轉(zhuǎn)載自：線束世界

線束到 PCB 連接處的電磁干擾 （EMI） 是現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)中最大的挑戰(zhàn)之一。這些接口點(diǎn)充當(dāng)弱點(diǎn)，不需要的信號(hào)可能會(huì)逃脫您精心設(shè)計(jì)的電路，從而導(dǎo)致系統(tǒng)故障。

本常見問題解答討論了四種協(xié)同工作的技術(shù)：屏蔽連接器、智能 PCB 布局、正確接地和共模扼流圈。將這些方法作為一個(gè)集成系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，您可以在保持設(shè)計(jì)靈活性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)可靠的 EMC 合規(guī)性。

屏蔽連接器提供第一道防線

當(dāng)高頻信號(hào)通過連接器時(shí)，如果屏蔽層破裂，它們會(huì)輻射電磁場(chǎng)。這種輻射會(huì)干擾附近的電路，從而導(dǎo)致系統(tǒng)故障。

屏蔽連接器使用三種主要方法解決這些問題：

完整的 360 度屏蔽覆蓋所有信號(hào)接觸點(diǎn)和 SMT 連接區(qū)域。

多個(gè)接地點(diǎn)為電流安全返回創(chuàng)建了多條路徑。

受控阻抗設(shè)計(jì)在整個(gè)連接過程中保持一致的電磁邊界。

現(xiàn)在， 圖 1 顯示了 10 GHz 頻率下的真實(shí)性能數(shù)據(jù)。比較揭示了屏蔽連接器的性能要好得多。傳統(tǒng)連接器表現(xiàn)出較強(qiáng)的電磁場(chǎng)發(fā)射。但屏蔽設(shè)計(jì)顯示的場(chǎng)輻射幾乎為零。

圖 1.10 GHz 頻率下的 EMI 仿真結(jié)果顯示，一般連接器設(shè)計(jì)和屏蔽連接器架構(gòu)之間的場(chǎng)發(fā)射減少。（圖片：I-PEX Inc.）

這些設(shè)計(jì)原則使工程師能夠?qū)⒚舾械?RF 元件放置在靠近連接器接口的位置。這有助于創(chuàng)建更小的電子設(shè)備，同時(shí)仍滿足 EMI 合規(guī)性要求。電磁隔離功能為設(shè)計(jì)人員提供了更多的元件放置自由度，使他們能夠遵守監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)。

為什么 PCB 布局構(gòu)成您的第二層防御

當(dāng)電路快速切換時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生電噪聲 ，從而干擾其他設(shè)備?，F(xiàn)在，在線束到 PCB 連接處管理這種 EMI 需要智能布局設(shè)計(jì)。好消息是，適當(dāng)?shù)?PCB 布局可以在不添加昂貴部件的情況下解決 EMI 問題。

您的 PCB 布局會(huì)創(chuàng)建類似于天線的不可見回路。當(dāng)電流在開關(guān)事件期間流過這些回路時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生 EMI 能量。 圖 2 中的比較清楚地表明了這一點(diǎn)——垂直環(huán)路設(shè)計(jì)產(chǎn)生 1.0 nH 的電感，導(dǎo)致 70% 的電壓過沖和嚴(yán)重的振鈴 。但請(qǐng)看最佳環(huán)路：僅 0.4 nH 電感僅產(chǎn)生 30% 的過沖。

圖 2.PCB 布局優(yōu)化將環(huán)路電感從 1.0 nH 降低到 0.4 nH，從而將電壓過沖和振鈴減少 57%。（圖片：EPC Corp， Inc.）

這對(duì)您意味著什么：

將環(huán)路電感減半，可將 EMI 降低四倍。

更短的走線和更好的元件放置會(huì)有所不同。

您的開關(guān)節(jié)點(diǎn)與接地形成電容器板，從而產(chǎn)生電場(chǎng)輻射。

您應(yīng)該將 PCB 布局的重點(diǎn)放在哪些方面？

查看您的供電路徑。這些會(huì)創(chuàng)建最重要的循環(huán)。當(dāng)最小化這些回路的物理面積時(shí)，您可以同時(shí)減少 E 場(chǎng)和 H 場(chǎng)發(fā)射。

