電磁屏蔽設(shè)計(jì)實(shí)踐

1、電磁屏蔽設(shè)計(jì)實(shí)踐頻譜利用及潛在的干擾圖14給出了日常生活中常用的頻率范圍，包括交流電源頻率、音頻、長、中、短波收音機(jī)占有的頻段、調(diào)頻及電視廣播、蜂窩電話常用的900MHz及1.8GHz。但實(shí)際的頻譜遠(yuǎn)比這擁擠得多，9KHz以上的頻段幾乎都被用于特定的場(chǎng)合。隨著微波技術(shù)廣泛應(yīng)用于日常生活，該圖中所示的頻率也很快將擴(kuò)展至10GHz（甚至100GHz）。圖15在圖14上覆蓋了一些大家不太熟悉的頻譜，這些頻譜是普通電氣及電子設(shè)備所發(fā)射的。此主題相關(guān)圖片如下：圖14 日常生活中使用的頻率此主題相關(guān)圖片如下：圖15 疊加我們產(chǎn)生的干擾后的頻譜 交流電源整流器件在基頻至相當(dāng)高的

2、諧波頻率范圍內(nèi)均可發(fā)射開關(guān)噪聲，具體情況取決于這些器件的功率。5千伏安左右的電源（線性或開關(guān)模式）由于其50或60Hz橋式整流所產(chǎn)生的開關(guān)噪聲，通常在數(shù)MHz頻率以下不能滿足傳導(dǎo)發(fā)射的限制要求?？煽毓柚绷麟姍C(jī)驅(qū)動(dòng)裝置及交流移相控制系統(tǒng)所產(chǎn)生的噪聲也大致如此。這些噪聲極易干擾中長波和部分短波廣播。開關(guān)電源的工作基頻一般在2kHz至500kHz之間。開關(guān)電源在其工作頻率1000倍的頻率處仍具有很強(qiáng)的發(fā)射是常見的。圖15給出了個(gè)人計(jì)算機(jī)中常用的頻率為70kHz的開關(guān)電源的發(fā)射頻譜。這將干擾包括調(diào)頻廣播在內(nèi)的廣播通信。圖15中還給出了由16MHz時(shí)鐘微處理器或微控制器產(chǎn)生的典型發(fā)射頻譜。這些器件的發(fā)射

3、通常會(huì)在200MHz甚至更高的頻率超過發(fā)射極限值。目前，由于個(gè)人計(jì)算機(jī)采用400MHz甚至1GHz以上的時(shí)鐘頻率，因此數(shù)字技術(shù)必然會(huì)對(duì)高端頻譜產(chǎn)生干擾。之所以會(huì)發(fā)生以上各種現(xiàn)象，是因?yàn)樗袑?dǎo)體都是天線。它們把傳輸?shù)碾娔苻D(zhuǎn)變成電磁場(chǎng)，然后泄漏到廣闊的環(huán)境中。同時(shí)，它們也能把其周圍的電磁場(chǎng)轉(zhuǎn)變成傳導(dǎo)電信號(hào)。這是放之四海而皆準(zhǔn)的真理。因此，導(dǎo)體是信號(hào)產(chǎn)生輻射發(fā)射的主要原因，也是外來場(chǎng)使信號(hào)受到污染的原因（敏感度和抗擾度）。2.2 導(dǎo)體的泄漏與天線效應(yīng)電場(chǎng)（E）由導(dǎo)體上的電壓產(chǎn)生，磁場(chǎng)（M）由環(huán)路中流動(dòng)的電流產(chǎn)生。導(dǎo)體上的各種電信號(hào)均可產(chǎn)生磁場(chǎng)和電場(chǎng)，因此，所有導(dǎo)體都可將其上的電信號(hào)泄漏至外

4、部環(huán)境中，同時(shí)也將外部場(chǎng)導(dǎo)入信號(hào)中。在遠(yuǎn)大于所關(guān)心頻率的波長（）的1/6處，電場(chǎng)和磁場(chǎng)匯合成包含電場(chǎng)和磁場(chǎng)的完整電磁場(chǎng)（平面波）。例如：對(duì)于30MHz，平面波的轉(zhuǎn)折點(diǎn)在1.5m；對(duì)于300MHz，平面波的轉(zhuǎn)折點(diǎn)在150m；對(duì)于900MHz，平面波的轉(zhuǎn)折點(diǎn)在50m。因此隨著頻率的增加，僅僅把導(dǎo)體視為電場(chǎng)或磁場(chǎng)的發(fā)射和接收器是不夠的，如圖16示。 此主題相關(guān)圖片如下：圖16 電場(chǎng)和磁場(chǎng)隨著距離增加變?yōu)殡姶艌?chǎng) 隨頻率增加的另一個(gè)效應(yīng)是：當(dāng)波長（）與導(dǎo)體的長度比擬時(shí)，會(huì)發(fā)生諧振。這時(shí)信號(hào)信號(hào)幾乎可以100%轉(zhuǎn)換成電磁場(chǎng)（或反之）。例如，標(biāo)準(zhǔn)的振子天線僅是一段導(dǎo)線，但當(dāng)其長

