广告
广告
如何管理微型连接器和电缆系统中的EMI和信号噪声?
您的位置: 连接器世界网 >>技术与应用 >> 如何管理微型连接器和电缆系统中的EMI和信号噪声?

如何管理微型连接器和电缆系统中的EMI和信号噪声?

2021-01-12 10:17:29 来源:连接器世界网 作者:Omnetics公司

【大比特导读】标准的噪声和EMI控制方法包括隔离、接地、滤波、平衡、屏蔽、信号分离、阻抗控制、电缆设计以及管理信号/时域。为了帮助保护信号完整性,连接器和电缆线束设计人员还增加了后壳和电缆屏蔽层,以保护EMI,并减轻了机械应力。

国防电子、高度移动机器人、手术监控设备和其他嵌入式系统的电子互连设计正在迅速发生变化。信号速度不断提高,并且经常挤在更小、更狭窄的空间中,因此潜在的信号干扰以及串扰可能导致出现技术问题。仪器级连接还必须有助于确保实现电磁兼容性(EMC)。

EMC标准规定了四个级别。1级标准针对分立组件,2级标准专注于电路板,3级标准针对OEM电子产品,包含电子电路、电源、母板和互连系统。超出外壳的电缆应符合4级标准,具体取决于应用。

微型连接器

互连设计人员的目标还要控制任何可能混淆主信号系统的潜在电磁干扰(EMI)。连接器和电缆屏蔽被用于降低辐射信号进入互连,因为它可以消除屏蔽上运行的任何传导噪声。选择良好的金属导电性以及绝缘厚度,在获得最佳的电缆屏蔽和后壳技术方面是至关重要的。

军用规格连接器和电缆互连(比如军事航空电子设备、自动驾驶车辆、卫星和军用系统的关键任务和高可靠性模块)特别容易受到网络安全问题的影响。令人惊讶的是,内部信号噪声管理也是控制自己系统中信号完整性的关键因素。

标准的噪声和EMI控制方法包括隔离、接地、滤波、平衡、屏蔽、信号分离、阻抗控制、电缆设计以及管理信号/时域。为了帮助保护信号完整性,连接器和电缆线束设计人员还增加了后壳和电缆屏蔽层,以保护EMI,并减轻了机械应力。

许多最小的电缆需要内部和外部屏蔽,以隔离互连系统内的混合信号。不要忽视将电缆屏蔽层直接连接到金属外壳连接器。重要的是,电路板的主板和/或金属外壳上必须有牢固且直接的连接器接地。

连接器尺寸和金属

微米和纳米尺寸的连接器通常与连接到编织电缆屏蔽层的金属外壳一起使用。经常使用的金属是经过T6处理的铝6061,具有强度高、重量轻以及EMI密封的优点。金属外壳通常用厚度为0.0005英寸的化学镀镍进行处理,某些新颖的设计会使用不锈钢作为金属外壳(一些环境较为恶劣的场景还会用到镀金外壳)。

微型连接器

图1:连接器外壳也可以使用单独的金属材料,拧在连接器外壳上或与之成为一体的后壳盖。

连接器外壳也可以使用单独的金属后壳覆盖层,该覆盖层可以拧在连接器壳上,或者是连接器壳的组成部分(图1)。然后将后壳连接到线束的外部屏蔽编织层上,以完成组装。为了确保信号的纯度,微型连接器通常使用直径为千分之十三英寸的铍回弹弹簧针式触点,来为高振动和物理冲击提供稳定的连接。

防止振动时针脚之间的连接不良是很关键的,因为它们会引起信号噪声,并会干扰高速数字信号的传输。连接器和电缆内的屏蔽对于防止EMI问题至关重要。随着设计人员专注于更高的密度并增加功能数量,而内部信号布线的空间越来越小,这会越来越关键。自定义设计通常被用于布线,以专门适合每个新仪器,从而减小整体尺寸和重量。

圆形连接器

用于降低EMI的微型圆形连接器包括由轻质铝制成的三螺纹棘轮金属机构,它可提供坚固、高可靠性的水密(IP67)连接,可应用在恶劣环境的军事、航空航天、安全以及受到强烈冲击和振动的石油领域(图2)。

微型连接器

图2:圆形连接提供坚固耐用,高可靠性的水密(IP67)链路,可在恶劣环境下实现连续信号完整性。

此类圆形连接器内置有EMI集成后壳,并具有对准键和绝缘体,可实现快速安全的连接,而且每个连接器背面符合电缆的过塑应力消除,从而提高了整体可靠性。这些连接器有多种引脚数,并提供各种外壳和电镀材料,以满足特定的环境挑战。它们的额定值为每个触点3A、250VAC,标准工作温度范围为-55ºC至125ºC。

矩形连接器

标准的Micro和Nano-d连接器型号应符合军用QPL可靠性和性能规范,具有360度密封度的连接器可确保高水平的RF和传导干扰衰减。例如,Omnetics公司提供用于特殊设计的高分子金属EMI屏蔽垫片。这种Micro-D或Nano-D后壳旨在保护连接器壳的后端,并减轻应力,防止压接触点的机械应力,以实现高可靠性应用(图3)。

