引起误动作。
互联技术的发展降低了电磁干扰的阈值。例如，大规模集成电路芯片较低的供电电压降低了内部噪声门限，而
电平下就受到电弧损坏。它们更快的同步操作产生更尖的电流脉冲，这会带来从I/O端口产生宽带发射的问题 统的模拟电路产生更多的干扰。
传统上，电子线路装在金属盒内，这种金属盒能够通过切断电磁能量的传插路径来提供屏蔽作用。现在，为了 多地采用塑料机箱。塑料机箱对与电磁干扰是透明的，因此敏感器件处于无保护的状态。
法律的变化也是驱动力支一。控制电磁发射和敏感度的强制标准的实施，迫使制造商们实施EMC计划。产品
头等重要的事项，因为一旦设备由于干扰而产生误动作造成伤害，制造商要承担法律责任。这对于医疗设备特别
在竞争日益激烈的工业中，可靠性已经成为电子设备的一个重要市场特征。自动化设备，特别是医疗设备，必 MI屏蔽技术提高了设备的可靠性。
对于数据保密的要求是屏蔽市场发展的一个重要动力。已有报道揭露美国驻莫斯科使追究中的信息已被前苏联
设备产生的电磁能量来实现的。同样的技术也被用来截获密码，然后攻击银行计算机系统。通过屏蔽，设备的电 安全性。
现在，人们越来越开始注意各种辐射对健康的影响。过量的X射线和紫外线照射的危险已经被充分证明了。现 示单元产生的辐射对妇女健康的伤害，因为已经有充分的证据说明在高压线附近生活会患疾病。 法规和标准 对于设备工程师，了解不同市场中对电子设备的EMC法规和标准的知识是十分必要的。
现在有许多关于产品辐射和传导发射限制的国家标准和国际标准。有些还规定了对各种干扰的最低敏感度要求
设备有不同的标准。表1.2给出了一些电子设备的标准。虽然一个产品要获得市场的成功，满足这些标准是必要
但是，有些国家给出的是规范，而不是标准，因此要在这些国家销售产品，符合标准是强制性的。有些规范不 没不符合产品的权力。下面几节简单概述一下一些主要的管理机构的电磁兼容标准。
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表 1.2 与电磁干扰和兼容相关的标准 标题 工业、 科学和医疗射频设备射频干扰特性的测量方法和极限值 汽车、 机动船和火花塞点火发动机驱动设备的射频干扰特性测 CISPR12 量方法
和极限值 声音和电视接收机的射频干扰特性的测量方法和极限值 家用电器和便携式工具射频干扰特性测量方法和极限值 荧光灯和照明设备的射频干扰性测量方法和极限值 射频干扰测量装置和测量方法的规范 声音和电视广播接收机敏感度的测量 信息技术设备的射频干扰特性测量方法和极限值 家用电器和类似电气设备引起的电源干扰 第 1-3 部分 IEC801 工业过程测量恶化控制设备的电磁兼容性 第 1-3 部分 国际 HD481 EN55012 国际标准 CISPR11 欧洲标准 EN55011
CISPR13
EN55013
CISPR14 CISPR15 CISPR16
EN55014 EN55015 EN55016
CISPR20
EN55020
CISPR22 IEC555
EN55022
EN60555
CISPR是国际电工委员会(IEC)的一个分委会，它成立于1934年，那时射频干扰问题开始出现。
的第一个国际化联合组织。CISPR没有编制法律或发布法规的机构。它所推荐的标准，只有当个别成员国采
律。CISPR22中推荐的针对信息技术设备的传导和辐射发射要求构成了许多主要国家标准的基础。不幸的 准作为国家标准时，进行了调整，这造成了不同国家的要求之间的差异。 美国
联邦通信委员会(FCC)是负责频率管理和干扰控制的政府机构。FCC有覆盖多种设备发射限制的规范。 第15部分，第J分部适用于所有的数字设备。
这些FCC规范给出了两个不同的发射极限值。哪一个极限值适用取决于设备在什么环境中使用。A级设备被
用。更严格一引进的B级适用于在家庭或居民工内使用的设备。FCC没有规定屏蔽效能值，而规定了射频发射 和辐射发射极限值，表1.4给出了传导发射极限值。
