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連接器上的各種電磁干擾

發布時間：2011-03-17

中心議題：

射頻干擾
噪聲的耦合和傳播
在I/O區域內的共模噪聲

1. 射頻干擾源

當今，電子系統的時鐘頻率為幾百兆赫，所用脈沖的前后沿在亞納秒范圍。網絡接口傳輸數據速率為100Ｍbit/s和155與622Mbit/s（ＡＴＭ－異步傳輸模）。高質量視頻電路也用以亞納秒級的象素速率。這些較高的處理速度表示了工程上受到不斷的挑戰。

這樣的挑戰之一是射頻（RF）干擾，這是由于電磁能量的快速變化引起的。電路上振蕩速率變得更快（上升／下降時間），電壓／電流幅度變得更大，問題變得更多。因此，今天同以前相比，解決電磁兼容性（ＥＭＣ）就更艱難了。

在電路的兩個波節之前，快速變化的脈沖電流，表示了所謂差模噪聲源，電路周圍的電磁場可以耦合到其它元件上和侵入連接部分。經感性或容性耦合的噪聲是共模干擾。射頻干擾電流是彼此相同的，系統可以建模為：由噪聲源、“受害電路”或“接受者”和回路（通常是底板）組成。用幾個因素來描述干擾的大?。?/div>

　噪聲源的強度
　干擾電流環繞面積的大小
　變化速率

于是，盡管在電路中有很可能產生不希望的干擾，噪聲幾乎總是共模型的。一旦在輸入／輸出（Ｉ／Ｏ）連接器和機殼或地平面之間接入電纜，有某些ＲＦ電壓出現時，導致幾毫安的ＲＦ電流就能足以超過允許的發射電平。

2. 噪聲的耦合和傳播

共模噪聲是由于不合理的設計產生的。有些典型的原因是不同線對中個別導線的長度不同，或到電源平面或機殼的距離不同。另一個原因是元件的缺陷，如磁感應線圈與變壓器，電容器與有源器件（例如應用特殊的集成電路（ASIC）。

磁性元件，特別是所謂“鐵芯扼流圈”型貯能電感器，是用在電源變換器之中的，總是產生電磁場。磁路中的氣隙相當于串聯電路中的一個大電阻，那兒要消耗較多的電能。于是，鐵芯扼流圈，繞制在鐵氧體棒上，在棒周圍產生強的電磁場，在電極附近有最強的場強。在使用回描結構的開關電源中，變壓器上必定有一個空隙，其間有很強的磁場。

在其中保持磁場最合適的元件是螺旋管，使電磁場沿管芯長度方向分布。這就是在高頻工作的磁性元件優選螺旋結構的原因之一。

不恰當的去耦電路通常也變成干擾源。如果電路要求大的脈沖電流，以及局部去耦時不能保證小電容或十分高的內阻需要，則由電源回路產生的電壓就下降。這相當于紋波，或者相當于終端間的電壓快速變化。由于封裝的雜散電容，干擾能耦合到其它電路中去，引起共模問題。當共模電流污染Ｉ／Ｏ接口電路時，該問題必須解決在通過連接器之前。

不同的應用，建議用不同的方法來解決這個問題。在視頻電路中，那兒Ｉ／Ｏ信號是單端的，且公用同一共同回路，要解決它，用小型ＬＣ濾波器濾掉噪聲。在低頻串聯接口網絡中，有些雜散電容就足夠將噪聲分流到底板上。

差分驅動的接口，如以太，通常是通過變壓器耦合到Ｉ／Ｏ區域，是在變壓器一側或兩側的中心抽頭提供耦合的。這些中心抽頭經高壓電容器與底板相連，將共模噪聲分流到底板上，以使信號不發生失真。

3. 在Ｉ／Ｏ區域內的共模噪聲

沒有一個通用辦法來解決所有類型的Ｉ／Ｏ接口的問題。設計師們的主要目標是將電路設計好，而常常忽略了一些視為簡單的細節。一些基本法則能使噪聲在到達連接器以前，降至最?。?/div>

１）將去耦電容設置在緊挨負載處。

２）快速變化的前后沿的脈沖電流，其環路尺寸應最小。

３）使大電流器件（即驅動器和ASIC）遠離Ｉ／Ｏ端口。

４）測定信號的完整性，以保證過沖和下沖最小，特別是對于大電流的關鍵性信號（如時鐘，總線）。

５）使用局部濾波，如ＲＦ鐵氧體，可吸收ＲＦ干擾。

６）提供低阻抗搭接到底板上或在Ｉ／Ｏ區域的基準在底板上。

4. 射頻噪聲和連接器

即使工程師采取許多上述所列的預防措施，來減小在Ｉ／Ｏ區內的ＲＦ噪聲，還不能保證這些預防措施能否成功地足夠滿足發射要求。有些噪聲是傳導干擾，即在內部電路板上按共模電流流動。這個干擾源是在底板和電路等之間。于是，這個ＲＦ電流一定通過最低阻抗（在底板和載信號線之間）的通路流動。如果連接器沒呈現足夠低的阻抗（與底板的搭接處），這ＲＦ電流經雜散電容流動。當這ＲＦ電流流過電纜時，不可避免地產生發射（圖１Ａ）。

使共模電流注入到Ｉ／Ｏ區的另一機理，是附近有強的干擾源的耦合。甚至有些“屏蔽”連接器也無用，因為干擾源就在連接器附近，如ＰＣ機環境。如果在連接器和底板之間有一個缺口，此處所感應的ＲＦ電壓可以使ＥＭＣ性能下降（圖１Ｂ）。

屏蔽連接器方法有，加指形簧片或墊片。連接器的搭接，是在連接器和機殼之間填滿空處。這個方法要求有一個襯墊（圖２Ａ）。金屬襯墊較好，只要處理合適，也就是說，只要表面不被污染，只要手不觸及或損壞襯墊以及只要有足夠的壓力，以保持好的、低阻抗的接觸。

別的方法是連接器裝接頭片或者把連接器安裝在機殼上。此時，最大接觸面稍微小些，且應嚴格控制接頭片的尺寸和彈性。安裝屏蔽連接器時，在機殼上開口，開口的一側要去掉油污（圖２Ｂ），要仔細制作，若公差不合適，導致連接器在機殼內陷入太深，使搭接中斷。

每位EMC工程師知道，在“極好”的系統當中，這個問題一定要滿足發射要求，并在生產線及時檢查。未緊固的或彎曲的襯墊，安裝于關鍵區域（如安裝連接器的開口）的油污上，將失效。

由于下述原因選用了EMI連接器；

１）導電發泡塑料是極其柔軟的，且能放在連接器的整個周圍。這就消除了與另一機殼、襯墊有關的問題。

２）機械工程師可以在系統機殼可接收的公差范圍內安裝連接器。

３）連接器與機殼實現低阻抗搭接，以保證良好接觸。機殼壁內側上的襯墊，當要涂漆有遮蔽要求時，可以用更柔軟的材料。

４）要求強迫冷卻的設計，襯墊最好有另一特點：連接器和機殼壁之間的縫應密封起來，以減少氣漏。在有塵埃的環境中，襯墊要起到系統內保持干凈。

5. 結論

當前市場上有各種各樣的連接器，能使設計師為特殊接口，獲得最佳設計。

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