什么是EMI

什么是EMI 电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility）缩写EMC，就是指某电子设备既不干扰其它设备，同时也不受其它设备的影响。电磁兼容性和我们所熟悉的安全性一样，是产品质量最重要的指标之一。安全性涉及人身和财产，而电磁兼容性则涉及人身和环境保护。 电磁波会与电子元件作用，产生干扰现象，称为EMI（Electromagnetic Interference）。例如，TV荧光屏上常见的“雪花”便表示接受到的讯号被干扰。为什么要做EMI镀膜一. 技术驱动力 设备的小型化使源与敏感器靠得很近。这使传播路径缩短，增加了干扰的机会。器件的小型化增加了它们对干扰的敏感度。由于设备越来越小并且便于携带，象汽车电话、膝上计算机等设备随处可用，而不一定局限于办公室那样的受控环境。这也带来了兼容性问题。例如，许多汽车装有包括防抱死控制系统在内的大量的电子电路，如果汽车电话与这个控制系统不兼容，则会引起误动作。 互联技术的发展降低了电磁干扰的阈值。例如，大规模集成电路芯片较低的供电电压降低了内部噪声门限，而它们精细的几何尺寸的较低的电平下就受到电弧损坏。它们更快的同步操作产生更尖的电流脉冲，这会带来从I/O端口产生宽带发射的问题。一般来说，高速数字电路比传统的模拟电路产生更多的干扰。 传统上，电子线路装在金属盒内，这种金属盒能够通过切断电磁能量的传插路径来提供屏蔽作用。现在，为了减轻重量、降低成本，越来越多地采用塑料机箱。塑料机箱对与电磁干扰是透明的，因此敏感器件处于无保护的状态。 法律的变化也是驱动力之一。控制电磁发射和敏感度的强制标准的实施，迫使制造商们实施EMC计划。产品可靠性的法规将使可靠性成为头等重要的事项，因为一旦设备由于干扰而产生误动作造成伤害，制造商要承担法律责任。这对于医疗设备特别重要。 在竞争日益激烈的工业中，可靠性已经成为电子设备的一个重要市场特征。自动化设备，特别是医疗设备，必须连续工作，这时设备内的EMI屏蔽技术提高了设备的可靠性。 对于数据保密的要求是屏蔽市场发展的一个重要动力。已有报道揭露美国驻莫斯科使馆追究中的信息已被前苏联窃取到，这是通过接收使馆内设备产生的电磁能量来实现的。同样的技术也被用来截获密码，然后攻击银行计算机系统。通过屏蔽，设备的电磁发射能够减小，提高系统的安全性。 现在，人们越来越开始注意各种辐射对健康的影响。过量的X射线和紫外线照射的危险已经被充分证明了。现在讨论的焦点是微波和射频显示单元产生的辐射对妇女健康的伤害，因为已经有充分的证据说明在高压线附近生活会患疾病。二. 法规和标准 现在有许多关于产品辐射和传导发射限制的国家标准和国际标准。有些还规定了对各种干扰的最低敏感度要求。通常，对于不同类型的电子设备有不同的标准。虽然一个产品要获得市场的成功，满足这些标准是必要的，但符合这些标准是自愿的。 但是，有些国家给出的是规范，而不是标准，因此要在这些国家销售产品，符合标准是强制性的。有些规范不仅规定了标准，还赋予当局罚没不符合产品的权力。三. 市场因素 笔记本电脑，ADSL和移动电话等3C产品都会因高频电磁波干扰产生杂讯，影响通讯品质。另若人体长期暴露于强力电磁场下，则可能易患癌症病变。因此防电磁波干扰已是必备而且势在必行的制程。怎么做EMI防护 EMC设计的一般原则： EMC设计应是任何电子器件和系统综合设计的一部分。它远比试图使产品达到EMC的其他方法更节约成本。EMC的主要设计技术包括：电磁屏蔽方法、电路的滤波技术以及包括应特别注意的接地元件搭接的接地设计。　　下图给出了器件和系统EMC最佳设计的推荐方法。这是一个金字塔式图形。 首先，优秀的EMC设计的基础是良好的电气和机械设计原则的应用。这其中包括可靠性考虑，比如在可接受的容限内设计规范的满足，好的组装方法以及各种正在开发的测试技术。　　一般来说，驱动当今电子设备的装置要安装在PCB上。这些装置由具有潜在干扰源以及对电磁能量敏感的元件和电路构成。因此，PCB EMC设计是EMC设计中的下一个最重要的问题。有源元件的位置、印制线的走线、阻抗的匹配、接地的设计以及电路的滤波均应在EMC设计时加以考虑。一些PCB元件还需要进行屏蔽。　　再次，内部电缆一般用来连接PCB或其他内部子组件。