详解什么是EMI屏蔽

身为电子工程师，噪声和辐射无处不在，作为电子设计师必须掌握EMI电磁屏蔽相关知识，而这些知识和解决方案将广泛用于改善设备免于受到外部电磁干扰。 干扰辐射的来源 麦克斯韦方程显示，每当电流经流导体时，都会产生磁场，而磁场将会产生电场。电场和磁场的辐射特性被称之为辐射发射。 这些辐射发射将会在电路或整个印刷电路板(PCB)中引发一些问题。在理想电路之中，电路本身发射的信号只包括电流和电压，而在现实世界中，噪音是绕不开的问题。当电路信号受到任何干扰时，就会发生这种情况。 由于电磁信号的性质，并不能避免噪声的存在，但是可以大大降低其影响。 需要注意的是，设备在运行时不会受到其他设备的影响，正如设备不会受到其他设备影响一样，电磁敏感性是电路系统受到干扰仍然保持正常工作的能力。这种敏感性将取决于施加的噪声水平，而不同的应用诸如车载、医疗、军事等领域，拥有不同的程度磁化率。 每个电路、设备或系统都必须经过适当的设计，尽可能减少辐射水平，来达到只对高水平的电磁场敏感。

随着现代电子设备的迅速普及，与电磁干扰有关的干扰也在日益增加。比如：我们日常使用的WiFI、充电器、电磁炉、电风扇等等，这些设备都会产生电磁干扰(EMI)，电子噪声和射频干扰(RFI)，它们可能会对敏感组件产生不利影响，其影响可从小的暂时性故障和数据丢失到永久性系统故障。因此，电磁屏蔽用于控制与一个设备交互时从一个设备释放的磁能和电能。EMI屏蔽可有效阻止破坏性波损坏敏感组件。

一、产生EMI的主要原因

电磁干扰(EMI)是由三个来源引起的电流和电压变化产生的干扰。

1.自然电磁干扰

在自然界中，地球的雷电或太空的高能宇宙射线都会导致自然EMI产生。在这里，人类没有参与产生EMI，它们都是由于诸如暴风雪、雨水、雷暴等天气变化而发生的，其他自然现象(如太阳辐射和宇宙噪声)也会产生EMI。值得注意的是，自然EMI其实对现代电子设备来说影响很轻微。

2.人为EMI

所有人类制造的电气设备都会释放人为的EMI，当两个信号彼此接近或多个信号以相同的频率相遇时，就会引起干扰。当设备与EMI接触时，这会阻碍设备的正常运行。这种类型的EMI主要存在于发电机、点火器、无线电发射器、电力线、电话、电动机等设备中，而且此类设备和装置导致的EMI的通常都比较高。

3.电子设备本身的EMI

在固有EMI的情况下，从设备本身释放的电磁干扰能够轻易地在内部传递，这些内部产生的噪声通常是由于电流通过电阻器等电子元件产生的热搅动引起的。

二、EMI屏蔽的重要性

随着技术的发展，电子产品已成为日常生活中不可或缺的一部分，电磁干扰或信号越来越多。这些看不见的信号来自各种地方，有些已造成严重的干扰。这些EMI信号可能会对设备和周围设备中的其他易损坏组件产生负面影响，这可能会导致设备出现各种问题，比如性能下降甚至是永久性损坏。现在，面临的情况是，对于运行速度较快的小尺寸组件，限制其产生的电磁污染变得更加困难。为了保护组件，需要做适当的屏蔽以确保系统的安全运行。因此，使用EMI屏蔽来保护系统免受有意和无意的干扰就变得非常重要了。

三、EMI屏蔽材料

选择用于EMI屏蔽的材料应具有一定的电磁性能，比如吸收或偏转电子设备和通信仪器发出的辐射。一般情况下，采用吸收性质的防护罩更为有效，因为它对环境安全。轻质且非侵入性的材料是用于EMI屏蔽的首选。较重的材料会导致妨碍设备正常运行的问题。

EMI屏蔽中使用的一些典型材料：镀锡钢、碳钢、铜(铜合金770)、铝、镍、锌、镍银等。在这些材料中，镀锡钢板应用最多，因为它的成本较低。从低频率的kHz范围到低频率的GHz范围，都是理想的选择。

铜是衰减或吸收电磁辐射最可靠和有效的材料。铜合金770(也称为770合金)由铜、镍和锌制成，它专门用于EMI屏蔽中的需要具备耐腐蚀的应用场景。此外，铝也是一种用于EMI屏蔽的材料，因为它具有各种特性，例如高电导率和适当的强度重量比。铝在本质上也是有色金属，但是，铝确实表现出了一些不良特性，例如可焊性差，并且非常容易受到电腐蚀和氧化的影响。

四、应用领域

现在，移动无线通信和电子设备的空前增长，迫使制造商必须保护其产品免受有害无线电频率的干扰。

1.汽车行业

快速变化的汽车行业在全球范围内引领了电动汽车和自动驾驶汽车的新浪潮。这些车辆配备了先进的功能，例如车载GPS导航系统、触摸屏系统、蓝牙、免提系统等。这些车辆中的高级电子设备在应对EMI方面带来了挑战。因此，与传统汽车相比，电动和自动驾驶汽车对EMI屏蔽的需求更高。

2.电信

随着智能手机的普及和5G等技术的推出，全球电信业正在迅速发展。所使用的组件和基站需要强有力的保护，以确保与消费者之间的平稳数据传输。

3.安防

EMI屏蔽已成为安防领域的重要技术之一。它普遍用于重要电子设备、控制面板等的保护层，有助于保护敏感组件。EMI屏蔽的质量对于抵抗强烈干扰非常重要。

4.航天

随着航空航天工业的不断发展，降低设备对EMI的敏感性变得非常重要。因此，EMI过滤材料在航天工业中的应用也会越来越多。