串聯(lián)電感--連接器產(chǎn)生電磁干擾的原理分析

電磁干擾是由大環(huán)路中的信號(hào)電流引起的。

圖9.6舉例說(shuō)明了一個(gè)普通的電磁干擾問(wèn)題。一個(gè)64位總線從板卡A經(jīng)過(guò)連接器B連到母板卡上，母板卡可能是一個(gè)主CPU卡或是一個(gè)通往其他子卡的無(wú)源通道。64條信號(hào)線的返回電流從母板卡C流回板卡A，其中的絕大部分通過(guò)了連接器B的接地腳。

只有一小部分信號(hào)返回電流經(jīng)由不同的路徑流回板卡A然而，正是這一小部分返回電流引起了大量的EMI問(wèn)題。

高頻電流流經(jīng)大的環(huán)路時(shí)會(huì)輻射出大量的電磁能量，這將不能通過(guò)FCC或VDE所規(guī)定的輻射測(cè)試。EMI設(shè)計(jì)的主要工作是使所有信號(hào)的電流環(huán)路橫截面的面積最小。例如，在一個(gè)完整地平面上，高頻電流趨向于緊貼走線正下方返回，一條6IN長(zhǎng)，距離地平面0.010IN的走線所圍起來(lái)環(huán)路面積僅僅為0.006IN的2次方。這么大的環(huán)路面積，在EMI方面是可以接受的。在圖9.6中，板卡A和C上的64位總線信號(hào)由完整地平面返回，因此我們可以忽略其信號(hào)和地之間的環(huán)路面積。

返回電流路徑上的任何阻斷或不連續(xù)，如連接器接地引腳上的轉(zhuǎn)換，會(huì)在電流環(huán)路上產(chǎn)生“氣泡”，這些氣泡是否會(huì)帶來(lái)足夠大的面積，從而導(dǎo)致輻射超標(biāo)，取決于回路中信號(hào)電流的總DI/DT值。

在圖9.6中，環(huán)路面積上的氣泡一般發(fā)生在連接器B內(nèi)，因?yàn)檫B接器上的信號(hào)和地線引腳是分開(kāi)的。該氣泡記為G1，64位總線信號(hào)路徑的環(huán)路電感大部分來(lái)自環(huán)路G1的電感。

信號(hào)返回電流是否有其他的返回路徑，取決于連接器B的物理結(jié)構(gòu)，以及板卡A和C所在的機(jī)箱結(jié)構(gòu)的具體情況。任何電流在返回位于板卡A上的源端時(shí)，如果不經(jīng)過(guò)連接器B，則將包含一個(gè)大的環(huán)路面積，并產(chǎn)生大量的輻射。

例如，在圖9.7中，假設(shè)板卡A和C共用兩個(gè)連接器，另外增加的連接器記為D，將其安排在與連接器B相隔一段距離的地方?，F(xiàn)在有一部分信號(hào)的返回電流可以由連接器D上的地線流加A，如圖9.7中的環(huán)路G2所示。

調(diào)整信號(hào)返回電流通過(guò)連接器D的比例，取決于環(huán)路G1的電感(見(jiàn)圖9.6)與G2(見(jiàn)圖9.7)的電感的比值：

(式5)

在非常低的頻率上，流經(jīng)連接器D的信號(hào)返回電流的量取決于阻抗的比值，而在較高的頻率上，則取決于上式中電感的比值。即然EMI是一個(gè)高頻問(wèn)題，這里我們也就只關(guān)心兩個(gè)環(huán)路電感的比值。

因?yàn)榄h(huán)路G1面積較小，其電感也比G2要小一些，因此只有一小部分的返回信號(hào)電流經(jīng)過(guò)路徑G2。但是，即便如此小的一部分電流也足以使輻射超標(biāo)。在30MHZ以上，在距設(shè)備3M遠(yuǎn)處進(jìn)行測(cè)試，F(xiàn)CC和VDE的輻射限制都大致為100UV/M。關(guān)于輻射標(biāo)準(zhǔn)的更多細(xì)節(jié)以及防止電磁輻射的設(shè)計(jì)技術(shù)，可以參考OTT，MARDIGUIAN和KEISER等人的論著。

要想精確計(jì)算一個(gè)數(shù)字產(chǎn)品的輻射強(qiáng)度等級(jí)是件不現(xiàn)實(shí)的事情，因?yàn)橛刑嗟囊蛩貢?huì)影響結(jié)果。下式表示了一個(gè)簡(jiǎn)單的約束條件：開(kāi)放的測(cè)量試驗(yàn)場(chǎng)合，30MHZ以上，滿足FCC和VDE輻射限制的環(huán)路面積、峰值電流和上升時(shí)間。

(式6)