如何解決連接器的電磁幹擾EMI並預防?
發布時間:2012-11-11 責任編輯:easonxu
【導讀】當今,電子係統的時鍾頻率為幾百兆赫,所用脈衝的前後沿在亞納秒範圍。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)幹擾,這是由於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zai電dian路lu的de兩liang個ge波bo節jie之zhi前qian,快kuai速su變bian化hua的de脈mai衝chong電dian流liu,表biao示shi了le所suo謂wei差cha模mo噪zao聲sheng源yuan,電dian路lu周zhou圍wei的de電dian磁ci場chang可ke以yi耦ou合he到dao其qi它ta元yuan件jian上shang和he侵qin入ru連lian接jie部bu分fen。經jing感gan性xing或huo容rong性xing耦ou合he的de噪zao聲sheng是shi共gong模mo幹gan擾rao。射she頻pin幹gan擾rao電dian流liu是shi彼bi此ci相xiang同tong的de,係xi統tong可ke以yi建jian模mo為wei:由噪聲源、“受害電路”或“接受者”和回路(通常是底板)組成。用幾個因素來描述幹擾的大小:噪聲源的強度、幹擾電流環繞麵積的大小、變化速率。
於是,盡管在電路中有很可能產生不希望的幹擾,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麵之間接入電纜,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。
噪聲的耦合和傳播
gongmozaoshengshiyouyubuhelideshejichanshengde。youxiedianxingdeyuanyinshibutongxianduizhonggebiedaoxiandechangdubutong,huodaodianyuanpingmianhuojikedejulibutong。lingyigeyuanyinshiyuanjiandequexian,ruciganyingxianquanyubianyaqi,dianrongqiyuyouyuanqijian(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”xingzhunengdianganqi,shiyongzaidianyuanbianhuanqizhizhongde,zongshichanshengdiancichang。ciluzhongdeqixixiangdangyuchuanliandianluzhongdeyigedadianzu,naeryaoxiaohaojiaoduodedianneng。yushi,tiexineliuquan,raozhizaitieyangtibangshang,zaibangzhouweichanshengqiangdediancichang,zaidianjifujinyouzuiqiangdechangqiang。zaishiyonghuimiaojiegoudekaiguandianyuanzhong,bianyaqishangbidingyouyigekongxi,qijianyouhenqiangdecichang。zaiqizhongbaochicichangzuiheshideyuanjianshiluoxuanguan,shidiancichangyanguanxinchangdufangxiangfenbu。zhejiushizaigaopingongzuodecixingyuanjianyouxuanluoxuanjiegoudeyuanyinzhiyi。
buqiadangdequoudianlutongchangyebianchengganraoyuan。ruguodianluyaoqiudademaichongdianliu,yijijubuquoushibunengbaozhengxiaodianronghuoshifengaodeneizuxuyao,zeyoudianyuanhuiluchanshengdedianyajiuxiajiang。zhexiangdangyuwenbo,huozhexiangdangyuzhongduanjiandedianyakuaisubianhua。youyufengzhuangdezasandianrong,ganraonengouhedaoqitadianluzhongqu,yinqigongmowenti。
當共模電流汙染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(lv)波(bo)器(qi)濾(lv)掉(diao)噪(zao)聲(sheng)。在(zai)低(di)頻(pin)串(chuan)聯(lian)接(jie)口(kou)網(wang)絡(luo)中(zhong),有(you)些(xie)雜(za)散(san)電(dian)容(rong)就(jiu)足(zu)夠(gou)將(jiang)噪(zao)聲(sheng)分(fen)流(liu)到(dao)底(di)板(ban)上(shang)。差(cha)分(fen)驅(qu)動(dong)的(de)接(jie)口(kou),如(ru)以(yi)太(tai),通(tong)常(chang)是(shi)通(tong)過(guo)變(bian)壓(ya)器(qi)耦(ou)合(he)到(dao)I/Oquyu,shizaibianyaqiyicehuoliangcedezhongxinchoutoutigongouhede。zhexiezhongxinchoutoujinggaoyadianrongqiyudibanxianglian,jianggongmozaoshengfenliudaodibanshang,yishixinhaobufashengshizhen。