因此，包括走线方法和屏蔽的内部电缆EMC设计对于任何给定器件的整体EMC来说是十分重要的。　　在PCB的EMC设计和内部电缆设计完成以后，应特别注意机壳的屏蔽设计和所有缝隙、穿孔和电缆通孔的处理方法。　　最后，还应着重考虑输入和输出电源和其他电缆滤波问题。 一般来讲，EMI防护是一个系统工程，从产品设计开发阶段即需要将EMI贯穿始终。但是，由于各个方面的原因，高频线路很难达到在PCB设计阶段即解决EMI问题，大多都需要通过对机壳进行屏蔽处理来达到防EMI效果。有哪些方法可以完成EMI防护（机壳） · 真空溅射 基本原理为将金属通过真空辉光放电沉积在塑料部件上，其主要优点是美观和显著的屏蔽性质膜层连续且非常致密。膜层为0.5～2μm厚，且相当均匀。 尼龙，聚芳基化物，聚酯，丙烯睛——丁二烯——苯乙烯三元共聚物，聚苯乙烯和聚碳酸酯很适合此种工艺。 真空溅射整套设备的费用较贵，其尺寸大小将限制需要镀覆的部件的数量。而且保证平滑的金属涂层所用的夹具也将占用小室的空间。目前该核心技术主要掌握在几家国外大公司手中，尤其以德国技术水平最高。影响该生产工艺价格的主要因素有生产设备、生产工艺等方面，如能够进行国产化则价格可以相当低廉。 通常，真空镀覆的涂层是均匀的，不影响塑料的冲击强度，也不影响其内部公差。这种处理能提供涂层的最佳选择，能屏蔽某些产品的重要区域而堵塞穿孔。能给出上至70dB抗扰度，并具有抗腐蚀性。 该工艺是一种全新的完全环保制程，不存在任何环保问题。　 · 导电漆 迄今为止，成功的导电漆都基于聚丙烯、聚氨脂、乙烯树脂或环氧树脂等衬底。导电漆都有适用期，而更重要的还有贮存期，后者典型的为6至12个月。所有这些漆都对塑料基底存在腐蚀作用，所以导电漆能穿透塑料并固定在孔缝中。九十年代的现代导电漆都有不同程度的胶粘性质，而以前由于缺乏胶粘性，经常产生导电漆剥落，甚至将印制板导电路径短路，而不完善的屏蔽所留下的缝隙将起缝隙天线的作用。 所有基底表面应仔细清洁，清除油脂或其它污渍，轻度擦伤也将影响粘附力。　 · 无电解电镀（化学镀） 化学镀的程序不应与常规的电镀混浠，电镀需要用直流电流使金属镀覆。化学镀或自动催化镀是化学镀覆均匀的固态金属涂层，它将减小零件表面的微电池反应。塑料的化学镀处理是在非导电塑料基材上产生薄金属涂层。通常选用复合镀，即镀铜（高导电性）再镀镍（防锈）。化学镀铜本质上是纯铜镀覆，而化学镀镍可包含3-10%磷。 较差质量的模压制品和复杂形状的模压制品不适用于双侧处理：因为所有模压制品的高应力部分对化学反应都很敏感，所以较差质量的模压制品在化学腐蚀阶段就要发生破裂。 化学镀与普通的电镀比较类似，同样存在严重的环保问题。 各种EMI处理方法的比较工法 原理 基材 可镀物 膜质 膜厚 竞争优势真空溅射 利用真空离子溅射，使物品沉积金属原子，无任何化学药剂 无任何限制 无任何限制 最佳（密度高） 0.1-2μm 1.价格较低2.易加工，制程短，产能快速3.易组装4.无环保问题无电解电镀 喷涂化学药剂使物品产生化学反应，析出金属膜 有限制 有限制 差（金属膜不连续） 10μm以上 1.价格高2.加工制程时间长3.易组装4.有环保问题慢慢被淘汰 导电漆 添加化学药剂喷涂于物品 有限制 有限制 金属膜不连续 10μm以上 1.价格低2.易加工3.易组装4.有环保问题慢慢被淘汰真空蒸着 低温金属蒸源加热自然附着于金属表面 有限制 有限制 佳（膜厚难控制） 10μm以上 1.价格低2.加工制程时间长3.易加工组装4.依塑材而定，如无喷漆化学药剂可通过环保规章金属铁片 成型铁片贴附于塑胶面，但加工组装费时 有限制 限铝片或马口铁 差（相对导电度较差） 10μm以上 1.价格低2.加工制程时间长3.设计耗时，制造困难4.组装时间长5.受形状及重量限制6.无环保问题 EMI溅射镀膜的原理 原理说明： 1. 在10-7 Torr 高度真空状态下，充入适量氩气； 2. 施以高压直流电，将氩气电离成氩离子，加速撞击金属靶材，溅射出金属离子； 3. 金属离子在电场中加速溅射在基材（塑壳）上，形成金属离子薄膜。　真空溅镀EMI的应用范围 真空溅镀EMI具有高导电性和高电磁屏蔽效率等特点，广泛应用于通讯制品(移动电话)、电脑(笔记本)、便携式电子产品、消费电子、网络硬件(服务器等)、医疗仪器、家用电子产品和航空航天及国防等电子设备的EMI屏蔽。 