今天的电路在强度和频率变化很大的电磁能量海洋中游泳。因此，电磁干扰(EMI)、射频干扰(RFI)——通常被归类为电磁兼容性(EMC)主题——是普遍存在的、影响电路性能和正式产品批准的相关现象。尽管这些问题在电子技术的早期就已经引起了人们的关注，但由于无线连接的广泛可用性、更高频率、更敏感的电路和更低电压的轨道的使用，它们现在正面临越来越大的挑战。

影响电路的干扰可能是由于有意或无意的附近电磁能量发射器，可能是由自然或人为来源引起的。电路本身也可能发出不受欢迎或不可接受的电磁能量，影响附近的电子设备。缓解EMI/RFI能量问题的最常见解决方案之一是在电路板的关键部分甚至整个模块周围添加屏蔽。在面包板和原型阶段，可以临时使用这种屏蔽来理解、衰减和解决问题。然而，这种临时解决方案与制造环境不兼容，也与测试、调试和维修站不兼容。

本文确定了pc板、组件和产品上EMC的基本挑战。然后介绍了Harwin现有的屏蔽解决方案，以及如何使用它们来提高技术效率和生产兼容性。

EMC问题有两条路径

电干扰能量可以通过传导或辐射从源电路传播到“受害”电路(图1)。在传导情况下，能量通过导线或电缆等导体传播。设计师通常使用铁氧体珠、过滤器、扼流圈和其他无源元件来衰减这种能量。在辐射情况下，能量路径是通过空气或真空从源到受害者，没有金属导体。

这些不必要的影响有时可以通过在源头或受害者处重新定位组件来减少，但这是一个耗时的过程，通常是不切实际的、不可能的或无效的。同样，滤波也不是一个可行的选择，因为大部分干扰EMI/RFI能量都在工作射频(RF)频带内，而且这种滤波也会降低所需信号的强度，从而影响系统性能。

对于某些辐射EMI情况，有时使用一种称为“扩频”的技术来减少工作频率上的EMI峰值发射。在这种方法中，电路的时钟在其标称频率附近随机地“抖动”，作为跳频的一种形式。这将射频能量分散到整个频谱，但不会降低发射的总能量(图2)。

一些设计师认为扩频方法是一种“欺骗”，因为它主要是为了满足排放限制，而另一些人则认为它是一种简单而优雅的解决方案。主要适用于固定工作频率不是很关键的DC-DC开关稳压器;但扩频跳频在很多对载波和工作频率稳定性要求很高的情况下并不适用。

被动屏蔽:通常是答案

在大多数EMC情况下，产生问题的能量电路超出了设计者的控制范围，但必须在源头或受害者处降低它。处理辐射EMI/RFI的一种有效且广泛使用的解决方案是根据情况在有害能量源或受害者周围添加接地金属屏蔽。这就产生了两个工程问题:

• pc板的哪个区域需要屏蔽?
• 如何在生产环境中实现这种屏蔽，以最小化上市时间、成本和对生产的影响?

在许多情况下，需要屏蔽的区域或区域是明显的，例如射频收发器部分;在其他情况下，需要多次努力才能定位电路中发射过多EMI/RFI或易受其影响的部分。为了找到这些区域，设计人员通常会建造一个小型的电磁密封导电盒，以包围和屏蔽正在研究的区域。根据产品和设计的不同，这个盒子可能需要像指甲一样小，也可能需要足够大来包围整个pc板。

对于较小的射频外壳，可以使用薄铜片折叠成一个盒子，接缝要么焊接，要么覆盖有导电粘合剂的铜带。对于中型和大型外壳，可以将包覆pc板的碎片切割成建造盒子所需的尺寸，所有接缝都用胶带或焊接(图3)。在某些情况下，接缝首先在几个地方“粘焊”以保持基本稳定，然后用导电胶带覆盖。

然后将盒子放置在正在评估的板的区域上，并将打开的底部和pc板之间的接缝线焊接到低阻抗射频地。在实践中，这实际上可能比它看起来更具挑战性，因为pc板往往还没有一个地面痕迹对应的周长构造可以。虽然几个连接点可能就足够了，但更连续的接地缝意味着RF泄漏进入或离开罐头组件的路径更少。

这种焊接方法还有另一个问题。由于许多pc板的履带很薄，在电路板上焊接或拆焊测试可能会损坏脆弱的履带并损坏电路板。因此，在建造和安装这些屏蔽罐之前，使用射频探头和嗅探器对情况进行一些测量是一个好主意。

一个更好的原型盾方法

制造屏蔽可以使用铜箔或覆铜pc板确实工作，但这是一个耗时的过程。此外，它需要处理FR-4基板(如果使用pc板)，如果没有正确的设置就很难切割，并且在用户的手指上留下讨厌的玻璃纤维“碎片”，除非戴手套。即使使用裸露的铜片也有问题，因为如果不小心处理，它可能会割伤手指，并且可能需要使用一个小弯曲制动器来实现适当的90°边缘和角落的折叠。乍一看，建造屏蔽测试箱似乎是一种简单的DIY方法，但它并不像看起来那样快速和容易，尽管它肯定是可行的。

幸运的是，有一个更好的解决方案，使用Harwins01 - 806005包RFI Shield Can Kit。该套件配备了两个盾罐板蚀刻与5毫米(毫米)平方网格，24 RFI屏蔽夹，和浅显易懂的说明．要制作一个基本的折叠盒子，只需要画一个所需盒子尺寸的简单图表，切掉不需要的薄片材料，然后用金属尺作为引导和非正式的弯曲刹车，在蚀刻的线条上折叠剩余的材料(图4)。