開關(guān)轉(zhuǎn)換期間的電流根據(jù)電流幅度的平方產(chǎn)生 H 場(chǎng)發(fā)射。同時(shí)，電壓差會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)輻射。智能走線布線、仔細(xì)的過孔布局和適當(dāng)?shù)慕拥貙釉O(shè)計(jì)讓您可以同時(shí)控制這兩者。

這種方法最適合傳統(tǒng)濾波成本高昂且效果較差的高頻開關(guān)應(yīng)用。您可以在 EMI 問題通過線束連接之前解決它們。

為什么接地對(duì) EMI 控制很重要？

接地為遠(yuǎn)離 PCB 電路的不需要的電能提供了一條安全的逃生路線。如果沒有這條路徑，噪音會(huì)在您的設(shè)備內(nèi)部積聚并產(chǎn)生問題。 圖 3 準(zhǔn)確顯示了接地失敗時(shí)會(huì)發(fā)生什么 – 內(nèi)部器件偏置會(huì)破壞信號(hào)質(zhì)量。

圖 3.EMI 接地箔膠帶可降低 RF 應(yīng)用中的系統(tǒng)噪聲并提高信號(hào)質(zhì)量。（圖片：3M）

查看圖 3 中的比較時(shí)，差異很明顯。左側(cè)顯示鋁箔帶的良好接地 。右側(cè)顯示了沒有良好接地時(shí)會(huì)發(fā)生什么。接地不良會(huì)產(chǎn)生電壓尖峰，使您的信號(hào)更加微弱。

以下是這些連接點(diǎn)發(fā)生的情況：

電流試圖找到最簡(jiǎn)單的接地路徑。

連接不良會(huì)產(chǎn)生阻力，從而產(chǎn)生熱量和噪音。

高頻信號(hào)受接地問題的影響最大。

如圖 3 所示，正確的接地帶實(shí)施可提供信號(hào)所需的低電阻返回路徑，同時(shí)保持電磁輻射得到控制。

當(dāng)今大多數(shù)電子設(shè)備都以更高的頻率運(yùn)行，這使得接地變得更加重要。當(dāng)與 PCB 的線束連接產(chǎn)生電阻時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生干擾其他電路的諧波。該解決方案涉及使用專用導(dǎo)電材料，如墊圈和粘合劑，以保持一致的電氣接觸。

共模扼流圈如何控制電纜連接處的 EMI？

共模扼流圈可阻擋不需要的電流，同時(shí)保持所需信號(hào)的清潔。這使得它們對(duì)于現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)至關(guān)重要。該元件在共享鐵氧體磁芯上使用兩個(gè)繞組，如圖 4 所示。當(dāng)共模電流以相同的方式流過兩個(gè)導(dǎo)體時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生附加的磁通量，從而產(chǎn)生高阻抗。這種技術(shù)有效地阻止了不需要的 EMI。

圖 4.EMI 濾波器設(shè)計(jì)采用 CM 扼流圈，可在共模電流從電源線輻射之前攔截共模電流。（圖片：WTWH Media LLC）

以下是它們的工作原理：

兩根導(dǎo)體上的電感相等

差分信號(hào)的反向磁通抵消

用于共模噪聲的高阻抗路徑

幾個(gè)來源會(huì)在線束到 PCB 的接口上產(chǎn)生問題。開關(guān)電路和接地層之間的寄生電容耦合產(chǎn)生共模電流。連接系統(tǒng)之間的接地電位差也加劇了這個(gè)問題。此外，電磁場(chǎng)可以直接耦合到電纜導(dǎo)體，將您的布線變成不需要的天線 。

位置對(duì)性能非常重要。將 CM 扼流圈靠近連接器接口，以便在電流從電纜輻射之前阻止電流。您還需要將扼流圈的頻率響應(yīng)與您的特定 EMI 曲線相匹配，并確保它為您的應(yīng)用提供足夠的飽和電流額定值。

總結(jié)

這四種 EMI 管理技術(shù)創(chuàng)建了一個(gè)分層防御系統(tǒng)，可解決信號(hào)路徑中多個(gè)點(diǎn)的干擾問題。從屏蔽連接器開始，以在接口處包含電磁能。使用智能 PCB 布局來最大限度地減少產(chǎn)生 EMI 的環(huán)路區(qū)域。實(shí)施適當(dāng)?shù)慕拥兀瑸楦哳l電流提供干凈的返回路徑。最后，添加共模扼流圈以過濾任何剩余的不需要的信號(hào)。