電磁兼容設計及其在電子連接器中的應用

【摘 要】介紹了電磁兼容的基本概念，詳細敘述了電磁兼容設計的接地、屏蔽、 濾波等設計技術，簡述了電子連接器的電磁兼容設計重點。

【關鍵詞】電磁兼容 接地 屏蔽 濾波

1 電磁兼容定義

電磁兼容指設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。電磁環(huán)境是由空間、時間、頻譜三個要素組成的。電磁兼容就是研究在有限的空間、有限的時間、有限的頻譜資源條件下，各種用電設備（分系統(tǒng)、系統(tǒng)，廣義的還包括生物體）可以共存并不致引起降級的一門科學。

2 電磁兼容設計一般原則

一般保證設備電磁兼容的技術方法為：在設計階段選擇合理的元器件；優(yōu)化線路和結構布局；采用接地、屏蔽、濾波等技術，降低所產(chǎn)生的干擾電平，增加干擾在傳播途徑上的衰減。接地屬于線路設計的范疇，對產(chǎn)品電磁兼容性有著至關重要的意義。合理的接地是最經(jīng)濟有效的電磁兼容設計技術。屏蔽措施經(jīng)常要與濾波和接地共同使用，屏蔽可理解為隔離的一種方法，是抑制輻射干擾的有效辦法。濾波是抑制傳導干擾最直接有效的辦法，良好的濾波抑制了干擾源的泄漏，也利于解決輻射干擾方面的問題。

3 接地和搭接設計

3.1 接地的基本概念。恰當?shù)慕拥卮_保電路或系統(tǒng)與“地”之間建立低阻抗通路，抑制了高頻信號對其它電子設備的騷擾，是改善設備或系統(tǒng)電磁兼容性能的一種有效而經(jīng)濟的方案。電路中的“地”一般定義為電路或系統(tǒng)的零電位參考點，可以是設備的外殼或其它金屬板、線。電磁兼容接地是出于電磁兼容設計而要求的接地?？砂ǎ浩帘谓拥兀簽榱朔乐闺娐分g由于寄生電容存在產(chǎn)生相互干擾、電路輻射電場或對外界電場敏感，必須用接地的金屬材料進行必要的隔離和屏蔽。濾波器接地：濾波器中一般都包含信號線或電源線到地的旁路電容，因此必須接地。噪聲和干擾抑制：對內(nèi)部噪聲和外部干擾的控制需要設備或系統(tǒng)上的許多點與地相連，從而為干擾信號提供“最低阻抗”通道。電路參考：電路之間信號要正確傳輸，必須有一個公共電位參考點，這個公共電位參考點就是地。

3.2 接地的基本方法。接地方法有三種基本形式：浮地、單點接地和多點接地。浮地是一種將電路或設備與公共接地平面或可能引起環(huán)路電流的公共導線進行電隔離的方法。單點接地是指在一個線路中，只有一個物理點被定義為接地參考點，其它各個需要接地的點都直接接到這一點上。多點接地是指一個系統(tǒng)中各個接地點都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引線的長度最短。多點接地適用于高頻電路。

3.3 搭接。搭接是將兩個金屬構件以低阻抗通路連接起來，如果其中一個金屬構件是地平面，則這種搭接就是接地。良好的搭接是減少電磁干擾所必需的，因為良好的搭接可以減小設備電位差引起的干擾，同時使接地阻抗減小，這就減小了地電壓形成的環(huán)路干擾。此外，良好的搭接能使屏蔽、濾波等抑制干擾設計目的得以實現(xiàn)。搭接有直接搭接、間接搭接（有中間導體）和永久結構（焊接、熔接、鍛造、鉚接）等。

4 屏蔽技術

4.1 屏蔽的基本概念。屏蔽是利用導電或導磁材料制成的屏蔽體，將電磁能量限制在一定空間范圍內(nèi)的抑制輻射干擾的一種有效措施。屏蔽的有效性采用屏蔽效能（簡稱屏效）來進行度量，定義為屏蔽前后空間某點的場強之比。對于電路而言，屏效可用屏蔽前后電路某點上的功率、電流和電壓之比來定義。屏效的確定取決于電磁環(huán)境、安裝位置、電路形式、器件類型以及電磁兼容標準規(guī)范的限額值等因素。屏蔽是抑制輻射干擾最有效的手段，屏蔽的定量設計也是電磁兼容定量設計的一項重要內(nèi)容。

