云端科技：連接器是接口電路與電纜之間的通道嗎？
發(fā)布日期：2019-08-16 瀏覽次數(shù)：2311連接器的主要作用是給電纜或接口電路提供一個(gè)良好的互連，并保證良好的接地。選用了一個(gè)不好的連接器也許會(huì)將前級濾波電路的效果毀于一旦，連接器要考慮阻抗匹配、針定義、接地接觸特性等。連接器選擇也要考慮ESD問題，如果是塑料封裝的連接器，就要保證表面縫隙到內(nèi)部金屬導(dǎo)體之間有足夠的空氣間隙。
有時(shí)安裝在電路板上的接口濾波電路有一個(gè)問題就是經(jīng)過濾波電路后的信號線在機(jī)箱內(nèi)較長，容易再次感應(yīng)上干擾信號，形成新的共模電流，導(dǎo)致電纜輻射。再次感應(yīng)的信號有兩個(gè)來源，一個(gè)是機(jī)箱內(nèi)的電磁波會(huì)感應(yīng)到電纜上，另一個(gè)是濾波電路前的干擾信號會(huì)通過寄生電容直接耦合到電纜端口上。解決這個(gè)問題的方法是盡量減小濾波后暴露在機(jī)箱內(nèi)的導(dǎo)線長度。帶有濾波功能的連接器是解決這個(gè)問題的理想器件。濾波連接器的每個(gè)插針上有一個(gè)低通濾波器，能夠?qū)⒉遽樕系墓材ｋ娏鳛V掉。這些濾波連接器往往在外形和尺寸上與普通連接器相同，可以直接替代普通連接器。由于連接器安裝在電纜進(jìn)入機(jī)箱的端口處，因此濾波后的導(dǎo)線不會(huì)再感應(yīng)上干擾信號，如圖3所示。
濾波連接器能夠防止濾波后的導(dǎo)線再次感應(yīng)上干擾
如果選擇了帶濾波的連接器，就要保證濾波連接器有良好的接地特性。特別是對于含有旁路電容的濾波連接器（大部分都含有），由于信號線中的大部分干擾被旁路到地上，因此在濾波器與地的接觸點(diǎn)上會(huì)有較大的干擾電流流過。如果濾波器與地的接觸阻抗較大，會(huì)在這個(gè)阻抗上產(chǎn)生較大的電壓降，導(dǎo)致嚴(yán)重的EMC問題。
以下幾點(diǎn)是選擇連接器的基本原則：
（1）接口信號連接器建議選用帶屏蔽外殼的連接器，尤其是高頻信號連接器。
（2）連接器的金屬外殼應(yīng)與機(jī)殼保持良好的電連續(xù)性，對于能夠360°環(huán)繞的連接器，則必須360°環(huán)繞連接，而且通常連接阻抗要小于1 mΩ。
（3）對于不能進(jìn)行360°環(huán)繞連接的連接器，則建議采用外殼四周有向上簧片的連接器，而且簧片必須有足夠的尺寸和性能（彈性），以保持與機(jī)殼間有良好的電連接。
（4）濾波連接器對產(chǎn)品EMC性能往往有很大的幫助，但其成本比較高，通常在采用板內(nèi)濾波、電纜屏蔽等方法能解決問題的情況下，就不采用濾波連接器。濾波連接器通常用在一些特殊的情況下，如嚴(yán)格的軍標(biāo)要求、惡劣工業(yè)環(huán)境的小批量應(yīng)用及一些特殊情況下的運(yùn)用等（如結(jié)構(gòu)尺寸限制等）。
（5）屏蔽線的屏蔽層要盡可能與接插件外殼保持360°的連接。對于做不到這一點(diǎn)的接口，通常有其他對應(yīng)的措施來保證接口的EMC性能。
（6）如果連接器安裝在線路板上，并且通過線路板上的地線與機(jī)箱相連，則要注意為連接器提供一個(gè)干凈的地，這個(gè)地與線路板上的信號地分開，僅通過一點(diǎn)連接，并且要與機(jī)箱保持良好的搭接。
四、PCB之間的互連是產(chǎn)品EMC的最薄弱環(huán)節(jié)
EMI問題常常因?yàn)楦咚?、高邊沿信號的互連而變得更為復(fù)雜，因此互連的過程通常伴隨著串?dāng)_和地參考電平的分離，一個(gè)沒有屏蔽或良好地平面的互連連接器，其間信號線之間的串?dāng)_要遠(yuǎn)比多層PCB中信號線之間的串?dāng)_大；互連連接器針腳的寄生電感造成的不同子系統(tǒng)之間的地阻抗，及其帶來的“0 V”參考點(diǎn)之間的壓差也要遠(yuǎn)比PCB中大（由于在各種不同結(jié)構(gòu)的“0V”參考點(diǎn)（地）之間會(huì)產(chǎn)生壓降，作為一個(gè)常用的參考電壓，這個(gè)壓降是有一定的限制。這種壓降在同一個(gè)PCB上要比在通過電纜連接不同的PCB上容易控制得多，因?yàn)橥ㄟ^電纜連接這種物理結(jié)構(gòu)對外界有更高的感應(yīng)）。
