如何预防和解决连接器的电磁干扰问题？
|
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，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，今天同以前相比，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。 |
