接口電路中的濾波、抑制方法 - 全文

使用屏蔽電纜和良好的接地方式可以使接口電路免受或降低外界共模干擾電流的影響，但是在很多場合屏蔽電纜并不適用，甚至即使使用了屏蔽電纜，還不能滿是EMI和EMS方面的要求。此時，就需在接口電路中采用各種抑制技術，將干擾消除在接口的最前端。當然，采用各種噪聲抑制技術的接口電路也是解決電纜輻射問題的重要手段。在常用的各種噪聲抑制電路中，一種有效方法是：合理地設計電纜端口的接口電路或在電纜的端口處使用低通濾波器或抑制電路，濾除電纜上的高頻共模電流，如圖1所示?？梢姙V波電路與接口電路對EMI的重要性。濾波電路與接口電路對EMS問題也同樣重要。

接口電路與電纜直接相連，接口電路是否進行了有效的EMC設計，直接關系到整機系統(tǒng)是否能通過EMC測試。接口電路的EMC設計包括接口電路的濾波電路設計和接口電路的保護設計。接口電路濾波設計的目的是減小系統(tǒng)通過接口及電纜對外產生的輻射，抑制外界輻射和傳導噪聲對整機系統(tǒng)的干擾，接口保護電路設計的目的是使電路可以承受一定的過電壓、過電流的沖擊。

為避免共模干擾電流“污染”I／O接口電路，必須在共模干擾電流進入IJO接口電路之前采取一定的措施。建議不同的情況采取不同的方法。例如在視頻電路中，I／O信號是單端的，且公用同一共同回路，使用差模LC濾波是最好的方法。差分驅動的接口（如以太網(wǎng)）通常是通過變壓器耦合到I／O區(qū)域，是在變壓器一側或兩側的中心抽頭提供耦合的。這些中心抽頭經高壓電容器與底板（保護地）相連，將共模噪聲旁路到底板上，也使信號不發(fā)生失真。

關于濾波濾波電路是否該考慮靠近接口芯片器件（負載）放置還是靠近端口放置，這是個實際產品開發(fā)中工程師經常遇到的問題，也是非常令人疑惑的問題。筆者認為，處理好該問題，最主要的是將接口芯片器件緊靠接口放置，再將濾波電路插人其中，這樣，不但保證濾波電容靠近接口，而且保證濾波電路靠近接口芯片器件被濾波的信號管腳。當有些特殊場合接口芯片器件不能做到靠近接口放置時，要分以下兩種情況來考慮。

（1）對于接地設各，將濾波電路（包括共模濾波電路和差模濾波電路）靠近接口放置，并保證共模濾波電容與產品接地點之間的低阻抗連接（作者認為長寬比小于3的完整PCB銅箔是低阻抗連接）。如果不能保證共模濾波電容與產品接地點之間的低阻抗連接（長寬比大于3的完整PCB銅箔連接），則需要增加另外一級差模濾波，并靠近接口芯片器件被濾波的信號管腳放置，形成兩級濾波，如圖2所示。

（2）對于浮地設備，建議將濾波電路靠近接口芯片器件被濾波的信號管腳放置，并防止濾波電路前后的信號線串擾。

實際產品的接口電路與電纜之間通常還存在連接器，它是接口電路與電纜之間的通道。連接器在EMC中的主要作用是給電纜或接口電路提供一個良好的互連，并保證良好的接地。選用了一個不好的連接器也許會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部金屬導體之間有足夠的空氣間隙。有時候安裝在電路板上的接口濾波電路有一個問題就是經過濾波電路后的信號線在機箱內較長，容易再次感應上干擾信號，形成新的共模電流，導致電纜輻射。再次感應的信號有兩個來源，一個是機箱內的電磁波會感應到電纜上，另工個是濾波電路前的干擾信號會通過寄生電容直接耦合到電纜端口上。解決這個問題的方法是盡量減小濾波后暴露在機箱內的導線長度。濾波連接器是解決這個問題的理想器件。濾波連接器的每個插針上有一個低通濾波器，能夠將插針上的共模電流濾掉。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入機箱的端口處，因此濾波后的導線不會再感應上干擾信號，如圖3所示。

如果選擇了帶濾波的連接器（如連接器的插座上每個引腳都帶有由鐵氧體磁珠和穿心電容組成的濾波器），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上會有較大的干擾電流流過。如果濾波器與地的接觸阻抗較大，會在這個阻抗上產生較大的電壓降，導致嚴重的EMC問題。

以下幾點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與機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1mΩ。

（3）對于不能進行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），以保持與機殼間有良好的電連接。

（4）濾波連接器對提高產品的EMC眭能往往有很大的幫助，但其成本比較高，通常在采用板內濾波、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。濾波連接器通常在一些特殊的情況（如嚴格的軍標要求、惡劣工業(yè)環(huán)境的小批量應用以及一些特殊情況）下運用。

（5）屏蔽線的屏蔽層要盡可能與接插件外殼保持360°的連接。對于做不到這一點的接口，通常有其他對應的措施來保證接口的EMC性能。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箱相連，則要注意為連接器提供一個干凈的地，這個地不能帶有共模噪聲，通常地要與機箱保持良好的搭接。

（6）如果連接器與外殼沒有很好的固定搭接方式（如螺釘、彈簧卡接等），則建議使用導電泡棉等極其柔軟的導電材料填充在連接器與外殼縫隙處，且要放在連接器的整個周圍。

（7）連接器與機殼實現(xiàn)低阻抗搭接，以保證良好接觸。機殼壁內側上的襯墊，當要涂漆有遮蔽要求時，可以用更柔軟的材料。

（8）要求強迫冷卻的設計，襯墊應使連接器和機殼壁之間的縫隙密封起來，以減少漏氣。在有塵埃的環(huán)境中，襯墊要起到保持系統(tǒng)內干凈的作用。