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连接器上的各种电磁干扰

导读: 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。

  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。

  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。

  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。

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