一、電纜是系統的最薄弱環節
據統計,90%的EMC問題是電纜造成的。這是因為電纜是高效的電磁波接收天線和輻射天線,同時也是干擾傳導的良好通道。電纜產生的輻射尤其嚴重。電纜之所以會輻射電磁波,是因為電纜端口處有共模電壓存在,電纜在這個共模電壓的驅動下,如同一根單極天線,如圖1所示。
圖1 電纜共模輻射模型
它產生的電場輻射為:
式中,I為電纜中的由于共模電壓驅動而產生的共模電流強度;L為電纜的長度;f為共模信號的頻率;r為觀測點到輻射源的距離。
要減小電纜的輻射,可以減小高頻共模電流強度,縮短電纜長度。電纜的長度往往不能隨意減小,控制電纜共模輻射的最好的方法是減小高頻共模電流的幅度,因為高頻共模電流的輻射效率很高,是造成電纜超標輻射的主要因素。使用屏蔽電纜也許能夠解決電纜輻射的問題,但是在使用屏蔽電纜的情況下,屏蔽層合理地接地是解決電纜EMC問題的關鍵。“Pigtail”、不正確的接地點選擇等問題都將使屏蔽線出現EMC問題。
另外,電纜的布置也對產品EMC產生重大的影響,電纜之間的耦合、電纜布線形成的環路都是電纜EMC設計的重要部分。
二、接口電路是解決電纜輻射問題的重要手段
減小電纜上共模高頻電流的一個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2所示。
圖2 線路板上的共模低通濾波器
接口電路與電纜在電路上直接相連,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。
接口濾波電路和防護電路設計應遵循下面的基本設計原則:
(1)濾波和防護電路對接口信號質量的影響滿足要求。
(2)濾波和防護電路應根據實際需要設計,不能簡單復制。
(3)需要同時進行濾波電路和防護電路時,應保證先防護后濾波的原則。
(4)接口芯片,包括相應的濾波、防護、隔離器件等,應盡可能沿信號流方向成直線放置在接口連接器處。
(5)接口信號的濾波、防護、隔離器件等盡可能靠近接口連接器處,相應的信號連接線必須盡可能短(符合工藝要求條件下的最短距離)。
(6)接口變壓器要就近放置在連接器附近,通常在對應接口連接器3 cm以內。
(7)模擬信號接口和數字信號接口、低速邏輯信號接口和高速邏輯信號接口等(以敏感和干擾發射程度來區分),它們之間要間隔一定距離放置。當連接器之間存在相互干擾的可能時,必須采取隔離、屏蔽等措施。
(8)同一接口連接器里存在不同類型的信號時,必須用地針隔離這些信號,特別是對于一些比較敏感的信號。