非屏蔽線纜如何搞定EMC

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一、 前言

EMC設計的過程中,設計師不能總是求助於屏蔽線纜來解決電磁兼容問題。在成本和正確端接屏蔽層要求的受歡迎自由度上,非屏蔽類型的線纜具有非常大的優勢。在線纜傳送信號的地方,如果電路本身不敏感或者在發射不高的情況下,以及線纜共模電流的干擾也不大或者可以通過其他手段(如濾波)在接口上加以控制的情況下,以下三種非屏蔽線纜設計還是相當令人滿意的。


二 、雙絞線纜

雙絞線纜是減小磁性與容性耦合干擾拾取特別有效且簡單的一種方法。將線纜絞合趨向於確保電容的均勻一致分佈。線纜到地的電容和到外部源的電容都是平衡的,這意味著共模容性耦合也是平衡的;若是其他電路也是平衡的,就會具有很高的共模抑制能力。

在減小低頻磁性拾取問題上,線纜絞合是最有用的,因為它幾乎可以將磁性環路的面積減小到零。每一次絞合都使感應場的方向相反,所以若假設存在均勻的外部場,那麼兩個連續的絞合會抵消線纜與場之間的交感。現在,在每一根線的末端,有效的拾取環路被減小到很小的面積。隨著單位長度上絞合次數的增大,屏蔽效能可得到改善和提高。

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三、 扁平電纜

在產品中,並行數據傳輸普遍使用扁平線纜,它允許到連接器有大量的終端,因此也是最經濟的。扁平線纜在機殼內的路徑必須加以謹慎考慮,因為未屏蔽的線纜允許磁場或電場耦合到其結構上。


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扁平線纜中地的排列方式很是考究。傳輸高頻數據的扁平線纜的性能對地迴路的結構非常敏感。在整個線纜中只使用一根地導線,這是成本最低的一種結構[見圖(a)]。這樣做,將使在線纜另一側的信號形成一個非常大的感性環路,以及電路之間的串擾和共地阻抗耦合。它是設計中最不期望使用的一種方案,但是若因為其他的原因而不得不應用,設計師必須設法使導線數量最少,而且至少在線纜中間放置一根地導線,同時將干擾最大的或最敏感的信號靠近地線放置。最好的結構莫過於每一根信號導線都有它單獨的地迴路[見圖(b)];這樣,差不多就能具有和地平面正確端接的線纜[見圖(d、e)]一樣好的性能,而且這也很容易實現。串擾和共阻抗耦合問題從根本上得到了解決。它的缺點是使扁平線纜和連接器尺寸、成本大大上升。還有一種可以接受的方案就是圖(c)中的方案----每兩根信號導線分配一個迴路線。與圖(b)中的方案相比,將線纜的利用率提高了50%,還保證了小的感性環路面積。對於引腳受限的應用,需要分析單個的信號,以確定哪裡是最佳放置地迴流引腳的位置。若能將雙絞線結構引入扁平線纜,還可以進一步提高圖(b)方案的屏蔽性能。

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四、 地平面柔性連接器

還有一種特殊的方法,能夠在產品內部電路板之間攜帶高頻信號,與地平面扁平線纜相比,它也能提供相當好的性能,同時也更便宜和易於使用,它就是地平面柔性連接器組件,如下圖所示。

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雙面柔性連接器的一面分配給了地平面,而另一側則用來傳送信號走線。在它的每一端,表面安裝連接器上可選的引腳將通過過孔連接到地平面。這種非常靠近信號走線的低阻抗地迴路保證了在電路兩端形成最小的地噪聲。

這種結構提供了一種簡單、廉價和有效的大量終端連接系統。柔性連接器組件可以設計成任何的物理配置,一些供應商也會按照標準部件做簡單的設計。這種結構化的方法和安裝非常像標準的印製電路板,除了襯底比較薄而且柔軟,而電路板則是堅固的纖維玻璃。這種方法非常適合於寬帶數據總線,例如TFT顯示、離板存儲器和通信端口以及任何傳送高頻時鐘或總線的連接。

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綜上所述,好的非屏蔽線纜設計也能最優的解決電磁兼容問題。


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