产品中电缆、连接器、接口电路与EMC

 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。

产品中电缆、连接器、接口电路与EMC

图4 插板结构产品互连示意图

产品中电缆、连接器、接口电路与EMC

图5 互连导致的共模辐射原理图

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。

(3)在(1)、(2)所述方式都不可行的情况下,必须将所有互连的设备进行滤波处理。

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