串聯電感--連接器產生電磁幹擾原理分析

2020-12-05 電子產品世界

電磁幹擾是由大環路中的信號電流引起的。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/190711.htm

圖9.6舉例說明了一個普通的電磁幹擾問題。一個64位總線從板卡A經過連接器B連到母板卡上，母板卡可能是一個主CPU卡或是一個通往其他子卡的無源通道。64條信號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了連接器B的接地腳。

只有一小部分信號返回電流經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問題。

高頻電流流經大的環路時會輻射出大量的電磁能量，這將不能通過FCC或VDE所規定的輻射測試。EMI設計的主要工作是使所有信號的電流環路橫截面的面積最小。例如，在一個完整地平面上，高頻電流趨向於緊貼走線正下方返回，一條6IN長，距離地平面0.010IN的走線所圍起來環路面積僅僅為0.006IN的2次方。這麼大的環路面積，在EMI方面是可以接受的。在圖9.6中，板卡A和C上的64位總線信號由完整地平面返回，因此我們可以忽略其信號和地之間的環路面積。

返回電流路徑上的任何阻斷或不連續，如連接器接地引腳上的轉換，會在電流環路上產生「氣泡」，這些氣泡是否會帶來足夠大的面積，從而導致輻射超標，取決於迴路中信號電流的總DI/DT值。

在圖9.6中，環路面積上的氣泡一般發生在連接器B內，因為連接器上的信號和地線引腳是分開的。該氣泡記為G1，64位總線信號路徑的環路電感大部分來自環路G1的電感。

信號返回電流是否有其他的返迴路徑，取決於連接器B的物理結構，以及板卡A和C所在的機箱結構的具體情況。任何電流在返回位於板卡A上的源端時，如果不經過連接器B，則將包含一個大的環路面積，並產生大量的輻射。

例如，在圖9.7中，假設板卡A和C共用兩個連接器，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。現在有一部分信號的返回電流可以由連接器D上的地線流加A，如圖9.7中的環路G2所示。

調整信號返回電流通過連接器D的比例，取決於環路G1的電感（見圖9.6）與G2（見圖9.7）的電感的比值：

（式5）

在非常低的頻率上，流經連接器D的信號返回電流的量取決於阻抗的比值，而在較高的頻率上，則取決於上式中電感的比值。即然EMI是一個高頻問題，這裡我們也就只關心兩個環路電感的比值。

因為環路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電流經過路徑G2。但是，即便如此小的一部分電流也足以使輻射超標。在30MHZ以上，在距設備3M遠處進行測試，FCC和VDE的輻射限制都大致為100UV/M。關於輻射標準的更多細節以及防止電磁輻射的設計技術，可以參考OTT，MARDIGUIAN和KEISER等人的論著。

要想精確計算一個數字產品的輻射強度等級是件不現實的事情，因為有太多的因素會影響結果。下式表示了一個簡單的約束條件：開放的測量試驗場合，30MHZ以上，滿足FCC和VDE輻射限制的環路面積、峰值電流和上升時間。

（式6）


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