當(dāng)今,電子係統的時(shí)鍾頻率為幾(jǐ)百兆赫,所用脈衝的前後沿在亞納秒範圍,高(gāo)質(zhì)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(gōng)程上受(shòu)到不斷的挑戰(zhàn)。那麽如何預防和解(jiě)決連接器電磁幹擾的問題值得我(wǒ)們關注。
電路上振蕩(dàng)速率變得更快(kuài)(上升(shēng)/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(róng)性(EMC)就更艱難了。
在電路的兩個波(bō)節之前,快速變化的脈衝電流,表示了所謂差模(mó)噪聲源,電路周圍的(de)電磁場可以耦(ǒu)合到其它(tā)元(yuán)件上和(hé)侵入連接部分(fèn)。經感性或容性耦(ǒu)合(hé)的噪聲是共模幹(gàn)擾。射頻(pín)幹擾(rǎo)電流是彼此相同的,係(xì)統可以建模為:由噪聲源、“受害電(diàn)路”或“接受者”和回路(通常是底板)組(zǔ)成。用幾個(gè)因素來描述幹擾(rǎo)的大(dà)小:噪聲源的(de)強(qiáng)度、幹擾電流環繞(rào)麵積的(de)大小、變化速率。
於是,盡管在電路(lù)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(lián)接器和機殼或地平麵之(zhī)間接入電纜,有某(mǒu)些RF電壓出現時(shí),導致幾毫安的RF電流就能足以超過允許(xǔ)的發射電平。
噪聲的耦合和傳播
共模噪聲是由於不(bú)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(zhǎng)度不同,或到電(diàn)源平麵或機殼的距離不同。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(yòng)特殊的集成電路(ASIC))。
磁性元件,特別是所謂“鐵芯扼流圈”型貯(zhù)能(néng)電感器,是用在電源(yuán)變換器之中的,總是產生電磁場。磁路中的氣隙相當於串(chuàn)聯電(diàn)路中的一個大(dà)電阻,那兒要消耗較多的電能。
於是,鐵芯扼流圈,繞製在鐵氧體棒上,在棒周(zhōu)圍產生強的電磁場,在電極附(fù)近有最強的場強。在(zài)使用(yòng)回描結構的開關電源中,變壓器上必定有一個(gè)空隙, 其(qí)間有很強的磁場。在其中保持磁場最(zuì)合適的元件是(shì)螺旋管,使電磁場沿管芯長度方向分布。這(zhè)就是在高頻工作的磁(cí)性(xìng)元件(jiàn)優選螺旋結構的原因之一。
不恰當的去耦電路通常也變成幹擾源。如果電(diàn)路要求大的(de)脈衝電流,以及局部去耦時不能保證小電(diàn)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(dāng)於紋波,或者相當於終端間的電壓快速變化(huà)。由於封裝(zhuāng)的雜(zá)散(sàn)電容,幹擾能耦合到其它電路中去,引起共模問題。
當共模電流(liú)汙染(rǎn)I/O接(jiē)口電路(lù)時,該(gāi)問題必須解決在(zài)通過(guò)連接器之前。不同的應(yīng)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(yòng)小型LC濾(lǜ)波器濾掉噪聲。
在低頻串聯接口網絡(luò)中,有些雜散電(diàn)容就足夠將噪聲分流(liú)到底板上。差分驅動的接口,如以太(tài),通常是通過變壓器耦合(hé)到I/O區域,是在(zài)變壓器一側或兩(liǎng)側(cè)的中心抽頭提供耦合的。這些中心抽頭(tóu)經高壓(yā)電容器與底板相連,將共(gòng)模噪聲分流到底板上(shàng),以使信(xìn)號不發生失(shī)真。
在I/O區(qū)域內的共(gòng)模噪聲
沒有一(yī)個通用辦(bàn)法來解決所有類型的I/O接口的問題(tí)。設計師(shī)們的主要目標(biāo)是將電路設計好,而常常忽略了一些視為簡(jiǎn)單的細節。一些基本法(fǎ)則能使噪聲在到達連接器以前,降至最小:
1)將去(qù)耦(ǒu)電容設置在(zài)緊挨負載處。
2)快(kuài)速變化的前後沿的脈衝電流,其環路(lù)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(xìng),以保證過衝和下衝最小,特別是對於大電流(liú)的關鍵性(xìng)信號(如時鍾,總線)。
5)使用局部濾波,如RF鐵氧體,可吸收(shōu)RF幹擾。
6)提供低阻抗搭接到底板上或在I/O區域的(de)基準在底板上(shàng)。 射頻(pín)噪聲和連接器
即使工程師采取許多上述所(suǒ)列的預防措施,來減小在I/O區(qū)內的RF噪聲,還不能保(bǎo)證這些預防措施能否成(chéng)功地足夠滿足發射要求。有些噪聲是傳(chuán)導幹擾,即在內部電路板上按共模電流流動。這個幹(gàn)擾源(yuán)是在底板和電路等之間。
於是(shì),這個RF電(diàn)流(liú)一定通過最低阻抗(在底板和載信號線之(zhī)間)的通路流動。如(rú)果連接器沒呈現足夠低的阻抗(與底板的(de)搭接處),這RF電(diàn)流經雜散電(diàn)容流動。當這(zhè)RF電流流過電(diàn)纜時(shí),不可避免地產生發(fā)射。
使共(gòng)模電流注入到I/O區的另一機理,是附(fù)近有強的幹擾源的耦合。甚至有些“屏蔽(bì)”連(lián)接器也無(wú)用,因(yīn)為幹擾源就在連接器附近,如PC機環境(jìng)。如果在連接器和底板之間有(yǒu)一個缺口,此處所感應的(de)RF電壓可以使EMC性能下降。
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(jiān)填滿空(kōng)處。這個方(fāng)法(fǎ)要求有一個襯墊。金屬(shǔ)襯(chèn)墊(diàn)較好,隻要處理(lǐ)合適,也就是說,隻要表麵不被(bèi)汙染(rǎn),隻要手不觸(chù)及或損壞襯墊以(yǐ)及隻(zhī)要有足夠(gòu)的壓力,以保持好的、低阻抗的接觸。
別(bié)的方法是連接器裝接(jiē)頭片或者把連接器安裝在機殼上。此時,最大接觸麵稍微小些,且應嚴格控製接(jiē)頭片的尺(chǐ)寸和彈性。安裝屏蔽連(lián)接器時,在機殼上開口,開口的一側(cè)要去掉油汙,要仔細製作,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(zhī)道,在“極好”的係統當中(zhōng),這個問題一定要滿足(zú)發射要求,並(bìng)在生產線及時檢查。未緊(jǐn)固的或彎曲的襯(chèn)墊,安裝於關鍵區域的油汙上,將失效。
由於下(xià)述原因選用了EMI連接(jiē)器(qì)
1)導電發泡塑料是極其柔軟(ruǎn)的,且能放在連接器的整(zhěng)個周圍。這(zhè)就消除了(le)與另一機(jī)殼、襯墊有關的問題。
2)機械工程師可以在係(xì)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(yǒu)遮蔽要求時,可以用更柔軟的材料。
4)要求強迫(pò)冷卻的設計(jì),襯(chèn)墊最好有另一特點:連接器和(hé)機殼壁之間的縫應密封起來(lái),以減少氣漏。在有塵埃的環境中,襯(chèn)墊要起到係統內保持幹淨。
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