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连接器电磁干扰的预防和解决方式

2019-11-18 16:11:51

当今,电子体系的时钟频率为几百兆赫,所用脉冲的前后沿在亚纳秒规模,高质量视频电路也用以亚纳秒级的象素速率。这些较高的处理速度表示了工程上受到不断的挑战。那么如何防备和处理连接器电磁搅扰的问题值得我们重视。


电路上振荡速率变得更快(上升/下降时间),电压/电流起伏变得更大,问题变得更多。因此,今日同以前比较,处理电磁兼容性(EMC)就更艰难了。


在电路的两个波节之前,快速改变的脉冲电流,表示了所谓差模噪声源,电路周围的电磁场能够耦合到其它元件上和侵入连接部分。经感性或容性耦合的噪声是共模搅扰。射频搅扰电流是互相相同的,体系能够建模为:由噪声源、“受害电路”或“接受者”和回路(通常是底板)组成。用几个因从来描述搅扰的巨细:噪声源的强度、搅扰电流环绕面积的巨细、改变速率。


所以,尽管在电路中有很可能发生不希望的搅扰,噪声简直总是共模型的。一旦在输入/输出(I/O)连接器和机壳或地平面之间接入电缆,有某些RF电压出现时,导致几毫安的RF电流就能足以超过允许的发射电平。


噪声的耦合和传达


共模噪声是因为不合理的规划发生的。有些典型的原因是不同线对中单个导线的长度不同,或到电源平面或机壳的距离不同。另一个原因是元件的缺点,如磁感应线圈与变压器,电容器与有源器材(例如使用特其他集成电路(ASIC))。


磁性元件,特别是所谓“铁芯扼流圈”型贮能电感器,是用在电源变换器之中的,总是发生电磁场。磁路中的气隙相当于串联电路中的一个大电阻,那儿要消耗较多的电能。


所以,铁芯扼流圈,绕制在铁氧体棒上,在棒周围发生强的电磁场,在电极邻近有zui强的场强。在使用回描结构的开关电源中,变压器上必定有一个空地, 其间有很强的磁场。在其中坚持磁场zui合适的元件是螺旋管,使电磁场沿管芯长度方向分布。这就是在高频工作的磁性元件优选螺旋结构的原因之一。micro公头夹板


不恰当的去耦电路通常也变成搅扰源。假如电路要求大的脉冲电流,以及部分去耦时不能确保小电容或非常高的内阻需要,则由电源回路发生的电压就下降。这相当于纹波,或许相当于终端间的电压快速改变。因为封装的杂散电容,搅扰能耦合到其它电路中去,引起共模问题。


当共模电流污染I/O接口电路时,该问题必须处理在经过连接器之前。不同的使用,建议用不同的办法来处理这个问题。在视频电路中,那儿I/O信号是单端的,且公用同一一起回路,要处理它,用小型LC滤波器滤掉噪声。


在低频串联接口网络中,有些杂散电容就满足将噪声分流到底板上。差分驱动的接口,如以太,通常是经过变压器耦合到I/O区域,是在变压器一侧或两侧的中心抽头提供耦合的。这些中心抽头经高压电容器与底板相连,将共模噪声分流到底板上,以使信号不发生失真。

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在I/O区域内的共模噪声


没有一个通用办法来处理一切类型的I/O接口的问题。规划师们的首要方针是将电路规划好,而常常疏忽了一些视为简略的细节。一些根本规律能使噪声在抵达连接器以前,降至zui小:


1)将去耦电容设置在紧挨负载处。


2)快速改变的前后沿的脉冲电流,其环路尺度应zui小。


3)使大电流器材(即驱动器和ASIC)远离I/O端口。


4)测定信号的完整性,以确保过冲和下冲zui小,特别是对于大电流的关键性信号(如时钟,总线)。


5)使用部分滤波,如RF铁氧体,可吸收RF搅扰。


6)提供低阻抗搭接到底板上或在I/O区域的基准在底板上。 射频噪声和连接器


即使工程师采纳许多上述所列的防备措施,来减小在I/O区内的RF噪声,还不能确保这些防备措施能否成功地满足满足发射要求。有些噪声是传导搅扰,即在内部电路板上按共模电流流动。这个搅扰源是在底板和电路等之间。type-c pin

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所以,这个RF电流一定经过zui低阻抗(在底板和载信号线之间)的通路流动。假如连接器没呈现满足低的阻抗(与底板的搭接处),这RF电流经杂散电容流动。当这RF电流流过电缆时,不可避免地发生发射。


使共模电流注入到I/O区的另一机理,是邻近有强的搅扰源的耦合。甚至有些“屏蔽”连接器也无用,因为搅扰源就在连接器邻近,如PC机环境。假如在连接器和底板之间有一个缺口,此处所感应的RF电压能够使EMC性能下降。


屏蔽连接器办法有,加指形簧片或垫片。连接器的搭接,是在连接器和机壳之间填满空处。这个办法要求有一个衬垫。金属衬垫较好,只需处理合适,也就是说,只需表面不被污染,只需手不触及或损坏衬垫以及只需有满足的压力,以坚持好的、低阻抗的触摸。


其他办法是连接器装接头片或许把连接器装置在机壳上。此时,zui大触摸面略微小些,且应严格控制接头片的尺度和弹性。装置屏蔽连接器时,在机壳上开口,开口的一侧要去掉油污,要仔细制作,若公役不合适,导致连接器在机壳内陷入太深,使搭接中止。每位EMC工程师知道,在“极好”的体系傍边,这个问题一定要满足发射要求,并在生产线及时检查。未紧固的或曲折的衬垫,装置于关键区域的油污上,将失效。type-c6pin


因为下述原因选用了EMI连接器


1)导电发泡塑料是极端柔软的,且能放在连接器的整个周围。这就消除了与另一机壳、衬垫有关的问题。


2)机械工程师能够在体系机壳可接收的公役规模内装置连接器。


3)连接器与机壳实现低阻抗搭接,以确保良好触摸。机壳壁内侧上的衬垫,当要涂漆有遮蔽要求时,能够用更柔软的资料。


4)要求强迫冷却的规划,衬垫zui好有另一特色:连接器和机壳壁之间的缝应密封起来,以削减气漏。在有尘土的环境中,衬垫要起到体系内坚持干净。


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