5、度為信號(hào)波長的1/4時(shí)，便是一個(gè)將信號(hào)轉(zhuǎn)變成場(chǎng)的極好的轉(zhuǎn)換器。雖然這是一個(gè)很簡(jiǎn)單的事實(shí)，但對(duì)于使用電纜及連接器的技術(shù)人員而言，認(rèn)識(shí)到所有的導(dǎo)體都是諧振天線這一點(diǎn)很重要。 顯然，我們希望它們都是效率很低的天線。如果假定導(dǎo)體是一個(gè)振子天線（很適合我們的目的），我們就可以利用圖17來幫助我們分析。 此主題相關(guān)圖片如下：圖17 電纜長度與天線效率 圖17的縱軸表示導(dǎo)體長度（單位：米），為了便于觀察，將圖15的頻譜復(fù)制出來。最右邊的斜線給出了導(dǎo)體成為理想天線時(shí)導(dǎo)體的長度與頻率的關(guān)系。很明顯，在常用的頻段內(nèi)，即使很短的導(dǎo)體也能產(chǎn)生發(fā)射和抗擾度問題?？梢钥吹?，在100

6、MHz處，1米長的導(dǎo)體就是很有效的天線，在1GHz處，100mm的導(dǎo)體就成為很好的天線。這個(gè)簡(jiǎn)單的事實(shí)就是使EMC被稱為“黑色藝術(shù)”的主要原因。前幾年， 日常生活中廣泛使用的頻率都較低，典型的電纜不能成為很有效的天線，這就是為什么電氣配線“慣例”趨于過時(shí)的原因。圖17中，中間的斜線表示雖然導(dǎo)體沒有成為高效的天線，但仍有可能引起問題的導(dǎo)體長度。左邊的斜線表示導(dǎo)體的長度極短，其天線效應(yīng)可忽略的情況（特別嚴(yán)格的產(chǎn)品除外）。有人說：“沒問題，我已經(jīng)接地了”，你聽這話多少次了？在EMC業(yè)界人士中，射頻是色盲是經(jīng)常的笑話。因此不能將傳輸射頻信號(hào)的黃/綠色導(dǎo)線（美國標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定安全地線為黃/綠色）想

7、象成很好的地，并且，所有用于接地的導(dǎo)體也都是天線。2.3 所有電纜受其固有電阻、電容、電感影響暫時(shí)不考慮場(chǎng)和天線的作用，先看下面幾個(gè)簡(jiǎn)單的例子。這些例子可以說明：在常用的頻率范圍內(nèi)，與理想狀態(tài)微小的偏差也會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)體上所傳輸?shù)男盘?hào)出現(xiàn)問題。*直徑1mm的導(dǎo)線，在160MHz時(shí)，其電阻是直流狀態(tài)時(shí)的50倍還要多，這是趨膚效應(yīng)的結(jié)果，迫使67%的電流在該頻率處流動(dòng)于導(dǎo)體最外層5微米厚度范圍內(nèi)。*長度為25 mm，直徑為1 mm的導(dǎo)線具有大約1pF左右的寄生電容。這聽起來似乎微不足道，但在176MHz時(shí)呈現(xiàn)大約1k的負(fù)載作用。若這根25 mm長的導(dǎo)線在自由空間中

8、，由理想的峰-峰電壓為5V、頻率為16MHz的方波信號(hào)驅(qū)動(dòng)，則在16MHz的十一次諧波處，僅驅(qū)動(dòng)這根導(dǎo)線就要0.45mA的電流。*連接器中的引腳長度大約為10mm，直徑為1 mm，這根導(dǎo)體具有大約10nH左右的自感。這聽起來也是微不足道的，但當(dāng)通過它向母板總線傳輸16MHz的方波信號(hào)時(shí)，若驅(qū)動(dòng)電流為40mA，則連接器針上的電壓跌落大約在40mV左右，足以引起嚴(yán)重的信號(hào)完整性和/或EMC方面的問題。*1米長的導(dǎo)線具有大約1H左右的電感，當(dāng)把它用于建筑物的接地網(wǎng)絡(luò)時(shí)，便會(huì)阻礙浪涌保護(hù)裝置的正常工作。*濾波器的100 mm長的地線的自感可達(dá)100nH，當(dāng)頻率超過5MHz時(shí)，會(huì)導(dǎo)致