适用于各种塑胶制品的金属屏蔽（PC、PC+ABS、ABS等）。　 EMI溅射镀膜的特点 真空技术是结合机械、电机、材料、化工和航太等技术发展出来的产业，亦是目前我国与美、日等国极力推动之十大新兴产业之一。真空技术应用范围日趋广泛，运用对象包括光电、半导体和LCD产业等，近年来尤其在光电、IC和LCD等产业之制造设备，更是成长迅速。 EMI溅射镀膜具有以下特点： · 价格低（国内拥有自主知识产权的话）。 · 真空溅射加工的金属薄膜厚度只有0.5～2μm，绝对不影响装配。 · 真空溅射是彻底的环保制程，绝对环保无污染。 · 欲溅射材料无限制, 任何常温固态导电金属及有机材料、绝缘材料皆可使用（例：铜、铬、银、金、不锈钢、铝、氧化矽SiO2等）。 · 被溅射基材几无限制（ABS、PC、PP、PS、玻璃、陶瓷、epoxy resin等）。 · 膜质致密均匀、膜厚容易控制。 · 附著力强（ASTM3599方法测试4B）。 · 可同时搭配多种不同溅射材料之多层膜。并且，可随客户指定变换镀层次序。相关法律法规 · 国际 CISPR是国际电工委员会（IEC）的一个分委会，它成立于1934年，那时射频干扰问题开始出现。这是编制防止无线电干扰标准的第一个国际化联合组织。CISPR没有编制法律或发布法规的机构。它所推荐的标准，只有当个别成员国采取适当的行动时，才能成为法律。CISPR22中推荐的针对信息技术设备的传导和辐射发射要求构成了许多主要国家标准的基础。不幸的是，有些国家在将这些推荐标准作为国家标准时，进行了调整，这造成了不同国家的要求之间的差异。　 · 美国 联邦通信委员会（FCC）是负责频率管理和干扰控制的政府机构。FCC有覆盖多种设备发射限制的规范。FCC纲要第20780号，第15部分，第J分部适用于所有的数字设备。 这些FCC规范给出了两个不同的发射极限值。哪一个极限值适用取决于设备在什么环境中使用。A级设备被设计成在商业或工业环境中使用。更严格一引进的B级适用于在家庭或居民工内使用的设备。FCC没有规定屏蔽效能值，而规定了射频发射值。表1给出了A级和B级和辐射发射极限值，表2给出了传导发射极限值。 所有在美国国内使用的设备必须满足FCC规范。虽然FCC的大部分强制性要求在第15部分，第18部分也与EMC有关，第18部分中有关于用于工业、科学和医疗目的的射频发生设备的管理条例。它规定了在一些频率点上允许的最大幅射值和10KHz至245GHz频段内这类设备可以使用的频段。 表1 FCC辐射干扰极限值 　 表2 FCC传导发射干扰极限值频率范围（MHz） 场强（μV/m）　 A级30m B级3m 30-88 30 100 88-216 50 150 216-1000 70 200 　 频率范围（MHz） 射频电压（μV）　 A级 B级 0.45-1.6 1000 250 1.6-30 3000 250 · 　 · 德国 德国的关于干扰控制的法规是基于VDE制定的标准。相关的标准VDE0871覆盖了所的产生或处理射频能量的设备。这些极限值不仅适用于所有种类的计算和数字设备，还适用于工业、科学和医疗设备。唯一的限制是设备产生的基频高于10KHz。 对于数字设备的要求与FCC规定的相似，但是频率范围更宽，低频拓宽到10KHz。极限值也分为A级和B级，更严格的B级适用于通用的用途。A级限于需要特殊安装的设备。VDE关于辐射和传导的极限值在表3和表4中给出。 符合VDE0871是强制性的，并由德国邮电部执行。　 表3 VDE辐射干扰极限值 　 表4 VDE传导发射干扰极限值频率范围（MHz） 场强（μV/m）　 A级100m B级30m 0.01-0.15 34 34 　 30米 10米 0.15-30 34 34 　 30米 10米 30-41 54 34 41-68 29.5 34 68-174 54 34 174-230 29.5 34 230-470 54 34 470-760 45 46 760-1000 59-57 46 　 频率范围（MHz） 射频电压（μV）　 A级 B级 0.01-0.15 91-69.5 79-57.5 0.15-0.5 66 54 0.5-30 60 48 · · 英国 从表中可以看出，英国标准协会发布了好几个关于EMI的标准。