浅谈电磁干扰及电磁屏蔽

1.什么是电磁干扰

电磁干扰（Electromagnetic Interference，简称EMI）是指电磁能量的不当传输，这可能会对电子设备的正常工作造成影响。电磁干扰可以由多种来源产生，包括电力线路、无线电发射设备、电气设备操作、自然现象（如雷电）等。电磁干扰又分为由电场导致的干扰和由磁场产生的干扰。

2.电场干扰

1.电场干扰的模型

电场干扰简单来说就是一个电压变化的干扰源通过分布电容将干扰源的电压耦合到被干扰端。如下图，为外部电场经过分布电容在连接到PCB上的导线产生感应电流，而该电流经过带有阻抗的回流路径从而产生干扰电压（共模电压）。

上述模型不是那么容易理解，接下来用电路的方法构建模型，虽然不准但是物理概念是没有问题的如下图模型所示

2.电场干扰的屏蔽模型

    电场干扰的屏蔽手段就是在干扰源和被干扰对象之间加上接地金属屏蔽层，其原理是给干扰提供一个低阻抗回流路径，使干扰只通过低阻抗的金属屏蔽层回流而不流经被干扰对象，从而实现电场干扰屏蔽。如下图模型所示

如干扰屏蔽模型所示，干扰是干扰源通过分布电容C1耦合到屏蔽层产生干扰电压VNS，然后VNS再通过分布电容C2耦合到被干扰对象产生干扰电压VN。为了使VN降低，就得降低VNS，而降低VNS就得降低屏蔽层的接地阻抗。而屏蔽层不接地的话对电磁干扰的屏蔽作用是很小的。

屏蔽电场干扰的一个最严重的点就是选错接地点，如下图对串扰的屏蔽模型所示

3.电场屏蔽层的接地

干扰电路所接的地是信号地，因此敏感电路的屏蔽层需通过K1接信号地才有效，所以在PCB中处理信号线串扰常常是在两信号线之间走地线。

上图对外部干扰的屏蔽模型中信号干扰源接的地是射频地也可以理解为大地。这是屏蔽该干扰的屏蔽层所接的地也应该是射频地即接通K2.

    上图就展示了对于外部电场干扰的两种接地方式，左边将屏蔽层正确地接到与干扰源同一个参考地上，而右边错误地将屏蔽层接到了信号地上，显然这样是起不到屏蔽作用的。

    综上所述，在设计时应尽量避免浮地，将信号地跟射频地连起来，屏蔽层都接到射频地上。

3.磁场干扰

1.磁场干扰模型

磁场干扰是由于回路中磁场的变化导致在回路中产生感应电动势，如下图为线缆和PCB与大地构成的回路在磁场中产生的共模电压。

对于电缆的磁场干扰如下图所示

现实中电缆回路包围的面积很小，所以在电缆中感应的差模电动势VND很小，而电缆与地构成的回路大，产生的施加在两股线缆共模电动势VNC较大

2.磁场屏蔽方法

磁场干扰来源于回路，而线缆是最容易构成大面积回路的，带屏蔽层的线缆是能够屏蔽电场干扰的，那能否屏蔽磁场干扰呢？

答案是能，如上图所示，我们已知线缆的线芯与地平面构成大面积回路，会产生较大的共模电压，如果在此时将线缆的屏蔽层两端都接地，那么屏蔽层与地也构成大面积回路并产生较大的共模电压，而且由于接地阻抗地，共模电压会形成较大共模电流，而这个电流会产生相反的磁场，从而降低线缆与地构成回路的总磁场。

    磁场屏蔽最常用最有效的手段就是在电缆上套上磁环。磁环（磁珠或扼流圈）主要用于抑制电磁干扰中的磁场干扰，也就是传导干扰，而不是电场干扰。当交流电流通过导线时，它会产生交变磁场。如果导线穿过磁环，这个交变磁场就会在磁环中产生涡流，这些涡流会产生一个相反的磁场，从而抵消部分原始磁场。这个过程对低频信号的影响较小，但对高频信号的影响较大，因为高频信号产生的磁场变化更快，从而在磁环中产生更大的涡流和阻抗。