9、濾波器失效。*4米長的屏蔽電纜，如果其屏蔽層以長度為25mm“小辮”方式端接，則在30MHz以上的頻率就會(huì)使電纜屏蔽層失去作用。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：對(duì)于直徑2 mm以下的導(dǎo)線，其寄生電容和電感分別是：1pF / 英寸和1 nH/毫米（對(duì)不起沒有統(tǒng)一單位，但這更容易記憶）。其簡(jiǎn)單的算術(shù)關(guān)系式如下： 此主題相關(guān)圖片如下：2.4 避免使用導(dǎo)體 以上的種種分析表明：隨著頻率升高，電纜的問題越來越多。用它來完整地傳輸信號(hào)和防止它產(chǎn)生泄漏越來越困難。即使對(duì)諸如音頻之類的低頻信號(hào)，電纜也開始呈現(xiàn)越來越多的問題。由于所有的半導(dǎo)體器件在直到數(shù)百M(fèi)Hz的

10、頻段（即使象LM324之類的低速運(yùn)放）內(nèi)都具有晶體檢波器的特性，所以電纜天線效應(yīng)會(huì)使音頻信號(hào)不知不覺地受到污染。因此，從以最經(jīng)濟(jì)的手段滿足EMC要求的角度來說，最好徹底避免金屬電纜和連接器?？梢允褂梅墙饘賹?dǎo)線進(jìn)行通信，目前已經(jīng)有許多類似的產(chǎn)品出現(xiàn)，包括：*光纖（更適宜非金屬導(dǎo)線場(chǎng)合）*無線通信（例如：Bluetooth；局域網(wǎng)）*紅外（例如：IrDA）*自由空間微波和激光通信（例如：兩建筑物之間）2.4.1 非導(dǎo)體產(chǎn)品的成本/效益分析許多設(shè)計(jì)人員認(rèn)為：只有采用傳統(tǒng)的電纜和導(dǎo)線才能壓縮成本。但當(dāng)考慮到一個(gè)完整項(xiàng)目的成本、產(chǎn)品或系統(tǒng)的可靠性和電磁兼容性、安裝等諸多因素時(shí)，經(jīng)?？梢园l(fā)現(xiàn)，光

11、纖或無線通信的總成本較低。當(dāng)然，這時(shí)一切都晚了。對(duì)于信號(hào)電纜及連接器而言，除了最簡(jiǎn)單的電子產(chǎn)品以外，原材料價(jià)格與銷售價(jià)格沒有什么必然的聯(lián)系。對(duì)信號(hào)完整性、EMC兼容性、過充電的危險(xiǎn)、高返修率的風(fēng)險(xiǎn)、質(zhì)量投訴、產(chǎn)品滯銷等方面進(jìn)行正確的成本/效益分析是十分必要的。設(shè)計(jì)工程師們不愿考慮他們?cè)O(shè)計(jì)出的產(chǎn)品所具有的商業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，但他們是唯一決定產(chǎn)品是否具有競(jìng)爭(zhēng)力的人（通常需求是由市場(chǎng)人員提出）。但是，如果電子工程師們一味地只考慮產(chǎn)品的功能參數(shù)和原材料價(jià)格，那么，他們公司將失去競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還會(huì)承受不可預(yù)測(cè)的商業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。EMC設(shè)計(jì)技術(shù) （二）2.5 電纜隔離和布局電纜安裝規(guī)則不是本書所討論范圍

12、，但產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員需要了解這些規(guī)則，以設(shè)計(jì)產(chǎn)品的外部連接。下面簡(jiǎn)單概述一下標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-5-2：1997和其它一些標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于信息設(shè)備和遠(yuǎn)程通信設(shè)備安裝方面的建議。A. 所有建筑物要按照BS6651 附錄 C的規(guī)定或等價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)安裝雷電保護(hù)系統(tǒng)，至少將其內(nèi)部搭接網(wǎng)絡(luò)與大地連接起來。在建筑物中，所有鋼材、金屬件、電纜輸送管、導(dǎo)管、設(shè)備機(jī)殼、接地導(dǎo)體應(yīng)交叉搭接，形成三維搭接網(wǎng)絡(luò)，搭接網(wǎng)格尺寸不得大于4米。B. 將電源電纜和信號(hào)電纜從最敏感到噪聲最強(qiáng)至少分成“四級(jí)”。C. 設(shè)備單元之間的電纜在單一路徑上分布（因此要求設(shè)備具有單一的連接面板），但在不