现在可以通过简单地把它夹进所提供的电路板来连接S1711-46RRFI屏蔽夹，可以再流焊，甚至手工焊接到电路板上(图5)。这是一种比试图直接焊接到电路板上更好的方法，而且它还允许根据需要轻松拆卸罐头，以进行测试、测量、评估和调试“罐装”电路。

原型不是产品

虽然DIY罐或Harwin Shield罐套件可以指向EMC解决方案，但它们不兼容大批量甚至小批量生产。显然，从pc板“废料”或折叠铜板建造大量的外壳需要额外的生产步骤和时间，并且是一个非标准项目，放在物料清单(BOM)上。即使这是可以接受的，通过沿着机箱和板之间的接头焊接将这些连接到pc板是手动操作，不像其他组件的标准回流焊接;这也很有可能会损坏电路板，而且为了测试或维修而移除是不现实的。

同样，有一个更好的方法来解决这个问题，那就是使用预制射频屏蔽罐和匹配安装视频从Harwin。这些高RF导电性，未镀镍银矩形罐可在广泛的足迹尺寸和高度，从一个小型的10毫米x 10毫米x 3毫米高(0.394 x 0.394 x 0.12英寸)0.15毫米的材料厚度s03 - 10100300 r(图6)，以较大的罐头，如s01 - 50250500高25毫米× 50毫米× 5毫米(约1 x 2 x 0.20英寸)，厚度0.3毫米。

这些罐头本身只能解决部分生产友好的需求。出于这个原因，Harwin提供了各种各样的剪辑，可以自动放置，并可以回流焊到pc板(图7)。然后罐头扣和解扣到剪辑，便于访问组件进行清洁或返工。各种夹子适应不同的板布局情况，方向，访问，和相邻pc板轨道和土地的干扰，以及可以材料厚度。

微夹外形低至0.8毫米(0.031英寸)，以及90°角夹设计用于解决局部涡流干扰。屏蔽夹兼容现成的或定制的罐头，薄至0.13毫米，厚至1.00毫米。

考虑到射频衰减，冷却

围绕电路组件的固体表面金属罐有一个基本事实:它们会阻碍来自它们所包围的组件表面的冷却对流气流。这似乎在许多应用中排除了屏蔽罐的可能性，但事实并非如此。原因是罐头的金属是相当薄的，从0.15到0.3毫米，这取决于具体的罐头型号和大小。这层薄层仅为热流从罐头内部传导到它的外部提供了一个小屏障。一旦热量被传导到外部表面，它可以通过自由或强迫空气对流或其他方式带走。

在这方面，薄金属罐的热性能远好于由常见FR-4 pc板材料制成的屏蔽外壳，后者具有更高的热阻抗屏障，导电率在1 - 3瓦/米开尔文(W/m-K)之间，标准厚度为1.6毫米。将这个数字与镍银的电导率相比，镍银的电导率大约是镍银的1000倍，而且也薄得多(同样只有0.15到0.3毫米)。基本的热模型可以量化薄金属罐对冷却的影响。此外，在几乎所有情况下，遵循使用底层pc板铜的标准技术是很好的做法，因为它具有高导热性，可以从安装的组件带走大量的热量。

用屏蔽罐改善热对流的一个明显的解决方案是在罐表面打洞。然而，这又增加了一系列新的问题。这些孔必须足够小，间隔足够远，以防止射频泄漏。由于允许的最大直径和间距是波长的函数，典型的一阶准则是任何开口都不应超过被屏蔽的最短波长的十分之一。

然而，决定关键波长和孔洞大小并不总是容易或明显的，因为干扰射频能量的频率可能比产品的表观工作频率或载频更高(因此波长更短)。考虑到一个出错的千兆赫频率信号会使附近的兆赫频率前端放大器过载并饱和。因此，允许的最大孔尺寸必须比简单的产品工作频率的第一次分析所规定的要小得多。

请记住，除了确保电路性能外，屏蔽盒和夹的另一个目标可能是在宽频率范围内提供RF衰减，以满足产品的监管要求。这些与emc相关的监管标准定义了产品在RF频谱的各个区域内可以产生的最大RFI/EMI，以及产品作为EMI/RFI受害者的允许易感性，而不管标称工作频率如何。

因此，屏蔽通常不仅要确保在明显的工作频率下的性能，而且可能还必须在更广泛的EM频谱上提供衰减。使用仅针对标称工作频率的冷却孔可以减少在这些较短波长的衰减，并可能影响监管机构的批准。

结论

电磁兼容性和RFI/EMI问题几乎影响到所有的电子产品和应用，无线链路和更高频率的使用越来越多，使得设计情况更具挑战性。由于辐射EMI/RFI引起的许多问题的解决方案通常涉及使用金属罐完全包围受影响的电路的基本RF屏蔽。

这些罐是否可作为标准项目在各种各样的尺寸，以及PC板的选择剪辑在各种配置，允许罐头容易附着或从电路板上拆卸。这些夹子也完全兼容用于批量生产环境中SMT封装组件的插入和焊接设备。

本文最初发表于digikey.com于2020年11月04日发布，经Digi-Key许可转载。比尔Schweber他是一名电子工程师，撰写了三本关于电子通信系统的教科书，以及数百篇技术文章、观点专栏和产品特性。在过去的工作中，他曾担任EE Times多个特定主题网站的技术网站经理，以及EDN的执行编辑和模拟编辑。