“换入”连接器可以等关键满足严格的排放规范EN 55024和CISPR 24
威廉·e·昆兹博士
的电子公司。
加州森尼维尔市
介绍
时钟频率的几百兆赫,今天的电子系统使用脉冲sub-nanosecond范围的边缘。网络接口传送数据率接近1000 mbit / s(千兆以太网和FDDI-fiber分布式数据接口)和155和622 mbit / s (ATM-Asynchronous传输模式)。高质量视频电路也使用像素率sub-nanosecond范围。这些更高的处理速度的工程挑战
射频干扰的来源
其中一个挑战是射频干扰,这源于一个快速电磁能量的变化。转换速度越快(上升/下降时间),和电压/电流幅值越高,越有问题的电路。因此,电磁兼容性(EMC)是今天比以往任何时候都更难做到。
而快速变化的两个节点之间的电流脉冲电路代表所谓的微分噪声源,周围的田野这个电路可以夫妇和腐蚀连接到其他组件。通过电感或电容耦合噪声诱导代表共模干扰。射频干扰电流在相位,可以建模和系统显示来源,“受害者电路”或“接受者”,返回路径(通常是底盘)。几个因素是至关重要的在确定的干扰:
- 力量的来源
- 罪魁祸首电流包围的面积的大小
- 转换速率的变化
因此,尽管许多可能导致电路的干扰,噪声几乎总是它的类型。一旦有射频电压之间存在电缆插入一个I / O(输入/输出)连接器外壳或地平面,由此产生的射频电流甚至几马就足以超过容许排放水平。
典型的射频干扰的原因
噪声耦合和传播
所产生的共模噪声可以不到理想的布局。一些典型的原因是个人导体的长度的不平衡微分配对,或不同的权力距离飞机底盘。其他来源的缺陷在components-magnetic电感和变压器,电容器,活跃的设备(如asic(特定于应用程序的集成电路)。
磁性元件,特别是所谓的“鼻涕虫窒息”类型存储电感用于电力转换器,总是产生电磁场。一个气隙磁路中相当于一个大电阻串联电路,在大多数的应用能力是消散。因此,鼻涕虫窒息,这是建立在铁氧体杆,杆产生的强大磁场,与两极附近场密度最高。
在开关电源使用反激变换器拓扑,变压器必须有一个气隙,与高密度磁场有关。组件最适合“保持自己“环形线圈,分配领域通过核心的长度。这一特点的原因之一是高频的环形建筑的普及网络磁学。
回路解耦往往成为干扰的来源不足。如果一个电路需要高脉冲电流,如果不能够支持当地的解耦的需要,因为电容或相对较高的内部阻抗低,产生的电压供应循环下降。这发生相当于一个涟漪,或快速改变终端之间的电压。通过包的寄生电容,这个事件可以到其他电路,导致模问题。
共模噪声的I / O
当电路用于一个I / O接口是共模噪音,污染的问题必须得到解决之前,通过连接器。不同的应用需要不同的方式处理这个问题。在电子电路、I / O信号是单端和共同回报,共享相同的解决方案是过滤掉噪音小LC滤波器。在低频率串行接口网络,一些电容分流底盘可能就足够了。不同驱动接口、以太网和FDDI等通常变压器耦合到I / O区域,与中心龙头提供变压器的一侧或两侧。这些中心龙头通过高压电容器连接到底盘,因此分流底盘不会引起的共模噪声信号的失真。
没有通用的解决方案,所有类型的I / O接口。设计师意图获取电路工作经常忽略简单的细节。应遵循一些基本规则来减少噪声的数量才能进入连接器:
- 定位解耦电容负载
- 减少循环脉冲电流的大小与快速边缘
- 保持大电流设备(即。、司机和asic)从I / O端口
- 评估信号完整性保证最低over-or-undershoot,特别是在高电流关键信号(即。、时钟总线)。
- 在必要时使用本地过滤等射频铁氧体吸收射频干扰
- 提供一个低阻抗的债券或引用的底盘的I / O