13、同電纜之間應(yīng)至少保留最低間隙。D. 只要沒有設(shè)備廠家的明文禁止，都應(yīng)該將電纜屏蔽層兩端3600端接至設(shè)備屏蔽殼上。E. 將所有電纜貼近構(gòu)成地線網(wǎng)格的導(dǎo)體或金屬件分布，防止過多的屏蔽層電流。F. 當(dāng)沒有建筑網(wǎng)格地時(shí)，可采用電纜托架、電纜輸送管、導(dǎo)管等來代替，要是這些都沒有，可采取較粗的接地導(dǎo)體，用它構(gòu)成平行地導(dǎo)體（PEC）。PEC必須兩端搭接到設(shè)備機(jī)殼地，同時(shí)信號(hào)電纜要沿著它布置。隔離的需求、PEC、屏蔽層兩端搭接都會(huì)影響互聯(lián)電纜面板布局的設(shè)計(jì)、連接器種類選擇、搭接重型PEC方法等因素。圖18給出了用屏蔽電纜和非屏蔽電纜將屏蔽殼體連接起來的技術(shù)。此主題相關(guān)圖片如下：

14、圖18 安裝屏蔽機(jī)箱時(shí)的正確方法 對(duì)于設(shè)備之間較短的連接（比如微機(jī)主機(jī)與顯示器、打印機(jī)和調(diào)制解調(diào)器之間的連接），假如所有的互聯(lián)設(shè)備均由同一電源線供電，并且所有連至建筑物其它部分的長電纜（比如網(wǎng)絡(luò)電纜）全部被電隔離（例如以太網(wǎng)），則僅上面D項(xiàng)的要求（屏蔽電纜屏蔽層兩端與屏蔽機(jī)箱3600端接）是必須的。對(duì)家庭高保真音響及家庭影院系統(tǒng)來說，這些屏蔽搭接技術(shù)也是不可缺少的。然而，A項(xiàng)也經(jīng)常方便地用來保護(hù)這些設(shè)備免受雷電帶來的損害。 2.6 選擇最優(yōu)電纜翻開信號(hào)電纜生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品目錄，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，即使用于同一目的，可供選擇的電纜種類也各式各樣。這就給人們一個(gè)提示：

15、所有的電纜均有其不足之處。要想為具體應(yīng)用場(chǎng)合選擇最好的電纜是相當(dāng)困難的，同時(shí)也可能相當(dāng)昂貴、相當(dāng)笨重、相當(dāng)硬的，同時(shí)只能專門訂貨，訂貨周期為26周，最小訂量為每卷5千米。2.6.1 傳輸線傳輸線技術(shù)可以防止電纜成為諧振天線。當(dāng)信號(hào)電流環(huán)路的發(fā)送和回流導(dǎo)線靠得很近時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的耦合，其互電容和互電感的組合構(gòu)成了特性阻抗： 此主題相關(guān)圖片如下： 式中：L和C分別表示每單位長度（所關(guān)心的最高頻率處的波長的分?jǐn)?shù)）的電感和電容。對(duì)電纜和連接器來說，Z0可以計(jì)算出來，（對(duì)PCB走線也能算出，見本書第5章）當(dāng)Z0在互聯(lián)電纜的全長上都保持恒定，且驅(qū)動(dòng)和/或輸出阻抗（源端和負(fù)載

16、端）與Z0匹配時(shí)，就形成了受控阻抗的傳輸線，這種傳輸線不會(huì)發(fā)生諧振。導(dǎo)線的固有電感與電容也不會(huì)帶來太多問題。這就是為什么射頻和所有測(cè)試設(shè)備均用50傳輸線電纜及連接器的原因，同時(shí)也是高速和/或遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)總線和串行通信線路也采用傳輸線的原因（通常阻抗在50120之間）。世界上沒有十全十美的事情，即使電纜不諧振，并且是最好的傳輸線，輕微的泄漏依然是存在的。另外，在鋪設(shè)電纜過程中，由于彎折、形變、捆扎、擠壓、反復(fù)屈伸、損壞或與不適當(dāng)?shù)倪B接器配合使用，會(huì)引起阻抗Z0的變化，從而進(jìn)一步使傳輸線性能降低（使泄漏增加）。不幸的是：在目前的高頻范圍內(nèi)，制造優(yōu)質(zhì)的傳輸線電纜互連線的成本是相當(dāng)高的。例如，微波測(cè)試設(shè)備