应用最多的是BS6527关于数据处理和电子办公设备产生的乱真信号的极限值和测量方法。这个标准的范围和内容与CISPR22相同，尽管它们的标题不同。覆盖于0.15～30MHz频率范围的A级要求适用于商业和工业场合的应用，更严格的B级极限值适用于住宅区中使用的设备。两级都包含准峰值和平均测量的要求。两级的极限值数值是相同的，严格度是通过将测量距离从30米减小到10米来实现的。表5给出了推荐的辐射场强极限值。表6给出传导发射的电压极限值。 　 表5 6257辐射干扰极限值 　 表6 BS6257传导发射干扰极限值频率范围（MHz） 场强（μV/m）　 A级100m B级30m 30-230 30 30 230-1000 37 37 　 频率范围（MHz） 射频电压（μV）　 A级 B级　 准峰值 平均值 准峰值 平均值 0.15-0.5 79 66 66减到56 56减到46 0.5-5 73 60 56 46 5-30 73 60 60 50 · · 欧洲经济共同体 为了在欧共体内实现单一的EMC标准，以适应1992年实行的单一欧洲市场，欧洲委员会推行了欧共指令89/336/EEC，它要求成员对所有的电子装置的电磁兼容性法规化。法规必须包含干扰和敏感度两个方面。这个指令中定义的“装置”包括所有电气、电子应用设备以及配套的电气、电子器件。例外情况是出现在其它包含EMC要求的指令中的装置。目前，这种例外包括机动车点火系统和某些电度表。另外，不是用于商业目的的业余无线电装置也属于例外。这个法规不仅适用于设备的新设计，也适用于指令实施后继续生产的已有设计。 欧洲委员会已经责成CENELEC，电工标准化欧洲组织，制定欧洲标准（EN）。成员国必须将这些标准与国家标准等同使用，任何矛盾的标准必须撤除。CENELEC EN可以在IEC或CISPR标准的基础上应用，但不一定要与它们等同。 制造商有两种方法来证明符合这个指令，即“自认证”和使用“技术构造文件”。 使用自认证方法时，制造商通过自己测试或按照适当的EN进行测试，来认证产品是否符合。在这种方法中，没有明确要求要使用特许的设施。但是，如果日后发现产品不符合，制造商将承担法律责任。在关于产品符合性的争端中，一个由特许测试部门提供的测试报告是十分有分量的。 如果没有相关的EN，或设备制造商不准备使用它，符合性只有通过编辑技术构造文件来证明。这个文件描述的装置，列出保证设备与指令一致的措施，并包含一个技术报告或权威部门的认证。在英国，一个权威部门是NAMAS（国家测量批准服务）批准的EMC实验室。任何权威部门提供认证在欧共体的所有成员国内都是可行的。　 · 军用设备 为军用设计的电子系统必须满足MIL-STD-461D的要求，这个标准不仅规定了最大辐射发射和传导发射的限制，还规定了系统对辐射和传导干扰的敏感度要求。配套标准MIL-STD-462规定了必要的测试装置。商业公司经常将MIL-STD-461中的某些部分作为产品内部EMC规范。 另一个关于EMI的军用标准是保密的TEMPEST计划，这是用来保证保密通信系统安全的。现在可以接收并复现出大多数电子设备政党工作时所发射的功率很低的射频信号。象对电子窃听很脆弱的CRT终端那样的军用产品就属于TEMPEST的范畴。在实践中，TEMPEST控制设备和系统的发射，使无法解译携带信息的信号。 由于关于EMC的法规和标准十分复杂，关于信息技术设备的相关标准总结在表7中。一些标准的频率范围在图1-3中标明。 表7 信息技术设备（ITE）的电磁兼容标准　 IEC/CISPR FCC CENELECEC 英国标准传电和辐射发射 CISPR22 15部分J子部分 EN55022 BS6527 关于以下的敏感度 　 　 　 　静电放电 IEC801-2 - EN55 101-2 BS6667第二部分辐射电磁场 IEC801-3 - EN55 101-3 BS6667第三部分电气快速瞬态 IEC801-4 - - BS6667第四部分电源线良涌 IEC801-5 - - BS6667第五部分辐射磁场 CISPR - 未发表的建议稿 - 远程通信线路的传导发射 CISPR - - -

来源：CSDN

作者：zfg198171wx

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