連接器上的各種電磁干擾

名稱:連接器上的各種電磁干擾
射頻干擾源
當今，電子系統的時鐘頻率為幾百兆赫，所用脈衝的前後沿在亞納秒範圍。網路介面傳輸數據速率為１００Ｍbit/s和１５５與６２２Mbit/s（ＡＴＭ－非同步傳輸模）。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）干擾，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。
在電路的兩個波節之前，快速變化的脈衝電流，表示了所謂差模雜訊源，電路周圍的電磁場可以耦合到其它元件上和侵入連接部分。經感性或容性耦合的雜訊是共模干擾。射頻干擾電流是彼此相同的，系統可以建模為：由雜訊源、「受害電路」或「接受者」和迴路（通常是底板）組成。用幾個因素來描述干擾的大小：
●雜訊源的強度
●干擾電流環繞面積的大小
●變化速率
於是，儘管在電路中有很可能產生不希望的干擾，雜訊幾乎總是共模型的。一旦在輸入／輸出（Ｉ／Ｏ）連接器和機殼或地平面之間接入電纜，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。
雜訊的耦合和傳播
共模雜訊是由於不合理的設計產生的。有些典型的原因是不同線對中個別導線的長度不同，或到電源平面或機殼的距離不同。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（例如應用特殊的集成電路（ＡＳＩＣ））。
磁性元件，特別是所謂「鐵芯扼流圈」型貯能電感器，是用在電源變換器之中的，總是產生電磁常磁路中的氣隙相當於串聯電路中的一個大電阻，那兒要消耗較多的電能。於是，鐵芯扼流圈，繞制在鐵氧體棒上，在棒周圍產生強的電磁場，在電極附近有最強的場強。在使用回描結構的開關電源中，變壓器上必定有一個空隙，其間有很強的磁常在其中保持磁場最合適的元件是螺旋管，使電磁場沿管芯長度方向分佈。這就是在高頻工作的磁性元件優選螺旋結構的原因之一。
不恰當的去耦電路通常也變成干擾源。如果電路要求大的脈衝電流，以及局部去耦時不能保證小電容或十分高的內阻需要，則由電源迴路產生的電壓就下降。這相當於紋波，或者相當於終端間的電壓快速變化。由於封裝的雜散電容，干擾能耦合到其它電路中去，引起共模問題。
當共模電流污染Ｉ／Ｏ介面電路時，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，且公用同一共同迴路，要解決它，用小型ＬＣ濾波器濾掉雜訊。在低頻串聯介面網路中，有些雜散電容就足夠將雜訊分流到底板上。差分驅動的介面，如以太，通常是通過變壓器耦合到Ｉ／Ｏ區域，是在變壓器一側或兩側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，將共模雜訊分流到底板上，以使信號不發生失真。
在Ｉ／Ｏ區域內的共模雜訊
沒有一個通用辦法來解決所有類型的Ｉ／Ｏ介面的問題。設計師們的主要目標是將電路設計好，而常常忽略了一些視為簡單的細節。一些基本法則能使雜訊在到達連接器以前，降至最小：
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，其環路尺寸應最校
３）使大電流器件（即驅動器和ＡＳＩＣ）遠離Ｉ／Ｏ埠。
４）測定信號的完整性，以保證過沖和下沖最小，特別是對於大電流的關鍵性信號（如時鐘，匯流排）。
５）使用局部濾波，如ＲＦ鐵氧體，可吸收ＲＦ干擾。
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。
射頻雜訊和連接器
即使工程師採取許多上述所列的預防措施，來減小在Ｉ／Ｏ區內的ＲＦ雜訊，還不能保證這些預防措施能否成功地足夠滿足發射要求。有些雜訊是傳導干擾，即在內部電路板上按共模電流流動。這個干擾源是在底板和電路等之間。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，不可避免地產生髮射（圖１Ａ）。
使共模電流注入到Ｉ／Ｏ區的另一機理，是附近有強的干擾源的耦合。甚至有些「屏蔽」連接器也無用，因為干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）。
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，只要處理合適，也就是說，只要表面不被污染，只要手不觸及或損壞襯墊以及只要有足夠的壓力，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機殼上。此時，最大接觸面稍微小些，且應嚴格控制接頭片的尺寸和彈性。安裝屏蔽連接器時，在機殼上開口，開口的一側要去掉油污（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」的系統當中，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）的油污上，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）機械工程師可以在系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，襯墊要起到系統內保持乾淨。
結論
當前市場上有各種各樣的連接器，能使設計師為特殊介面，獲得最佳設計。