17、使用的柔韌電纜，價(jià)格高達(dá)每米數(shù)百英鎊。這就是GHz以太網(wǎng)采用非屏蔽雙絞線的原因。這必須采用復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理算法以減小數(shù)據(jù)傳輸率并進(jìn)行隨機(jī)擴(kuò)展，且這需要四對(duì)線。因此，盡管傳輸線的性能非常好，它并不是解決電纜高頻問題的萬能手段。  2.6.2 設(shè)備內(nèi)部和外部連線的EMC考慮 在設(shè)備內(nèi)部，如果其屏蔽體及外部電纜的屏蔽和濾波都很好的話，幾乎任何一種類型的導(dǎo)線和電纜都可使用，盡管信號(hào)的完整性將受到一定程度的損壞。這里的問題就是對(duì)于高性能數(shù)字或模擬電子設(shè)備，對(duì)其進(jìn)行屏蔽和濾波的成本將是很高的，而使用昂貴的內(nèi)部電纜反而要經(jīng)濟(jì)得多。最經(jīng)濟(jì)的方法是盡量避免在設(shè)備內(nèi)使用互聯(lián)電纜，使

18、所有非光纖信號(hào)通過互插在一起的PCB走線傳輸（最好是單塊PCB，即使通過柔性線路板連接也不是很理想）。為了達(dá)到這個(gè)目的，PCB需按照第5章介紹的方法來進(jìn)行設(shè)計(jì)，使PCB的一面專門作為一個(gè)地線面。這一般都能減少屏蔽和濾波帶來的額外的成本，最大程度地降低產(chǎn)品成本，同時(shí)還因?yàn)檫@樣做能保持信號(hào)的完整性，所以還能夠減少反復(fù)開發(fā)試驗(yàn)的次數(shù)。在設(shè)備外部，不管是數(shù)字產(chǎn)品還是模擬產(chǎn)品，包含單線信號(hào)的非屏蔽電纜問題很大。對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波也不能使發(fā)射減少很多，因?yàn)閱尉€驅(qū)動(dòng)會(huì)在信號(hào)自身頻率處產(chǎn)生大量的共模電流，從而使產(chǎn)品不能通過傳導(dǎo)或輻射發(fā)射的測(cè)試，具體情況取決于信號(hào)頻率。不論何種濾波措施，都將或多或少地影響信號(hào)，

19、這是其不利的一面。對(duì)低頻模擬信號(hào)而言，采取濾波技術(shù)是很有效的，但在精度高于±0.05%（12位）時(shí)，濾波的成本及其電路板的面積將迅速增加。當(dāng)然，濾波器不能去除帶內(nèi)干擾（比如電源線的交流聲），但設(shè)計(jì)很好的平衡通信系統(tǒng)很容易能將其削除。 2.6.3 雙饋送導(dǎo)線當(dāng)不使用傳輸線時(shí)，總可以用雙導(dǎo)線。在與發(fā)送路徑盡可能近的地方為回流電流提供一個(gè)專門的饋送通路(不經(jīng)過任何地或屏蔽層)。即使用單線傳輸信號(hào)時(shí)，將所有回饋導(dǎo)線均接至一公共參考電位，也能起到一定的作用。由于磁通補(bǔ)償效應(yīng)，回流電流在最接近發(fā)送導(dǎo)線路徑中流動(dòng)，而不會(huì)選擇其它電流路徑。利用此現(xiàn)象，可以使電纜中場(chǎng)模式恒定，同時(shí)

20、也能減小電場(chǎng)和磁場(chǎng)的泄漏。圖19給出了基本原理，這在實(shí)踐中有廣泛的應(yīng)用。 此主題相關(guān)圖片如下：圖19 導(dǎo)體的布置 圖19表示的是一對(duì)電源線，其中一條線上裝有開關(guān)，但同樣的原理也適合于信號(hào)線。在最高頻率處，要使電路仍能很好的工作，整個(gè)電流回路上的發(fā)送和返回導(dǎo)線的間距是至關(guān)重要的，決不要死套EMC原則。含有大量單線傳輸（即，以0V為參考點(diǎn)）信號(hào)的扁平電纜對(duì)EMC和信號(hào)完整性來說是很不理想的。但對(duì)其屏蔽會(huì)導(dǎo)致僵硬、體積增大。建議在高檔的電纜組件中應(yīng)避免這種電纜。在扁平電纜中采用雙饋送導(dǎo)線技術(shù)可以顯著地改善其EMC特性，按下面順序來布置導(dǎo)線是最好的：回流線，信號(hào)線，回流線