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(jie)口(kou)的(de)問(wen)題(ti)。設(she)計(ji)師(shi)們(men)的(de)主(zhu)要(yao)目(mu)標(biao)是(shi)將(jiang)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)好(hao),而(er)常(chang)常(chang)忽(hu)略(lve)了(le)一(yi)些(xie)視(shi)為(wei)簡(jian)單(dan)的(de)細(xi)節(jie)。一(yi)些(xie)基(ji)本(ben)法(fa)則(ze)能(neng)使(shi)噪(zao)聲(sheng)在(zai)到(dao)達(da)連(lian)接(jie)器(qi)以(yi)前(qian),降(jiang)至(zhi)最(zui)小(xiao):
1)將去耦電容設置在緊挨負載處。
2)快速變化的前後沿的脈衝電流,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,以保證過衝和下衝最小,特別是對於大電流的關鍵性信號(如時鍾,總線)。
5)使用局部濾波,如RF鐵氧體,可吸收RF幹擾。
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。
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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(zao)聲(sheng),還(hai)不(bu)能(neng)保(bao)證(zheng)這(zhe)些(xie)預(yu)防(fang)措(cuo)施(shi)能(neng)否(fou)成(cheng)功(gong)地(di)足(zu)夠(gou)滿(man)足(zu)發(fa)射(she)要(yao)求(qiu)。有(you)些(xie)噪(zao)聲(sheng)是(shi)傳(chuan)導(dao)幹(gan)擾(rao),即(ji)在(zai)內(nei)部(bu)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)按(an)共(gong)模(mo)電(dian)流(liu)流(liu)動(dong)。這(zhe)個(ge)幹(gan)擾(rao)源(yuan)是(shi)在(zai)底(di)板(ban)和(he)電(dian)路(lu)等(deng)之(zhi)間(jian)。於(yu)是(shi),這(zhe)個(ge)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。
使共模電流注入到I/O區的另一機理,是附近有強的幹擾源的耦合。甚至有些“屏蔽”連接器也無用,因為幹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。
pingbilianjieqifangfayou,jiazhixinghuangpianhuodianpian。lianjieqidedajie,shizailianjieqihejikezhijiantianmankongchu。zhegefangfayaoqiuyouyigechendian。jinshuchendianjiaohao,zhiyaochuliheshi,yejiushishuo,zhiyaobiaomianbubeiwuran,zhiyaoshoubuchujihuosunhuaichendianyijizhiyaoyouzugoudeyali,yibaochihaode、低阻抗的接觸。
別(bie)的(de)方(fang)法(fa)是(shi)連(lian)接(jie)器(qi)裝(zhuang)接(jie)頭(tou)片(pian)或(huo)者(zhe)把(ba)連(lian)接(jie)器(qi)安(an)裝(zhuang)在(zai)機(ji)殼(ke)上(shang)。此(ci)時(shi),最(zui)大(da)接(jie)觸(chu)麵(mian)稍(shao)微(wei)小(xiao)些(xie),且(qie)應(ying)嚴(yan)格(ge)控(kong)製(zhi)接(jie)頭(tou)片(pian)的(de)尺(chi)寸(cun)和(he)彈(dan)性(xing)。安(an)裝(zhuang)屏(ping)蔽(bi)連(lian)接(jie)器(qi)時(shi),在(zai)機(ji)殼(ke)上(shang)開(kai)口(kou),開(kai)口(kou)的(de)一(yi)側(ce)要(yao)去(qu)掉(diao)油(you)汙(wu),要(yao)仔(zai)細(xi)製(zhi)作(zuo),若(ruo)公(gong)差(cha)不(bu)合(he)適(shi),導(dao)致(zhi)連(lian)接(jie)器(qi)在(zai)機(ji)殼(ke)內(nei)陷(xian)入(ru)太(tai)深(shen),使(shi)搭(da)接(jie)中(zhong)斷(duan)。每(mei)位(wei)EMC工程師知道,在“極好”的係統當中,這個問題一定要滿足發射要求,並在生產線及時檢查。未緊固的或彎曲的襯墊,安裝於關鍵區域的油汙上,將失效。
由於下述原因選用了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)機械工程師可以在係統機殼可接收的公差範圍內安裝連接器。
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,當要塗漆有遮蔽要求時,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,襯墊要起到係統內保持幹淨。
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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