在已經(jīng)決定采用互連的產(chǎn)品系統(tǒng)中，互連連接器中信號之間的串?dāng)_和互連地（“0V”）阻抗，將是EMC設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。
（1）如果地針較少，那么信號的RF回路較大，產(chǎn)生較大的差模輻射（盡管有時(shí)候差模輻射并不是導(dǎo)致產(chǎn)品輻射超標(biāo)的主要因素）。
（2）如果不能保證每個(gè)信號線旁都至少有一個(gè)地針，那么不同信號之間容性耦合和感性耦合引起的串?dāng)_也將加劇。
（3）如果地針較少，其地針引起的總體等效寄生電感也較大，RF回流將產(chǎn)生較高的共模壓降，即在兩塊被互連的PCB之間就會(huì)有高頻RF電壓存在（除非有其他額外措施），高頻RF電壓在設(shè)備間就會(huì)產(chǎn)生共模電流，引起電流驅(qū)動(dòng)模式的共模輻射，加重產(chǎn)品系統(tǒng)整體輻射和傳導(dǎo)發(fā)射。
（4）即使地針足夠，解決的往往也只是互連信號之間的串?dāng)_問題。如圖4插板結(jié)構(gòu)產(chǎn)品互連示意圖所示。這種產(chǎn)品的機(jī)械結(jié)構(gòu)架構(gòu)中，通常高速總線位于背板中，并與插板互連。如果沒有額外的改進(jìn)措施，那么插板與背板之間形成的共模電壓UCM將是該產(chǎn)品形成EMI問題的主要原因，互連導(dǎo)致的共模輻射原理圖如圖5所示。
產(chǎn)品內(nèi)部互連連接器或互連電纜也是影響產(chǎn)品抗干擾能力的主要原因。因?yàn)榛ミB連接器或互連電纜的寄生電感而導(dǎo)致在高頻下的高阻抗。當(dāng)進(jìn)行類似BCI、EFT/B，ESD抗擾度測試時(shí)，測試時(shí)產(chǎn)生的共模瞬態(tài)干擾電流會(huì)流過互連連接器中或互連電纜的地（“0V”）線，由于互連連接器或互連電纜中地線的阻抗，必然會(huì)在互連連接器中的地線上產(chǎn)生共模壓降，如果互連連接器或互連電纜中地線的兩端的壓降 ΔUZ0V超過了互連連接器或互連電纜兩端電路的噪聲容限，就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。
因此，進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，避免互連連接器或互連電纜中有共模干擾電流流過是解決產(chǎn)品內(nèi)部互連EMC抗擾度問題的第一步。當(dāng)產(chǎn)品機(jī)械構(gòu)架不能避免共模干擾電流流過互連連接器或互連電纜時(shí)，產(chǎn)品內(nèi)部互連設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮如下幾點(diǎn)。
（1）有共模瞬態(tài)干擾電流流過互連連接器和互連電纜時(shí)，建議采用金屬外殼的互連連接器，電纜采用屏蔽電纜，而且連接器的金屬外殼與電纜的屏蔽層在電纜的兩端進(jìn)行360°搭接，并將互連信號中的“0 V”工作地與連接器的金屬外殼在PCB的信號輸入/輸出端直接互連。在不能直接互連時(shí)，通過旁路電容互連。對于接地設(shè)備，要將金屬板接大地。這樣做的目的是為了使引導(dǎo)共模瞬態(tài)干擾電流從互連連接器的外殼和電纜的屏蔽層流過，避免共模干擾電流流過互連連接器和互連電纜中的高阻抗線纜而產(chǎn)生瞬態(tài)壓降。
（2）如果只采用非金屬外殼互連連接器和非屏蔽電纜（如非屏蔽帶狀電纜），那么建議采用一塊額外的金屬板連接在互連連接器和非屏蔽電纜的兩端，并將互連信號中的“0 V”工作地與金屬板在PCB的信號輸入/輸出端直接互連。在不能直接互連時(shí)，通過旁路電容互連。對于接地設(shè)備，要將金屬板接大地。
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