連接器的射頻幹擾和噪聲
發布時間:2011-09-20 來源:微波射頻網
中心議題:
射頻幹擾源
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
共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)是(shi)由(you)於(yu)不(bu)合(he)理(li)的(de)設(she)計(ji)產(chan)生(sheng)的(de)。有(you)些(xie)典(dian)型(xing)的(de)原(yuan)因(yin)是(shi)不(bu)同(tong)線(xian)對(dui)中(zhong)個(ge)別(bie)導(dao)線(xian)的(de)長(chang)度(du)不(bu)同(tong),或(huo)到(dao)電(dian)源(yuan)平(ping)麵(mian)或(huo)機(ji)殼(ke)的(de)距(ju)離(li)不(bu)同(tong)。另(ling)一(yi)個(ge)原(yuan)因(yin)是(shi)元(yuan)件(jian)的(de)缺(que)陷(xian),如(ru)磁(ci)感(gan)應(ying)線(xian)圈(quan)與(yu)變(bian)壓(ya)器(qi),電(dian)容(rong)器(qi)與(yu)有(you)源(yuan)器(qi)件(jian)(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。
不bu恰qia當dang的de去qu耦ou電dian路lu通tong常chang也ye變bian成cheng幹gan擾rao源yuan。如ru果guo電dian路lu要yao求qiu大da的de脈mai衝chong電dian流liu,以yi及ji局ju部bu去qu耦ou時shi不bu能neng保bao證zheng小xiao電dian容rong或huo十shi分fen高gao的de內nei阻zu需xu要yao,則ze由you電dian源yuan回hui路lu產chan生sheng的de電dian壓ya就jiu下xia降jiang。這zhe相xiang當dang於yu紋wen波bo,或huo者zhe相xiang當dang於yu終zhong端duan間jian的de電dian壓ya快kuai速su變bian化hua。由you於yu封feng裝zhuang的de雜za散san電dian容rong,幹gan擾rao能neng耦ou合he到dao其qi它ta電dian路lu中zhong去qu,引yin起qi共gong模mo問wen題ti。
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daoI/O區(qu)域(yu),是(shi)在(zai)變(bian)壓(ya)器(qi)一(yi)側(ce)或(huo)兩(liang)側(ce)的(de)中(zhong)心(xin)抽(chou)頭(tou)提(ti)供(gong)耦(ou)合(he)的(de)。這(zhe)些(xie)中(zhong)心(xin)抽(chou)頭(tou)經(jing)高(gao)壓(ya)電(dian)容(rong)器(qi)與(yu)底(di)板(ban)相(xiang)連(lian),將(jiang)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)分(fen)流(liu)到(dao)底(di)板(ban)上(shang),以(yi)使(shi)信(xin)號(hao)不(bu)發(fa)生(sheng)失(shi)真(zhen)。
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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。
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RFzaosheng,haibunengbaozhengzhexieyufangcuoshinengfouchenggongdizugoumanzufasheyaoqiu。youxiezaoshengshichuandaoganrao,jizaineibudianlubanshangangongmodianliuliudong。zhegeganraoyuanshizaidibanhedianludengzhijian。yushi,zhegeRF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)。

圖1 RF噪聲為何到達電纜
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(圖1B)。
圖2 連接器設計選擇
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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,隻要處理合適,也就是說,隻要表麵不被汙染,隻要手不觸及或損壞襯墊以及隻要有足夠的壓力,以保持好的、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(圖2B),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(如安裝連接器的開口)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。
- 認識射頻幹擾源
- 討論連接器的射頻幹擾和噪聲
- 將去耦電容設置在緊挨負載處
- 連接器與機殼實現低阻抗搭接
射頻幹擾源
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
共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)是(shi)由(you)於(yu)不(bu)合(he)理(li)的(de)設(she)計(ji)產(chan)生(sheng)的(de)。有(you)些(xie)典(dian)型(xing)的(de)原(yuan)因(yin)是(shi)不(bu)同(tong)線(xian)對(dui)中(zhong)個(ge)別(bie)導(dao)線(xian)的(de)長(chang)度(du)不(bu)同(tong),或(huo)到(dao)電(dian)源(yuan)平(ping)麵(mian)或(huo)機(ji)殼(ke)的(de)距(ju)離(li)不(bu)同(tong)。另(ling)一(yi)個(ge)原(yuan)因(yin)是(shi)元(yuan)件(jian)的(de)缺(que)陷(xian),如(ru)磁(ci)感(gan)應(ying)線(xian)圈(quan)與(yu)變(bian)壓(ya)器(qi),電(dian)容(rong)器(qi)與(yu)有(you)源(yuan)器(qi)件(jian)(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。
不bu恰qia當dang的de去qu耦ou電dian路lu通tong常chang也ye變bian成cheng幹gan擾rao源yuan。如ru果guo電dian路lu要yao求qiu大da的de脈mai衝chong電dian流liu,以yi及ji局ju部bu去qu耦ou時shi不bu能neng保bao證zheng小xiao電dian容rong或huo十shi分fen高gao的de內nei阻zu需xu要yao,則ze由you電dian源yuan回hui路lu產chan生sheng的de電dian壓ya就jiu下xia降jiang。這zhe相xiang當dang於yu紋wen波bo,或huo者zhe相xiang當dang於yu終zhong端duan間jian的de電dian壓ya快kuai速su變bian化hua。由you於yu封feng裝zhuang的de雜za散san電dian容rong,幹gan擾rao能neng耦ou合he到dao其qi它ta電dian路lu中zhong去qu,引yin起qi共gong模mo問wen題ti。
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daoI/O區(qu)域(yu),是(shi)在(zai)變(bian)壓(ya)器(qi)一(yi)側(ce)或(huo)兩(liang)側(ce)的(de)中(zhong)心(xin)抽(chou)頭(tou)提(ti)供(gong)耦(ou)合(he)的(de)。這(zhe)些(xie)中(zhong)心(xin)抽(chou)頭(tou)經(jing)高(gao)壓(ya)電(dian)容(rong)器(qi)與(yu)底(di)板(ban)相(xiang)連(lian),將(jiang)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)分(fen)流(liu)到(dao)底(di)板(ban)上(shang),以(yi)使(shi)信(xin)號(hao)不(bu)發(fa)生(sheng)失(shi)真(zhen)。
[page]
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。
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RFzaosheng,haibunengbaozhengzhexieyufangcuoshinengfouchenggongdizugoumanzufasheyaoqiu。youxiezaoshengshichuandaoganrao,jizaineibudianlubanshangangongmodianliuliudong。zhegeganraoyuanshizaidibanhedianludengzhijian。yushi,zhegeRF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)。

圖1 RF噪聲為何到達電纜
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(圖1B)。

圖2 連接器設計選擇
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,隻要處理合適,也就是說,隻要表麵不被汙染,隻要手不觸及或損壞襯墊以及隻要有足夠的壓力,以保持好的、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(圖2B),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(如安裝連接器的開口)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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