面对连接器的电磁干扰问题，我们当如何预防及解决?

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　　射频干扰源
% y- m0 ], f0 O& \　　当今，电子系统的时钟频率为几百兆赫，所用脉冲的前后沿在亚纳秒范围。网络接口传输数据速率为100Mbit/s和155与622Mbit/s(ATM-异步传输模)。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。
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　　(图片来自电蜂)
　　这样的挑战之一是射频(RF)干扰，这是由于电磁能量的快速变化引起的。电路上振荡速率变得更快(上升/下降时间)，电压/电流幅度变得更大，问题变得更多。因此，今天同以前相比，解决电磁兼容性(EMC)就更艰难了。
! R2 \" K. \# u. Y3 [. T- i　　在电路的两个波节之前，快速变化的脉冲电流，表示了所谓差模噪声源，电路周围的电磁场可以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干扰。射频干扰电流是彼此相同的，系统可以建模为：由噪声源、“受害电路”或“接受者”和回路(通常是底板)组成。用几个因素来描述干扰的大小：
4 P3 A3 y; X+ E3 E2 i! [　　●噪声源的强度
% K* d& o, ]; I4 [　　●干扰电流环绕面积的大小
, {& c) V" j' i6 g　　●变化速率
2 M( D% Z9 a2 @$ f' S, `　　于是，尽管在电路中有很可能产生不希望的干扰，噪声几乎总是共模型的。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。
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7 ^- ^+ Q) p' r6 Z　　噪声的耦合和传播
　　共模噪声是由于不合理的设计产生的。有些典型的原因是不同线对中个别导线的长度不同，或到电源平面或机壳的距离不同。另一个原因是元件的缺陷，如磁感应线圈与变压器，电容器与有源器件(例如应用特殊的集成电路(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，总是产生电磁场。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。于是，铁芯扼流圈，绕制在铁氧体棒上，在棒周围产生强的电磁场，在电极附近有最强的场强。在使用回描结构的开关电源中，变压器上必定有一个空隙，其间有很强的磁场。在其中保持磁场最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。

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3 K. q* {! k8 z$ Z, l. n　　不恰当的去耦电路通常也变成干扰源。如果电路要求大的脉冲电流，以及局部去耦时不能保证小电容或十分高的内阻需要，则由电源回路产生的电压就下降。这相当于纹波，或者相当于终端间的电压快速变化。由于封装的杂散电容，干扰能耦合到其它电路中去，引起共模问题。
, W2 ]8 H5 A# }2 K% ~& w　　当共模电流污染I/O接口电路时，该问题必须解决在通过连接器之前。不同的应用，建议用不同的方法来解决这个问题。在视频电路中，那儿I/O信号是单端的，且公用同一共同回路，要解决它，用小型LC滤波器滤掉噪声。在低频串联接口网络中，有些杂散电容就足够将噪声分流到底板上。差分驱动的接口，如以太，通常是通过变压器耦合到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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- K4 U" S3 V+ s4 b" J　　在I/O区域内的共模噪声
8 {: \7 W  N8 E  q. @% S8 W　　没有一个通用办法来解决所有类型的I/O接口的问题。设计师们的主要目标是将电路设计好，而常常忽略了一些视为简单的细节。一些基本法则能使噪声在到达连接器以前，降至最小：
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　　(图片由电蜂商城提供)
3 L$ Y8 B$ Z$ R0 @% Z　　1)将去耦电容设置在紧挨负载处。
3 W% P9 u8 v' y　　2)快速变化的前后沿的脉冲电流，其环路尺寸应最小。
8 g% R. O( |2 T8 X4 P$ d# |8 L: ]' H$ o　　3)使大电流器件(即驱动器和ASIC)远离I/O端口。
# N- q  J% g4 m( p9 e　　4)测定信号的完整性，以保证过冲和下冲最小，特别是对于大电流的关键性信号(如时钟，总线)。
" B1 H$ _% A" _' v+ ~2 L　　5)使用局部滤波，如RF铁氧体，可吸收RF干扰。
# h& R4 L' w, h. W　　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。
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5 x) E0 Y- A9 z5 D/ `8 P　　射频噪声和连接器
5 F8 T3 n8 \# h* k/ a& H( |　　即使工程师采取许多上述所列的预防措施，来减小在I/O区内的RF噪声，还不能保证这些预防措施能否成功地足够满足发射要求。有些噪声是传导干扰，即在内部电路板上按共模电流流动。这个干扰源是在底板和电路等之间。于是，这个RF电流一定通过最低阻抗(在底板和载信号线之间)的通路流动。如果连接器没呈现足够低的阻抗(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，不可避免地产生发射。
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/ y! [1 c' P# H: d, s7 I$ O, b　　使共模电流注入到I/O区的另一机理，是附近有强的干扰源的耦合。甚至有些“屏蔽”连接器也无用，因为干扰源就在连接器附近，如PC机环境。如果在连接器和底板之间有一个缺口，此处所感应的RF电压可以使EMC性能下降。
　　屏蔽连接器方法有，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。这个方法要求有一个衬垫(图2A)。金属衬垫较好，只要处理合适，也就是说，只要表面不被污染，只要手不触及或损坏衬垫以及只要有足够的压力，以保持好的、低阻抗的接触。

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　　(高清图片上电蜂查看)
9 ^5 ~8 E7 H& p  Y　　别的方法是连接器装接头片或者把连接器安装在机壳上。此时，最大接触面稍微小些，且应严格控制接头片的尺寸和弹性。安装屏蔽连接器时，在机壳上开口，开口的一侧要去掉油污(图2B)，要仔细制作，若公差不合适，导致连接器在机壳内陷入太深，使搭接中断。每位EMC工程师知道，在“极好”的系统当中，这个问题一定要满足发射要求，并在生产线及时检查。未紧固的或弯曲的衬垫，安装于关键区域(如安装连接器的开口)的油污上，将失效。
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3 _/ c6 f6 y0 g9 C! b　　由于下述原因选用了EMI连接器;
　　1)导电发泡塑料是极其柔软的，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。
4 ]9 `# F. k6 O+ D　　2)机械工程师可以在系统机壳可接收的公差范围内安装连接器。
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　　3)连接器与机壳实现低阻抗搭接，以保证良好接触。机壳壁内侧上的衬垫，当要涂漆有遮蔽要求时，可以用更柔软的材料。
　　4)要求强迫冷却的设计，衬垫最好有另一特点：连接器和机壳壁之间的缝应密封起来，以减少气漏。在有尘埃的环境中，衬垫要起到系统内保持干净。
4 b; s$ B, [2 d. Q+ J7 K　　结论
　　当前市场上有各种各样的连接器，能使设计师为特殊接口，获得最佳设计。
& h1 E: f/ ]5 z3 D2 o　　温馨提示
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- ]5 q, c$ J% D9 D2 A9 f　　本文来源：https://www.elecbee.cn/
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