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串联电感连接器产生电磁干扰原理分析

发布时间:2020-07-21 17:51:08 阅读: 来源:聚氨酯玻纤板厂家

电磁干扰是由大环路中的信号电流引起的。

本文引用地址:图9.6举例说明了一个普通的电磁干扰问题。一个64位总线从板卡A经过连接器B连到母板卡上,母板卡可能是一个主CPU卡或是一个通往其他子卡的无源通道。64条信号线的返回电流从母板卡C流回板卡A,其中的绝大部分通过了连接器B的接地脚。

只有一小部分信号返回电流经由不同的路径流回板卡A然而,正是这一小部分返回电流引起了大量的EMI问题。

高频电流流经大的环路时会辐射出大量的电磁能量,这将不能通过FCC或VDE所规定的辐射测试。EMI设计的主要工作是使所有信号的电流环路横截面的面积最小。例如,在一个完整地平面上,高频电流趋向于紧贴走线正下方返回,一条6IN长,距离地平面0.010IN的走线所围起来环路面积仅仅为0.006IN的2次方。这么大的环路面积,在EMI方面是可以接受的。在图9.6中,板卡A和C上的64位总线信号由完整地平面返回,因此我们可以忽略其信号和地之间的环路面积。

返回电流路径上的任何阻断或不连续,如连接器接地引脚上的转换,会在电流环路上产生“气泡”,这些气泡是否会带来足够大的面积,从而导致辐射超标,取决于回路中信号电流的总DI/DT值。

在图9.6中,环路面积上的气泡一般发生在连接器B内,因为连接器上的信号和地线引脚是分开的。该气泡记为G1,64位总线信号路径的环路电感大部分来自环路G1的电感。

信号返回电流是否有其他的返回路径,取决于连接器B的物理结构,以及板卡A和C所在的机箱结构的具体情况。任何电流在返回位于板卡A上的源端时,如果不经过连接器B,则将包含一个大的环路面积,并产生大量的辐射。

例如,在图9.7中,假设板卡A和C共用两个连接器,另外增加的连接器记为D,将其安排在与连接器B相隔一段距离的地方。现在有一部分信号的返回电流可以由连接器D上的地线流加A,如图9.7中的环路G2所示。

调整信号返回电流通过连接器D的比例,取决于环路G1的电感(见图9.6)与G2(见图9.7)的电感的比值:

(式5)

在非常低的频率上,流经连接器D的信号返回电流的量取决于阻抗的比值,而在较高的频率上,则取决于上式中电感的比值。即然EMI是一个高频问题,这里我们也就只关心两个环路电感的比值。

因为环路G1面积较小,其电感也比G2要小一些,因此只有一小部分的返回信号电流经过路径G2。但是,即便如此小的一部分电流也足以使辐射超标。在30MHZ以上,在距设备3M远处进行测试,FCC和VDE的辐射限制都大致为100UV/M。关于辐射标准的更多细节以及防止电磁辐射的设计技术,可以参考OTT,MARDIGUIAN和KEISER等人的论著。

要想精确计算一个数字产品的辐射强度等级是件不现实的事情,因为有太多的因素会影响结果。下式表示了一个简单的约束条件:开放的测量试验场合,30MHZ以上,满足FCC和VDE辐射限制的环路面积、峰值电流和上升时间。

(式6)

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