连接器的射频干扰和噪声原理简介

　　连接器，与我们的生活息息相关，扮演着重要的角色，因此了解一些连接器相关的知识还是十分有必要的。下文中，连接器网电子工程师就来为您详细介绍一下连接器的射频干扰和噪声原理，希望通过我们的介绍，您能连接器有一个更深入的认识。

　　当下，电子系统时钟频率是几百兆赫，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

　　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。

　　射频噪声和连接器

　　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(图1A)。

图1 RF噪声为何到达电缆

　　使共模电流注入到I/O区的另一机理，是附近有强的干扰源的耦合。甚至有些“屏蔽”连接器也无用，因为干扰源就在连接器附近，如PC机环境。如果在连接器和底板之间有一个缺口，此处所感应的RF电压可以使EMC性能下降(图1B)。

图2 连接器设计选择

　　屏蔽连接器方法有，加指形簧片或垫片。连接器的搭接，是在连接器和机壳之间填满空处。这个方法要求有一个衬垫(图2A)。金属衬垫较好，只要处理合适，也就是说，只要表面不被污染，只要手不触及或损坏衬垫以及只要有足够的压力，以保持好的、低阻抗的接触。

　　别的方法是连接器装接头片或者把连接器安装在机壳上。此时，最大接触面稍微小些，且应严格控制接头片的尺寸和弹性。安装屏蔽连接器时，在机壳上开口，开口的一侧要去掉油污(图2B)，要仔细制作，若公差不合适，导致连接器在机壳内陷入太深，使搭接中断。每位EMC工程师知道，在“极好”的系统当中，这个问题一定要满足发射要求，并在生产线及时检查。未紧固的或弯曲的衬垫，安装于关键区域(如安装连接器的开口)的油污上，将失效。

　　由于下述原因选用了EMI连接器;

　　1)导电发泡塑料是极其柔软的，且能放在连接器的整个周围。这就消除了与另一机壳、衬垫有关的问题。

　　2)机械工程师可以在系统机壳可接收的公差范围内安装连接器。

　　3)连接器与机壳实现低阻抗搭接，以保证良好接触。机壳壁内侧上的衬垫，当要涂漆有遮蔽要求时，可以用更柔软的材料。

　　4)要求强迫冷却的设计，衬垫最好有另一特点：连接器和机壳壁之间的缝应密封起来，以减少气漏。在有尘埃的环境中，衬垫要起到系统内保持干净。

　　结论

　　当前市场上有各种各样的连接器，能使设计师为特殊接口，获得最佳设计。

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