即使上面列出的设计师需要大多数的预防措施来减少I / O的射频噪声区域,无法保证努力会成功足以满足排放要求。一些噪音将从内部电路板的共模电流。这种干扰的来源是在底盘和董事会circuit-etch之间。因此,该射频电流将沿着一条路径,通过阻抗最低,底盘和载波信号之间的线。如果连接器不存在足够低阻抗(债券底盘),该射频电流将通过寄生电容旅行。虽然通过电缆、排放是不可避免的产生(图1)。
另一个机制注入一个I / O地区共模电流是通过耦合从附近的强干扰的来源。甚至一些“屏蔽”用金属覆盖连接器顶部也不能幸免在这种情况下因为罪魁祸首来源可以连接器的底部附近,在PC环境。如果有打开连接器和参考之间的底盘,诱导射频电压这两个实体之间可以证明有害的电磁兼容性能。
选择正确的连接器对射频干扰
有包装的技术连接器额外的手指股票或垫圈。连接器提供焊接填充空间的连接器和外壳之间。这种方法需要垫圈(图2)。金属或金属浸渍塑料垫圈如果处理不当,是工作,如果残留的表面是免费的从安装程序的手,如果压力足以保持良好,低阻抗的接触。
其他连接器配有标签或另一个连接到外壳的手段。这种安排的最大的接触面积是很小,和最佳的接触可以限制选项卡的大小和它的灵活性。当使用的断路器外壳屏蔽连接器,断路的双方必须准备好通过移除任何油漆(图2 b)。任何松弛宽容可能导致这个连接器外壳内嵌太远。同时,债券将成为间歇性如果手指卷入任何障碍或其他损坏。每一个电磁兼容工程师都知道的关键区别“黄金系统”资格满足排放要求和一个随机取自审计的生产线。宽松的垫圈或弯曲标签安装在油漆关键领域(如连接器图样)会导致不符合和挫折(图3)。
对严重电磁干扰条件下,密封连接器应考虑的原因。垫圈的导电fabric-over-foam非常灵活,可以安装在整个连接器。在PCB安装应用程序中,一个三角形的配置通常是最合适的。机械工程师可以在一个可接受的位置连接器通过面板尺寸公差系统的方案。连接器使得底盘低阻抗债券,消除担忧联系的一致性。一个垫片,幻灯片内的围墙的问题要少得多相对于屏蔽涂料时应用的要求。对于强制冷却的设计,一个最佳的垫片配置可以提供一个额外的好处。在密封连接器和墙之间的差距,减少空气泄漏。(参见图4)。最后,在尘土飞扬的环境中,一个垫片有助于保持系统的内部清洁。
合规与成本
实现一个EMC解决方案的总成本必须考虑上下文的情况下,特别是如果情况带来了满足排放规范如EN 55024的失败和CISPR 24。在这些情况下,一个EMI / RFI问题通常由最终发现测试在测试实验室。当设计师面临的选择,从完成电路设计,以交换在EMI / RFI抑制关键I / O连接器领域,交换的选择显然是更有利的,即使EMI / RFI抑制连接器更昂贵。它并不罕见,一旦发现基于连接器解决方案,实现一个纠正过程以天,而不是几周和几个月的耗时的电路设计和测试。关键是确定“正确”的EMI / RFI连接器,连接器或组合,将导致最具成本效益和及时的解决方案。
结论
必须注意识别和理解的贡献水平和类型的干扰源。今天市场上可用的各种连接器使设计师选择优化设计为一个特定的接口。标准的形状注册插孔- 45、mini-din D-subs和其他类型的连接器可用装有EMI / RFI抑制盾牌,过滤器,或垫圈。“换入”连接器解决方案可以提供EMI / RFI排放问题的解决方案必须解决满足严格的排放规范如EN 55024和CISPR 24。
威廉·e·昆兹博士保持一个学士,硕士,and Ph.D. degrees in electrical engineering from the University of Illinois. He has held positions with Watkins-Johnson Company, Mountain Network Solutions, Inc. and WEK Technologies. Dr. Kunz is an executive vice president at Regal Electronics, Inc. (408) 988-2288.