技术资讯 | EMC 外壳设计要点

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本文要点
什么是 emc 外壳？
选择 EMC 外壳材料时需要考量的事项。
EMC 外壳设计要点。




如果设备具有电磁兼容标志，则表明它带来的电磁干扰符合 EMC 标准规定。符合 EMC 标准的设备可在电磁环境中安全运行，并且不会对附近设备的运行产生干扰。为了达到必需的电磁兼容性水平，以便在电磁污染环境中正常运行，EMI 滤波器或设备屏蔽通常会被使用。在本文中，我们将探讨什么是 EMC 外壳，并将提供 EMC 外壳设计中需要考量的一些要点。



EMC 外壳基础知识

电磁波由电场和磁场组成。电场和磁场的场强决定了电磁波的阻抗。电场由高阻抗电压源电路产生，磁场由低阻抗电流源电路产生。要实现电磁兼容，必须减弱电磁场的强度。


EMC 外壳设计可降低干扰强度


EMI 屏蔽
为了降低干扰强度，会使用 EMI 屏蔽。EMI 屏蔽是一种 EMC 外壳，用在发射器和感受器之间，以减弱电磁场强度。可以将它们视为 EMI 源和敏感设备之间的一道隔断，通过电磁场衰减来减轻辐射干扰的影响。


屏蔽效能
衡量 EMI 屏蔽是否能很好地减弱电磁场的品质因数为屏蔽效能。屏蔽效能的数学定义是放置 EMI 屏蔽之前和之后的电磁场强度比率，用分贝 (dB) 表示。


电磁场衰减
使用 EMI 屏蔽后，电磁场强度衰减（损耗）取决于屏蔽材料的厚度、磁导率、电导率、干扰频率等材料特性以及 EMI 源和屏蔽之间的距离。EMI 屏蔽通过吸收、反射和再反射来实现电磁场衰减。
吸收损耗取决于屏蔽厚度和屏蔽材料的吸收系数。反射损耗受电磁波阻抗的影响，与 EMI 屏蔽的固有阻抗成反比。反射发生在空气到金属屏蔽的边界处。再反射损耗很大程度上取决于吸收损耗。再反射发生在金属屏蔽到空气的边界处。



EMC 外壳设计

在任何电气或电子系统设计中，EMC 设计都是一个重要参数。如果能够适当过滤设备干扰并且实现完美接地，那么 EMC 外壳设计的重要性会降低。但考虑到 EMI 的不可预测性，最好还是在设计中加入 EMI 屏蔽或 EMC 外壳。


选择 EMI 屏蔽材料
EMI 屏蔽材料的选择至关重要，因为材料的物理特性和电气特性将影响屏蔽效能。目前可供选择的外壳材料有金属和非金属。非金属材料用于 EMI 屏蔽时，通常需要经过金属化工艺处理。非金属材料金属化技术包括化学镀、真空沉积、导电喷漆、电弧喷涂等。

任何 EMC 外壳设计都会涉及到一些用于布线的开口、通风或是连接上下游器件的介面。这些开口或孔为电磁耦合提供了通路，因此最好避免 EMI 屏蔽表面出现不连续性。如果外壳上必须存在孔或接缝，那么必须仔细确定这些孔或接缝的尺寸，因为电磁耦合效率取决于孔径大小和电磁波的波长 (??)。一般规则为，微波系列产品的开口不得大于 ??/50，商用产品的开口不得大于 ??/20。除开口尺寸外，设计 EMC 外壳时，还需要遵循另外一些准则：

尽量减少不连续性。
外壳接缝处和不连续处需充分粘合。
使用相似的金属进行粘合，以避免电化学腐蚀。
若为非永久粘合，应确保采用压力足够大的紧固方法，保证粘合处严丝合缝。
表面不平坦时，使用 EMI 屏蔽垫片。
垫片的厚度为能提供所需强度的最小厚度。
确保外壳的接触面清洁、无油污、无灰尘、无锈迹、无湿气。
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在 EMC 外壳设计中，要提高屏蔽效能，需要考虑许多细枝末节。如果在材料选择、孔径尺寸或垫片尺寸方面疏忽大意，可能会导致电磁耦合的发生，失去电磁屏蔽作用。Cadence 的设计和分析工具套件可以帮助用户设计和验证 EMI 屏蔽和外壳。



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原文由Cadence楷登PCB及封装资源中心整理撰写。
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