云端科技:连接器是接口电路与电缆之间的通道吗?

发布日期:2019-08-16 浏览次数:1046

连接器的主要作用是给电缆或接口电路提供一个良好的互连,并保证良好的接地。选用了一个不好的连接器也许会将前级滤波电路的效果毁于一旦,连接器要考虑阻抗匹配、针定义、接地接触特性等。连接器选择也要考虑ESD问题,如果是塑料封装的连接器,就要保证表面缝隙到内部金属导体之间有足够的空气间隙。

有时安装在电路板上的接口滤波电路有一个问题就是经过滤波电路后的信号线在机箱内较长,容易再次感应上干扰信号,形成新的共模电流,导致电缆辐射。再次感应的信号有两个来源,一个是机箱内的电磁波会感应到电缆上,另一个是滤波电路前的干扰信号会通过寄生电容直接耦合到电缆端口上。解决这个问题的方法是尽量减小滤波后暴露在机箱内的导线长度。带有滤波功能的连接器是解决这个问题的理想器件。滤波连接器的每个插针上有一个低通滤波器,能够将插针上的共模电流滤掉。这些滤波连接器往往在外形和尺寸上与普通连接器相同,可以直接替代普通连接器。由于连接器安装在电缆进入机箱的端口处,因此滤波后的导线不会再感应上干扰信号,如图3所示。
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滤波连接器能够防止滤波后的导线再次感应上干扰

如果选择了带滤波的连接器,就要保证滤波连接器有良好的接地特性。特别是对于含有旁路电容的滤波连接器(大部分都含有),由于信号线中的大部分干扰被旁路到地上,因此在滤波器与地的接触点上会有较大的干扰电流流过。如果滤波器与地的接触阻抗较大,会在这个阻抗上产生较大的电压降,导致严重的EMC问题。

以下几点是选择连接器的基本原则:

(1)接口信号连接器建议选用带屏蔽外壳的连接器,尤其是高频信号连接器。

(2)连接器的金属外壳应与机壳保持良好的电连续性,对于能够360°环绕的连接器,则必须360°环绕连接,而且通常连接阻抗要小于1 mΩ。

(3)对于不能进行360°环绕连接的连接器,则建议采用外壳四周有向上簧片的连接器,而且簧片必须有足够的尺寸和性能(弹性),以保持与机壳间有良好的电连接。

(4)滤波连接器对产品EMC性能往往有很大的帮助,但其成本比较高,通常在采用板内滤波、电缆屏蔽等方法能解决问题的情况下,就不采用滤波连接器。滤波连接器通常用在一些特殊的情况下,如严格的军标要求、恶劣工业环境的小批量应用及一些特殊情况下的运用等(如结构尺寸限制等)。

(5)屏蔽线的屏蔽层要尽可能与接插件外壳保持360°的连接。对于做不到这一点的接口,通常有其他对应的措施来保证接口的EMC性能。

(6)如果连接器安装在线路板上,并且通过线路板上的地线与机箱相连,则要注意为连接器提供一个干净的地,这个地与线路板上的信号地分开,仅通过一点连接,并且要与机箱保持良好的搭接。

四、PCB之间的互连是产品EMC的最薄弱环节

EMI问题常常因为高速、高边沿信号的互连而变得更为复杂,因此互连的过程通常伴随着串扰和地参考电平的分离,一个没有屏蔽或良好地平面的互连连接器,其间信号线之间的串扰要远比多层PCB中信号线之间的串扰大;互连连接器针脚的寄生电感造成的不同子系统之间的地阻抗,及其带来的“0 V”参考点之间的压差也要远比PCB中大(由于在各种不同结构的“0V”参考点(地)之间会产生压降,作为一个常用的参考电压,这个压降是有一定的限制。这种压降在同一个PCB上要比在通过电缆连接不同的PCB上容易控制得多,因为通过电缆连接这种物理结构对外界有更高的感应)。

在已经决定采用互连的产品系统中,互连连接器中信号之间的串扰和互连地(“0V”)阻抗,将是EMC设计的重点。

(1)如果地针较少,那么信号的RF回路较大,产生较大的差模辐射(尽管有时候差模辐射并不是导致产品辐射超标的主要因素)。

(2)如果不能保证每个信号线旁都至少有一个地针,那么不同信号之间容性耦合和感性耦合引起的串扰也将加剧。

(3)如果地针较少,其地针引起的总体等效寄生电感也较大,RF回流将产生较高的共模压降,即在两块被互连的PCB之间就会有高频RF电压存在(除非有其他额外措施),高频RF电压在设备间就会产生共模电流,引起电流驱动模式的共模辐射,加重产品系统整体辐射和传导发射。

(4)即使地针足够,解决的往往也只是互连信号之间的串扰问题。如图4插板结构产品互连示意图所示。这种产品的机械结构架构中,通常高速总线位于背板中,并与插板互连。如果没有额外的改进措施,那么插板与背板之间形成的共模电压UCM将是该产品形成EMI问题的主要原因,互连导致的共模辐射原理图如图5所示。

产品内部互连连接器或互连电缆也是影响产品抗干扰能力的主要原因。因为互连连接器或互连电缆的寄生电感而导致在高频下的高阻抗。当进行类似BCI、EFT/B,ESD抗扰度测试时,测试时产生的共模瞬态干扰电流会流过互连连接器中或互连电缆的地(“0V”)线,由于互连连接器或互连电缆中地线的阻抗,必然会在互连连接器中的地线上产生共模压降,如果互连连接器或互连电缆中地线的两端的压降 ΔUZ0V超过了互连连接器或互连电缆两端电路的噪声容限,就会产生错误。

因此,进行产品设计时,避免互连连接器或互连电缆中有共模干扰电流流过是解决产品内部互连EMC抗扰度问题的第一步。当产品机械构架不能避免共模干扰电流流过互连连接器或互连电缆时,产品内部互连设计应该考虑如下几点。

(1)有共模瞬态干扰电流流过互连连接器和互连电缆时,建议采用金属外壳的互连连接器,电缆采用屏蔽电缆,而且连接器的金属外壳与电缆的屏蔽层在电缆的两端进行360°搭接,并将互连信号中的“0 V”工作地与连接器的金属外壳在PCB的信号输入/输出端直接互连。在不能直接互连时,通过旁路电容互连。对于接地设备,要将金属板接大地。这样做的目的是为了使引导共模瞬态干扰电流从互连连接器的外壳和电缆的屏蔽层流过,避免共模干扰电流流过互连连接器和互连电缆中的高阻抗线缆而产生瞬态压降。

(2)如果只采用非金属外壳互连连接器和非屏蔽电缆(如非屏蔽带状电缆),那么建议采用一块额外的金属板连接在互连连接器和非屏蔽电缆的两端,并将互连信号中的“0 V”工作地与金属板在PCB的信号输入/输出端直接互连。在不能直接互连时,通过旁路电容互连。对于接地设备,要将金属板接大地。
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