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怎样预防和解决连接器的电磁干扰问题

发布日期:2018-01-03 11:31:56 【关闭】
摘要:当今,电子系统的时钟频率为几百兆Hz,所用脉冲的前后沿在亚纳秒范围,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。那么如何预防和解决连接器电磁干扰的问题值得我们关注。 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,解决电磁兼容性(EMC)就更艰难了。

      当今,电子系统的时钟频率为几百兆Hz,所用脉冲的前后沿在亚纳秒范围,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。那么如何预防和解决连接器电磁干扰的问题值得我们关注。
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,解决电磁兼容性(EMC)就更艰难了。
      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:噪声源的强度、干扰电流环绕面积的大小、变化速率。
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。
      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。
      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。
      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。
      在I/O区域内的共模噪声
      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:
      1)将去耦电容设置在紧挨负载处。
      2)快速变化的前后沿的脉冲电流,其环路尺寸应最小。
      3)使大电流器件(即驱动器和ASIC)远离I/O端口。
      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)。
      5)使用局部滤波,如RF铁氧体,可吸收RF干扰。
      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。
      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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