电磁兼容与高速电路设计6.ppt

某典型四层RF PCB地层短路连接 c）尽量考虑采用“统一地” 地连续，不分割 将PCB板分为数字区和模拟区 数字信号在数字区内布线 模拟信号在模拟区布线 数字信号返回电流不会流入模拟信号的地 6-2 屏蔽 电磁屏蔽是解决电磁兼容问题的重要手段之一。大部分电磁兼容问题都可以通过电磁屏蔽来解决。 用电磁屏蔽的方法来解决电磁干扰问题的最大好处是不会影响电路的正常工作，因此不需要对电路做任何修改。 屏蔽体的有效性用屏蔽效能来度量。屏蔽效能是没有屏蔽时空间某个位置的场强与有屏蔽时该位置的场强的比值，它表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度。如果屏蔽效能计算中使用的磁场，则称为磁场屏蔽效能，如果计算中用的是电场，则称为电场屏蔽效能。 电磁屏蔽示意图 屏蔽前的场强E1 屏蔽后的场强E2 对电磁波产生衰减的作用就是电磁屏蔽,电磁屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量: SE = 20 lg ( E1/ E2 ) dB 一、电磁屏蔽的分类 两种基本的辐射源 屏蔽是通过由金属制成的壳、盒、板等屏蔽体，将电磁波局限于某一区域内的一种方法。 工程中，实际的辐射干扰源大致分为两类：非闭合载流导线辐射源和闭合载流导线辐射源。 由于电偶极子和磁偶极子是上述两类源的最基本形式，实际的辐射源在空间某点产生的长，均可由若干个基本源的场叠加而成。 一、电磁屏蔽的分类（续） 远近场的划分 远近场的划分是根据两类基本源的场随1/r（场点至源点的距离）的变化而确定的，两类源在远近场的场特征及传播特性均有所不同。 远近场的划分满足以下原则： 近场： ——非平面波 远场： ——平面波 场源类型 近场衰减特性 远场衰减特性 电偶极子（非闭合载流导线） 随1/r3衰减 随1/r衰减 磁偶极子（闭合载流导线） 随1/r3衰减 随1/r衰减 一、电磁屏蔽的分类（续） 波阻抗 波阻抗 电场源 磁场源 平面波 E ? 1/ r H ? 1/ r 377 ?/ 2? 到观测点距离 r E/H ? 一、电磁屏蔽的分类（续） 近场时，电偶极子电场大于磁场，磁偶极子磁场大于电场 一、电磁屏蔽的分类（续） 针对不同的源采用不同的屏蔽机理 场源类型 近场 远场 电偶极子 （非闭合载流导线） 电屏蔽 电磁屏蔽 磁偶极子 （闭合载流导线） 磁屏蔽 电磁屏蔽 二、屏蔽机理 1）电屏蔽 如下图所示，屏蔽体内侧感应出等量的负电荷，外侧感应出等量的正电荷。从图 (b) 中可看出，仅用屏蔽体将电场源包围起来，实际上起不到屏蔽的作用，只有将屏蔽体接地（图c）时，才能将电力线封闭在屏蔽体内部，才能真正起到屏蔽的作用。 电屏蔽的实质是在保证良好接地的条件下，将干扰源发生的电力线终止于由良导体制成的屏蔽体，从而切断了干扰源与受感器之间的电力线。 2）磁屏蔽 因为磁力线一定是闭合的，所以磁屏蔽无法像电屏蔽一样将磁力线终止于屏蔽体，而只能利用屏蔽体对磁力线（磁场）进行分流，来切断干扰源与受感器。 旁路作用的计算： 用电路模型来等效磁路：画一个并联电路图，图中并联的两个电阻分别代表屏蔽材料的磁阻和屏蔽体中空气的磁阻，可以得到如下关系式： H1 = H0 RS / （RS + R0） 式中： H1 = 屏蔽体中心处的磁场强度， H0 = 屏蔽体外部的磁场强度， RS = 屏蔽体的磁阻， R0 = 空气的磁阻 根据屏蔽效能的定义： 屏蔽效能 = H0 / H1 =（RS + R0）/ RS = 1 + R0 / RS 磁阻的计算： R = S /（ ? A ） 式中： S = 屏蔽体中磁路的长度（m）， A = 屏蔽体中穿过磁力线的截面面积（ m2 ）， ? = ? 0 ? r （H/m）。 结论： 屏蔽体的磁阻越小，屏蔽效能越高。为了减小屏蔽体的磁阻，应该使屏蔽体尽量小，这样可以使磁路尽量短，从而达到减小磁阻的目的；增加磁路的截面积；使用导磁率尽量高的材料。 磁屏蔽体宜选用钢、铁、坡莫合金等高导磁率的铁磁性材料。 铁磁性材料存在一个饱和点。当场强超过饱和点时，磁导率迅速下降。一般磁导率越高的材料，越容易饱和。当要屏蔽的磁场很强时，存在一对矛盾，即为了获得较高的屏蔽性能，需要使用导磁率较高的材料，但这种材料容易饱和。如果用比较不容易饱和的材料，往往由于? 较低，屏蔽性能又达不到要求。这时可以 采用双层屏蔽可以解决这个问题。先用导 磁率较低，但不容易饱和的材料将磁场强 度衰减到较低的程度，然后用高导磁率材 料提供足够的屏蔽。 3）电磁屏蔽 屏蔽体在电磁场中的情况 电磁屏蔽的机理 电磁屏蔽是屏蔽辐射