21、，信號(hào)線，回流線，.經(jīng)常建議采用但效果稍差的另一種辦法是：回流線，信號(hào)線，信號(hào)線，回流線，信號(hào)線，信號(hào)線，回流線，.在源端的扁平電纜上裝上扁平鐵氧體磁環(huán)（共模扼流圈）通?？梢燥@著改善其性能，因?yàn)?，在高頻時(shí)，導(dǎo)線對(duì)就如同由一個(gè)平衡的源驅(qū)動(dòng)一般。當(dāng)然如能使用適當(dāng)?shù)钠胶怛?qū)動(dòng)/接收電路就更好了。雙絞線對(duì)比平行導(dǎo)線對(duì)要好得多。還可以使用扭絞三芯線，扭絞四芯線等，使所有的信號(hào)發(fā)送和返回路徑靠近。在電源電纜中，極力推薦使用絞線：在一條電纜中，將所有的相線和零線組合并扭絞起來（單相有兩根，三相有三根，三相加零線則有四根），這樣能大大減小電源線磁場(chǎng)的發(fā)射。由電源線產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)分布在建筑物的整體面積中，這會(huì)對(duì)基于

22、CRT原理的VDU監(jiān)視器造成影響。使用平衡電路和共模扼流圈的雙絞線對(duì)高達(dá)數(shù)十MHz的信號(hào)都是有效的的信號(hào)都是有效的，實(shí)際效果取決于電路的“平衡狀態(tài)”、電纜和連接器。任何電路的不平衡性會(huì)使有用的信號(hào)轉(zhuǎn)變成無用的共模電流，并以場(chǎng)的形式泄漏掉。僅僅幾微安的共模電流就足以使發(fā)射試驗(yàn)失敗。扭絞緊密且相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)的絞線對(duì)可使電纜在更高頻率時(shí)具有較好的效果。有許多種類的雙絞線可供選用，有的作為傳輸線用（明確規(guī)定特性阻抗Z0）。但雙絞線技術(shù)不適于群端接。所謂的“麻花扁平”電纜由多組雙絞線在一起構(gòu)成一根帶狀電纜，但使用群端接連接器時(shí)，會(huì)有大約100mm左右長的平行導(dǎo)體，這會(huì)使EMC性能受到影響。 2.6.

23、4充分發(fā)揮屏蔽電纜的作用：關(guān)于屏蔽層電纜屏蔽必須對(duì)整條電纜在360°范圍內(nèi)覆蓋。目前，要以較低的成本使電纜屏蔽具有較高的效果越來越困難，除非信號(hào)線的干擾很小或不敏感。用電纜的屏蔽層作為信號(hào)回流路徑不再是最好的應(yīng)用方法。同軸電纜的問題是它的屏蔽層既傳輸信號(hào)的回流，又傳輸外部干擾電流。雖然應(yīng)用趨膚原理可使電流處于屏蔽層的不同表面，但僅對(duì)于實(shí)心銅屏蔽層這是有效的，柔性編織屏蔽層并不能很好地分離電流，結(jié)果回流電流會(huì)發(fā)生泄漏，同時(shí)干擾電流也滲入進(jìn)來。你是否會(huì)有這樣的想法：所有的射頻測(cè)試設(shè)備均采用柔韌的同軸電纜，因此它們肯定是沒有問題的。但下次你再進(jìn)電磁兼容試驗(yàn)室時(shí)可以仔細(xì)觀察一下這些電纜，你會(huì)

24、發(fā)現(xiàn)：用于高頻的電纜很粗、很硬，而且也很昂貴，原因之一是它們至少有兩層以上的屏蔽層。它們還使用昂貴的的螺裝連接器（比如N型頭），且總是用來匹配50的傳輸線。應(yīng)該謹(jǐn)慎地對(duì)它們進(jìn)行處理，如果你處理不當(dāng)，你將遇到麻煩。當(dāng)頻率比EMC試驗(yàn)室的平均頻率更高時(shí)，必須采用與汽車剎車管一樣硬的半剛性或剛性同軸電纜?？梢詢煞N辦法來度量屏蔽電纜的屏蔽 效能，一種是屏蔽效能（SE），另一種是轉(zhuǎn)移阻抗（ZT）。SE是眾所周知的。ZT當(dāng)在屏蔽電纜上注入射頻電流時(shí)，中心導(dǎo)體上的電壓與這個(gè)電流的比值。對(duì)于給定頻率，只有較低ZT，才會(huì)導(dǎo)致較高的SE。理想的情況是，在整個(gè)頻率段上ZT的值為幾個(gè)m(。以下是幾種典型類型