4.2 屏蔽原理。按屏蔽所起的作用分，有電屏蔽、磁屏蔽和電磁場屏蔽三種。電屏蔽的實質(zhì)是減少兩個設備（或兩個電路）間電場感應的影響，包括靜電屏蔽和對近場的高阻抗電場源的低頻電場的屏蔽兩部分。磁屏蔽包括兩部分：恒定磁場的屏蔽和對低阻抗磁場源的近區(qū)場即低頻時變磁場的屏蔽。磁屏蔽體一般選用鋼、鐵等高導磁率的鐵磁性材料，這種磁屏蔽體在空氣中可使大部分磁量從中流過，從而達到了減弱磁場的目的。電磁屏蔽是在輻射干擾的遠區(qū)場，同時屏蔽電場和磁場的一種措施。其目的是要阻止電磁場在空間傳播。電磁屏蔽就是選用良導體制成的屏蔽體，通過對電磁波的反射和吸收作用來達到衰減電磁能量，減少輻射干擾的目的。電磁屏蔽不但要求有良好的接地，而且要求屏蔽體具有良好的導電連續(xù)性。

4.3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(xiàn)屏蔽。

5 濾波技術

濾波器的作用是切斷干擾沿信號線或電源線傳播的路徑，與屏蔽共同構成完善的干擾防護，它能使需要的頻率分量順利通過，對不需要的頻率分量進行抑制。因此，它最重要的特性是插入損耗隨頻率的變化，即頻率特性。插入損耗定義為信號源不接濾波器直接加在負載上的電壓與信號源通過濾波器后加在負載上的電壓的比值。能無衰減地通過濾波器的頻率范圍稱為通帶，而受到很大衰減的頻率范圍稱為阻帶。抑制干擾的濾波器有反射式濾波器和吸收式濾波器。

反射式濾波器通常是由電感、電容等組件組成的低通濾波器，在濾波器阻帶內(nèi)能提供高的串聯(lián)阻抗和低的并聯(lián)阻抗，使它與干擾源的阻抗嚴重不匹配，從而把高頻分量反射回干擾源而被濾除。吸收式濾波器是由有耗器件構成的，在阻帶內(nèi)，有耗器件將電磁干擾的能量吸收后轉化為熱損耗，而起到濾波作用。

6 電子連接器的電磁兼容設計

電子連接器是一種光機電系統(tǒng)，其可提供可分離的界面用以連接兩個子系統(tǒng)，并且對于系統(tǒng)的運作不會產(chǎn)生不可接受的作用，亦即用以完成電路或電子器件等相互間電氣連接之器件。連接器的用途是作為電路間、組件間、系統(tǒng)間電氣、電子、光傳輸連接部件，使功率或信號電流穩(wěn)定可靠地流通，又便于組合及維修；是通訊、計算機、家用電器、工業(yè)自動化、汽車，、電站等電氣電子裝置所不可缺少的重要機電組件。電子連接器的零件基本組成為構成電氣回路及信號傳輸?shù)亩俗印⒍俗拥妮d體及電氣絕緣的塑膠、保護塑膠與端子及防電磁干擾的鐵殼等。

電子連接器為確保整個系統(tǒng)的正常運行，必須作可靠的電磁兼容設計，設計重點如下：屏蔽范圍力求完整，減少接縫或漏孔；金屬外殼接縫力求整面密合；接地與整機接觸外殼力求大面積接觸；接地盡量以面接觸，減少點接觸、線接觸；接地通路保持緊實接觸，接觸彈片要保證彈性；外殼構成材料需一致，鋼材屏蔽效能比銅材好，厚的材料屏蔽效果比薄的材料好；電鍍表面厚度均勻、致密，鋼材表面鍍錫可以提高屏蔽性能；焊接引腳愈短愈好。

7 小結

為保證電子系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作，需對系統(tǒng)進行可靠的接地設計及采取有效的屏蔽和濾波措施。