3.2 电磁兼容的屏蔽设计

　　现今的电子产业界已愈来愈注意到SE/EMC（Shielding Effectiveness，SE，隔离室屏蔽效益）的需求，而随着更多电子组件的使用，电磁兼容性亦更受到关切。电磁屏蔽就是以金属隔离的原理来控制电磁干扰由一个区域向另一个区域感应和辐射传播电方法。通常包括两种：一种是静电屏蔽，主要用于防止静电场和恒定磁场的影响；另一种是电磁屏蔽，主要用于防止交变电场、交变磁场以及交变电磁场的影响。
　　EMI屏蔽可使产品简单且有效的符合EMC的规范，当频率在10MHz以下时电磁波大多为传导的形式，而较高频率的电磁波则多为辐射的形式。设计时可以采用单层实心屏蔽材料、多层实心屏蔽材料、双重屏蔽或者双重以上屏蔽等新型材料进行EMI屏蔽。对于低频的电磁干扰需要用厚的屏蔽层，最合适的是使用磁导率高的材料或磁性材料，如镍铜合金等，以获得最大的电磁吸收损耗，而对于高频电磁波可使用金属屏蔽材料。
　　在实际的EMI屏蔽中，电磁屏蔽效能很大程度上取决于机箱的物理结构，即导电的连续性。机箱上的接缝以及开口都是电磁波的泄漏源。而且，穿过机箱的电缆也是造成屏蔽效能下降到主要原因。机箱上开口的电磁泄漏与开口的形状、辐射源的特性和辐射源到开口处的距离相关。通过适当地设计开口尺寸和辐射源到开口的距离能够改善屏蔽效能。通常解决机箱缝隙电磁泄漏的方式是在缝隙处用电磁密封衬垫。电磁密封衬垫是一种导电的弹性材料，它能够保持缝隙处的导电连续性。常见的电磁密封衬垫有：导电橡胶（在橡胶中掺入导电颗粒，使这种复合材料既具有橡胶的弹性，又具有金属的导电性。）、双重导电橡胶（它不是在橡胶所有部分掺入导电颗粒，这样获得的好处是既最大限度地保持了橡胶的弹性，又保证了导电性）、金属编织网套（以橡胶为芯的金属编织网套）、螺旋管衬垫（用不锈钢、铍铜或镀锡铍铜卷成的螺旋管）等。另外，当对通风量要求比较高时，必须使用截至波导通风板，这种板相当于一个高通滤波器，对高于某一频率的电磁波不衰减通过，但对于低于这一频率的电磁波则进行很大的衰减，合理应用截至波导的这种特性可以很好的屏蔽EMI的干扰。

3.3 电磁兼容的合理PCB设计

　　随着系统设计复杂性和集成度的大规模提高，电子系统设计师们正在从事100MHZ以上的电路设计，总线的工作频率也已经达到或者超过50MHZ，有的甚至超过100MHZ。当系统工作在50MHz时，将产生传输线效应和信号的完整性问题；而当系统时钟达到120MHz时，除非使用高速电路设计知识，否则基于传统方法设计的PCB将无法工作。因此，高速电路设计技术已经成为电子系统设计师必须采取的设计手段。只有通过使用高速电路设计师的设计技术，才能实现设计过程的可控性。

　　通常认为如果数字逻辑电路的频率达到或者超过45MHZ~50MHZ，而且工作在这个频率之上的电路已经占到了整个电子系统一定的份量（比如说１／３），就称为高速电路。实际上，信号边沿的谐波频率比信号本身的频率高，是信号快速变化的上升沿与下降沿（或称信号的跳变）引发了信号传输的非预期结果。要实现符合EMC标准的高频PCB设计，通常需要采用以下技术：包括旁路与去耦、接地控制、传输线控制、走线终端匹配等。
　　（1）旁路与去耦
　　去耦是指去除在器件切换时从高频器件进入到配电网络中的RF能量，而旁路则是从元件或电缆中转移不想要的共模RF能量。
        所有的电容器都是由LCR电路组成，其中L是电感，它与导线长度有关，R是导线中的电阻，C是指电容。在某一频率上，该LC串联组合将产生谐振。在谐振状态下，LCR电路将有非常小的阻抗和有效的RF旁路。当频率高于电容的自谐振时，电容器渐变为感性阻抗，同时旁路或去藕效果下降。因此，电容器实现旁路与去耦的效果受引线长度，以及电容器与器件间的走线、介质填料等的影响。理想的去耦电容器还可以提供逻辑装置状态切换时所需的所有电流，实际上是电源和接地层间的阻抗决定电容器能够提供的电流的多少。

        当选择旁路和去耦电容时，可通过逻辑系列和所使用的时钟速度来计算所需电容器的自谐振频率，根据频率以及电路中的容抗来选择电容值。在选择封装尺度是尽量选择更低引线电感的电容，这通常表现为SMT（Surface Mount Technology）电容器，而不选择通孔式电容器（如DIP封装的电容器）。另外在产品设计中，也常常采用并联去耦电容来提供更大的工作频带，减少接地不平衡。在并联电容系统中，当高于自谐振频率时，大电容表现感性阻抗并随频率增大而增加；而小电容则表现为容性阻抗并随频率增加而减少，而且此时整个电容电路的阻抗比单独一个电容时的阻抗要小。

　　（2）接地系统
　　大多数电子产品都要求接地。接地是使噪声干扰最小化并对电路进行划分的一个重要方法。接地主要表现在为模拟与数字电路之间提供参考连接以及在PCB的地层和金属外壳之间提供高频连接。

　　PCB经常包含着危险电压。它包括在电源组件、通信电路、延迟驱动仪表控制、功率交换模块以及类似的器件中。要使产品符合安全规则，并符合电磁兼容性，必须去掉这些危险电压，通常的策略就是采用地线或地平面系统。地线（或地平面）实质是信号回流源的低阻抗路径。由于地线的这种作用，使得地线中可能会有很大的电流存在。因为地线的阻抗不会是零，因而这种电流会产生电位差。当地线中有电位差存在时，对系统的影响就很明显了：地电位差能够造成电路的误动作，使系统工作不正常。