25、的屏蔽電纜的屏蔽效能的粗略總結(jié)，但須記住：在每一種類的電纜中，會(huì)有許多不同之處，性能也會(huì)相差很多。* 屏蔽層為螺旋纏繞箔帶的電纜在所有頻率都不理想，當(dāng)頻率超過1MHz時(shí)，其性能逐漸變壞。* 箔帶軸向包裹的屏蔽層比螺旋纏繞箔帶要好得多。* 編織網(wǎng)屏蔽層在整個(gè)頻率范圍內(nèi)都比箔帶要好得多，但當(dāng)頻率超過10MHz時(shí)，其性能逐漸變差。* 在箔帶上覆蓋一層編織網(wǎng)、雙層編織網(wǎng)或三層編織網(wǎng)均比單層編織網(wǎng)好得多，但均在大于100MHz時(shí)逐漸變差。* 兩層或更多層相互隔離開的屏蔽層更好一些，但僅限于大約10MHz以下，在較高頻率，屏蔽層之間的諧振將降低其屏蔽效能，

26、因此在某些頻率它可能比單層屏蔽更差。* 實(shí)心銅屏蔽層（比如，半剛性屏蔽層，剛性屏蔽層）比編織網(wǎng)類好得多，其屏蔽效能在高頻時(shí)不斷增加，這不象編織網(wǎng)或箔帶，超過某一頻率后開始下降。圓形金屬導(dǎo)管可用來增強(qiáng)極高頻率處的屏蔽特性。* “超級(jí)屏蔽”電纜采用編織網(wǎng)屏蔽層與(金屬或類似的高導(dǎo)磁率材料包裹層組合起來。其性能與實(shí)心銅屏蔽層一樣好，甚至更好，而同時(shí)還有一定的柔韌性。但其價(jià)格昂貴，僅適合于性能比價(jià)格更重要的場(chǎng)合（比如航空、軍事）。* 我只知道一家供應(yīng)帶有鐵氧體的屏蔽電纜的生產(chǎn)商（歐洲），該電纜可以改善高頻性能，且具有良好的柔韌性，同時(shí)其價(jià)格也沒有“超級(jí)屏蔽”電纜高。為了降

27、低屏蔽電纜的成本，同時(shí)又要保證產(chǎn)品具有良好的電磁兼容特性，我們需對(duì)每一個(gè)信號(hào)和其回流采用雙饋送導(dǎo)線方法，最好使用雙絞線，如上面對(duì)非屏蔽電纜所討論的結(jié)果，采用平衡驅(qū)動(dòng)/接收也是很有效的。 2.6.5充分發(fā)揮屏蔽電纜的作用：端接屏蔽層對(duì)高性能數(shù)字和模擬產(chǎn)品而言，使用同軸電纜且將其屏蔽層接至電路的0V走線上經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致發(fā)射和抗擾度方面的EMC問題。在產(chǎn)品上將BNC連接器絕緣也經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致EMC性能不良。電纜屏蔽層總是應(yīng)該連接到屏蔽機(jī)箱上（即使它們已連接到電路的0V點(diǎn)），除非能夠提供充足的工程理由或EMC依據(jù)來證明可以不這樣連接?！拔覀兂３＿@樣做”并不是理由。電路開發(fā)平臺(tái)應(yīng)盡量提供與真實(shí)產(chǎn)品相同

28、的結(jié)構(gòu)及與外界的連接。否則電路設(shè)計(jì)者可以采用各種互聯(lián)線使PCB在開發(fā)平臺(tái)上順利通過測(cè)試（我也經(jīng)常這樣做），然后把它留給別人去整理成實(shí)際產(chǎn)品并解決相應(yīng)的EMC問題。但即使是高質(zhì)量的屏蔽電纜，如果屏蔽層連接不好，其效果也是很差的。電纜屏蔽層需要360°端接，（即：與它所穿過的屏蔽機(jī)箱表面形成完整的圓周連接）。因此所采用的連接器是很重要的。絕對(duì)不要采用“小辮”的連接方式，除非屏蔽層僅需幾MHz以下起作用。當(dāng)使用小辮方式端接屏蔽層時(shí)，一定要使其盡可能短。把小辮分成兩條，每側(cè)一條也有一定作用。在八十年代中期，某公司將其所有小辮連接的外殼安裝型BNC全部換為符合EMC原則的壓接型BNC。盡管壓接