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所有在美国国内使用的设备必须满足FCC规范。虽然FCC的大部分强制性要求在第15部分，第18部分
也与EMC有关，第18部分中有关于用于工业、科学和医疗目的的射频发生设备的管理条例。它规定了在一些 10KHz 至245GHz 频段内这类设备可以使用的频段。 表 1.3 FCC 辐射干扰极限值 频率范围， 频率范围，MHz 场强( 场强(µV/m) ) A 级 30m 30-88 88-216 216-1000 德国 30 50 70 B 级 3m 100 0.45-1.6 150 1.6-30 200
表 1.4 FCC
频率范围， 频率范围，M
德国的关于干扰控制的法规是基于VDE制定的标准。相关的标准VDE0871覆盖了所的产生或处理射频
适用于所有种类的计算和数字设备，还适用于工业、科学和医疗设备。唯一的限制是设备产生的基频高于10K
对于数字设备的要求与FCC规定的相似，但是频率范围更宽，低频拓宽到10KHz。极限值也分为A级和 的用途。A级限于需要特殊安装的设备。VDE关于辐射和传导的极限值在表1.5
和表1.6 中给出。 符合VDE0871是强制性的，并由德国邮电部执行。 表1.5VDE辐射干扰极限值 频率范围， 频率范围，MHz 场强(μV/m) 场强(μV/m) A 级 100m B 级 30m 0.01-0.15 34 30 米 0.15-30 34 30 米 30-41 41-68 68-174 174-230 230-470 470-760 54 29.5 54 29.5 54 45 34 10 米 34 10 米 34 34 34 34 34 46
表1.6VD
频率范围， 频率范围，
0.01-0.15 0.15-0.5 0.5-30
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760-1000
59-57 46
英国
从表１.2中可以看出，英国标准协会发布了好几个关于ＥＭＩ的标准。应用最多的是ＢＳ６５２７关于数据
信号的极限值和测量方法。这个标准的范围和内容与ＣＩＳＰＲ２２相同，尽管它们的标题不同。覆盖于０.１
要求适用于商业和工业场合的应用，更严格的Ｂ级极限值适用于住宅区中使用的设备。两级都包含准峰值和平均
值是相同的，严格度是通过将测量距离从３０米减小到１０米来实现的。表１.7给出了推荐的辐射场强极限值。限值。
表１.７ ６２５７辐射干扰极限值 频率范围，MHz
30-230 230-1000
表１.８ ＢＳ６频率范围，MHz
场强（μV/m）
A级 30m B级 10m
30 37
30 37
准峰值
0.15-0.5 79 0.5-5 5-30
欧洲经济共同体
73
73
为了在欧共体内实现单一的ＥＭＣ标准，以适应１９９２实行的单一欧洲市场，欧洲委员会推行了欧共指令８
成员对所有的电子装置的电磁兼容性法规化。法规必须包含干扰和敏感度两个方面。这个指令中定义的“装置”
以及配套的电气、电子器件。例外情况是出现在其它包含ＥＭＣ要求的指令中的装置。目前，这种例外包括机动
外，不是用于商业目的的业余无线电装置也属于例外。这个法规不仅适用于设备的新设计，也适用于指令实施后
欧洲委员会已经责成ＣＥＮＥＬＥＣ，电工标准化欧洲组织，制定欧洲标准（ＥＮ）。成员国必须将这些标准
盾的标准必须撤除。ＣＥＮＥＬＥＣ ＥＮ可以在ＩＥＣ或ＣＩＳＰＲ标准的基础上应用，但不一定要与它们等 制造商有两种方法来证明符合这个指令，即“自认证”和使用“技术构造文件”。
使用自认证方法时，制造商通过自己测试或按照适当的ＥＮ进行测试，来认证产品是否符合。在这种方法中，
施。但是，如果日后发现产品不符合，制造商将承担法律责任。在关于产品符合性的争端中，一个由特许测试部量的。
如果没有相关的ＥＮ，或设备制造商不准备使用它，符合性只有通过编辑技术构造文件来证明。这个文件描述