點擊(jī):0次 責任編輯:創始人 發表時間:2022-04-13 18:55:22
當今,電子係統的時鍾(zhōng)頻率為幾(jǐ)百兆赫(hè),所用脈(mò)衝的前後沿在亞納秒範圍,高質量視頻電路(lù)也(yě)用以亞納秒級的象素速率。這(zhè)些較高的處理速度表示了工程上受到不斷的挑(tiāo)戰(zhàn)。那(nà)麽如何預防和解決連接(jiē)器電磁幹擾的問題值得我們關注。
電路上振蕩速率變得更快(上升/下降時間(jiān)),電壓/電流幅度變得更大,問題變得更多。因此(cǐ),今天同以前相比,解決(jué)電磁兼容(róng)性(xìng)(EMC)就更艱難(nán)了。
在電路的兩個波節之前,快速變化(huà)的(de)脈衝電流,表示了所謂差模噪聲源(yuán),電(diàn)路(lù)周圍的電磁場可以耦合(hé)到其它元件上和侵入連接部(bù)分。經感(gǎn)性或容性耦合的噪聲是共(gòng)模幹擾。射頻幹擾電流是彼此相同的,係統可以建模為:由噪聲源(yuán)、“受害電路(lù)”或“接受(shòu)者”和回路(通常是底板)組(zǔ)成。用幾個因素來描述幹擾的大小:噪聲源的強度、幹擾電流(liú)環繞麵積的大小、變化速率。
噪聲的耦合和傳播
共模噪聲是由於不合理的設計產生(shēng)的。有些典型(xíng)的原(yuán)因是不同(tóng)線對中個別導線的長度不同,或到(dào)電源平麵或機殼的距離不同(tóng)。另一個原因是元件(jiàn)的缺陷,如磁(cí)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(shì)所謂“鐵芯扼(è)流圈”型貯能(néng)電感器,是用(yòng)在電源變換器之中的,總是產生電(diàn)磁場。磁路中的氣隙相當於串聯電(diàn)路中的一個(gè)大電阻,那兒要消耗較多的電能。
於是,鐵芯扼流圈,繞製在鐵氧體棒(bàng)上,在棒周圍產生強的電磁場,在電極(jí)附近有最強的場強。在使用回(huí)描結構(gòu)的開關(guān)電源中(zhōng),變壓器上必定有(yǒu)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(shì)螺旋管,使(shǐ)電磁(cí)場沿管芯長度方向分布。這就是在高(gāo)頻工作的磁性元件優選螺旋結構的原因之一。
不恰當的去(qù)耦電路通(tōng)常(cháng)也變成(chéng)幹(gàn)擾源。如果電路要求大的脈衝電流(liú),以及局部去耦時不(bú)能保證小電容或十分高的內阻需要,則由電源回路(lù)產(chǎn)生的電壓就下降。這相當於紋波,或者相當於終端間的電壓(yā)快速變化。由於封(fēng)裝的雜散電容(róng),幹擾(rǎo)能耦合到其它電路中去,引起共模問題。
當共(gòng)模電流汙染I/O接口電(diàn)路時,該問題必須解決在通過(guò)連(lián)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(diàn)路中,那兒I/O信號是單端(duān)的,且公用同一共同回路,要解決它,用小型LC濾波(bō)器濾掉噪聲。
在(zài)低頻串(chuàn)聯接口網絡中,有些雜散電容就足夠將噪聲(shēng)分流到底板上。差分(fèn)驅動的接口,如以(yǐ)太,通常是通過變壓器耦合到I/O區域(yù),是在變壓器一側或兩側(cè)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(jiāng)共模(mó)噪聲分流到底(dǐ)板上,以使信號(hào)不發生(shēng)失真。
在I/O區域內的共模噪聲
沒有一(yī)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(yào)目標是將電路設計好(hǎo),而常常忽略了一些視為簡單的細(xì)節。一些基本(běn)法則能使噪(zào)聲在到(dào)達連接器以前(qián),降至最小:
)將去耦電容設置在緊挨負載處。
2)快速(sù)變化的前後(hòu)沿的脈衝電流(liú),其環路尺寸應(yīng)最小。
3)使大電流器件(即(jí)驅動器和ASIC)遠離I/O端口。
4)測定信號的完整性,以保證(zhèng)過衝和下衝最小,特(tè)別(bié)是對於(yú)大電流的關鍵性信號(如時鍾(zhōng),總線)。
5)使用局(jú)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(shàng)或在I/O區域(yù)的(de)基準在底(dǐ)板上(shàng)。射頻噪(zào)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(shēng),還不能保證這(zhè)些預防措施(shī)能否成功地足夠滿足發射要求。有些噪(zào)聲是傳導幹擾,即在內(nèi)部電路板(bǎn)上按共模電流流動。這個幹擾源是在底板和(hé)電(diàn)路等之間。
於是,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(tōng)路流動。如果(guǒ)連接器沒呈現足夠低的阻抗(與(yǔ)底板的搭接處),這RF電流經雜(zá)散電容(róng)流(liú)動。當這RF電流(liú)流過電纜(lǎn)時,不可避免(miǎn)地產生發射(shè)。
使共模電流注入到I/O區的另一機理,是附(fù)近有強的幹擾源的耦合(hé)。甚至(zhì)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(lián)接(jiē)器和底板之間有一個缺(quē)口,此處所(suǒ)感應的RF電壓可以使EMC性能下降。
屏蔽(bì)連接器方法有,加指形簧片或墊(diàn)片。連接器的搭接,是在連接(jiē)器和機殼之間填滿空處。這個方法要求有一個襯墊。金屬襯墊較好(hǎo),隻要處理合適,也就是說,隻要表麵不被汙染,隻要手(shǒu)不觸及或損壞襯(chèn)墊以及隻要有足夠的壓力,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(zài)機殼上。此時,最大接觸麵稍微小些,且應(yīng)嚴格控製接頭片的尺寸和彈性。安(ān)裝屏蔽連接器時,在(zài)機(jī)殼上開口,開口的(de)一側要去掉油汙,要仔細製作,若公差不合適,導致(zhì)連接器在機殼內陷入太深,使搭(dā)接(jiē)中斷。每位EMC工程師知道(dào),在“極好”的係統當中,這個(gè)問(wèn)題一定要滿足發射要求,並在生產線(xiàn)及(jí)時檢查。未緊固(gù)的或彎曲的襯墊,安裝於關鍵(jiàn)區域的油(yóu)汙上,將失效。
由於下述原因選用(yòng)了EMI連接器
1)導(dǎo)電發(fā)泡塑料(liào)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(jī)殼、襯墊有關的問題。
2)機械工程師可以在係統機殼可(kě)接收的公差(chà)範(fàn)圍內安裝連接器(qì)。
3)連接器與機殼實現低阻抗搭接,以保證(zhèng)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(hǎo)有(yǒu)另一特點:連接器和機殼壁之間的縫應密封起來,以(yǐ)減少氣漏(lòu)。在有塵埃的環境中,襯墊要起到係統內保(bǎo)持幹淨。