29、工具價(jià)值大約在600 英鎊左右，但他們驚奇地發(fā)現(xiàn)，因?yàn)閴航咏M裝工效很高，而且由于可靠性高而降低了返修率，所以他們很快賺了不少錢。因此，小辮連接不僅不利于EMC問題的解決，而且也不經(jīng)濟(jì)。電纜屏蔽的“黑色魔術(shù)” 的秘密是：如果電纜所連接的連接器或屏蔽體的屏蔽效能較低，則電纜的屏蔽效能也會(huì)降低。對(duì)一些非屏蔽產(chǎn)品使用屏蔽電纜也能獲得較好的效果，但前提是這些產(chǎn)品沒有內(nèi)部互聯(lián)線，且其PCB有完整的地平面，并只安裝小型器件。這是因?yàn)镻CB地平面同任何金屬板一樣，產(chǎn)生了一個(gè)削弱場(chǎng)強(qiáng)的區(qū)域，在一定的頻率范圍內(nèi)起到某些屏蔽作用。該技術(shù)的成功應(yīng)用取決于產(chǎn)品的電子技術(shù)水平，對(duì)高性能數(shù)字產(chǎn)品或模擬產(chǎn)

30、品而言則未必可行。電纜屏蔽層應(yīng)360°端接到PCB地平面上。2.6.6 將電纜屏蔽層兩端端接對(duì)有些人這可能象是奇談怪論。但隨著目前高頻的廣泛應(yīng)用，若一端不端接則經(jīng)常引起很嚴(yán)重的泄漏。兩端端接的電纜也允許屏蔽層在磁場(chǎng)的各個(gè)方向上發(fā)揮作用。當(dāng)然，屏蔽層兩端端接會(huì)導(dǎo)致屏蔽層在兩端地電位差的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生電流，這可能會(huì)產(chǎn)生交流聲，甚至使電纜燒毀。但如果這樣的地電流存在的話，表明接建筑物的地線系統(tǒng)很差，會(huì)導(dǎo)致地線電位不穩(wěn)或過大的雷電浪涌電流損壞保護(hù)欠佳的電子設(shè)備。在雷電期間，電纜未端接的一端被擊穿并非罕見，結(jié)果導(dǎo)致嚴(yán)重的危害。有時(shí)建議把電纜屏蔽層在一端進(jìn)行電氣搭接，而另一端用一小電容進(jìn)行

31、搭接。其目的是阻止額外的電源頻率的屏蔽電流。盡管電容在極高頻率時(shí)不能提供很低的電感，但這多少還是有一些作用的。但對(duì)防止浪涌及擊穿問題沒有什么效果?，F(xiàn)在市場(chǎng)上可以購買到內(nèi)部帶有屏蔽 - 機(jī)殼電容的絕緣BNC連接器，它在1GHz時(shí)仍有很好的性能，但價(jià)格差不多20英鎊一只。電隔離通信可以避免屏蔽電纜兩端端接，但一定要注意各種細(xì)節(jié)問題，尤其是安裝接線的故障和浪涌等帶來的安全性及可靠性問題。非金屬光纖是最好的電隔離信號(hào)通信方式，而且使用最方便。上面第2.5節(jié)簡(jiǎn)要陳述了在不使電纜過熱和降低安全而又能獲得良好EMC特性的情況下，目前廣泛采用的最佳電纜安裝方法（例如，用并聯(lián)地線減小地線電流

32、），要了解更詳細(xì)的內(nèi)容，可參考IEC 61000-5-2 ：1997。2.7 電纜連接器的最佳使用連接器上也會(huì)有同電纜相同的EMC問題，畢竟它們只是處于剛性殼體中的短導(dǎo)線。最好將連接器分成用于內(nèi)部連接和外部連接的兩種，因?yàn)樵诶擞炕蜢o電放電發(fā)生時(shí)，從外部到內(nèi)部針腳之間可能會(huì)發(fā)生打火現(xiàn)象。這種打火會(huì)將保護(hù)裝置旁路掉（保護(hù)裝置不能起到保護(hù)作用）。2.7.1 非屏蔽連接器可控阻抗的傳輸線連接器在高速底板或電纜中應(yīng)用越來越廣泛。若不使用傳輸線，要用普通多引腳連接器（如DIN41612，螺釘壓接片）獲得改進(jìn)的電磁兼容性能和信號(hào)完整性，需要確保每個(gè)“發(fā)送”針腳旁邊都有一個(gè)信號(hào)回流針腳，至少應(yīng)為每兩個(gè)信號(hào)提供一個(gè)回流針腳。這種方法與平衡信號(hào)配合起來效果是最好的，對(duì)于單