微型连接器

图3:Micro-D或Nano-D后壳旨在保护连接器壳的后端,并能够减轻电缆或电线的应力。

当用作电缆屏蔽层的接地点、地线,或在电线上添加编织层时,后壳可提供额外的EMI保护。此外,定制的后壳针对特定的形状和功能进行设计,以帮助满足关键的设计要求或挑战。 Micro-d和Nano-D连接器有多种设计格式,包括两件式解决方案。

较高的信号速度和混合信号电缆会构成了嘈杂的电气环境,因为电场和磁场的组合通常很难控制。互连系统中无与伦比的阻抗会导致EMI波从电缆-电缆-组件-元件的耦合,从根本上破坏了所涉及电子设备的性能。电缆设计和管理系统采用了定义明确的系统,可使用电缆屏蔽解决许多此类问题。

电缆屏蔽

屏蔽电缆有很多类型,每种都有自己的优点和性能。具有整体箔屏蔽层和非屏蔽双绞线的电缆与普通的非屏蔽电缆非常相似,不同之处在于在主电缆护套下方添加了箔。这种电缆在10GBaseT应用中很常见。其他电缆具有带非屏蔽双绞线的整体编织屏蔽层/屏蔽层。尽管有时将其称为屏蔽双绞线电缆,但两者并不提供相同的屏蔽。为了识别它们之间的整体屏障和/或个别对屏蔽。

微型连接器

图4:尽管并非所有环境都需要屏蔽电缆,但电缆屏蔽层正变得越来越普遍。

在防止EMI进入或退出电缆方面,屏蔽电缆(包含整体编织屏蔽层和带有非屏蔽双绞线的箔屏蔽层)非常有效。在具有带箔屏蔽双绞线的整体编织屏蔽层的电缆中,护套下方的屏蔽层是编织层,每对电缆对都包裹有自己的箔屏蔽层。在单独的线对上附加箔的目的是限制线对之间的串扰量。

即使不是所有环境都需要电缆屏蔽,电缆屏蔽也变得越来越普遍(图4)。首先,在高电气设备和/或安全通信应用场合中使用屏蔽电缆。如今,屏蔽电缆已广泛用于许多场所,例如政府、教育和医疗大楼。

电缆屏蔽和包裹

用EMI胶带包裹电缆内的导体可以减少编织解决方案中的开口。虽然它会降低了柔韧性,但是通过消除编织物中通常存在的开口,可以获得更大的衰减水平。通常用于高速应用中,内部和外部的材料和卷材重叠都可以改变,以改变应用的屏蔽级别。

导电收缩管通常用于没有箔纸或编织层的高速应用中,是屏蔽的理想选择,有助于在高速应用中控制阻抗,或在导体离开组时弥合单个导体之间的间隙编织,并转到连接器内的各个位置,可以使用导电收缩管获得60至80db的衰减值。

信号类型和电缆功能确定电线类型、电线数量、缠绕和绝缘。例如,火线在单根排扰线旁边使用包裹的一小对信号线来传输差分信号和接地参考。通常在铝线束上放置一个三层铝套,以将信号与电缆中的相邻导线隔离开来。相邻的线对可以在该电缆内延伸,以为仪器的末端提供电源。

如果具有射频电缆,则需要额外的单独包裹的铝屏蔽层以将同轴电缆与同轴电缆中的相邻电缆分开。设计人员可以考虑使用导电拉链或热缩套管,带有EMI胶带的扁平电缆以及编织网状屏蔽包裹层,以帮助弯曲电缆。最近推出的管状金属化纤维编织物重量轻、柔韧性好、绝缘性好,但中等绝缘水平却价格较高。

连接器和电缆内的屏蔽对于防止EMI问题至关重要。人们越来越关注于仪器内部更高的密度和功能的增加,以及信号从内部到另一部分内部布线的缩小空间。自定义设计通常用于电缆,以专门安装在每台仪器中,以减小尺寸和重量,同时提高电路速度、信号路由和与相邻模块中其他电路的阻抗匹配。

编织屏蔽层可以提供最高的隔离度,但是在使用编织屏蔽层时可能需要进行大量选择或权衡取舍。经常使用外部电缆屏蔽,以确保信号不受外部信号噪声的影响,并将信号包含在电缆中。外部屏蔽层有助于防止网络信号威胁破坏电缆的用途。

外部电缆屏蔽材料的衰减和隔离信号不受干扰的能力可能会发生很大变化。滑动式编织层在500MHz时的隔离度高达65 db,可解决大多数问题。随着频率的增加,信号的1/4波长会变短,并且会穿过滑动式编织中的缝隙。设计人员可以考虑采用较紧密的编织编织物和/或箔缠绕和滑动编织物的组合,以保持信号完整性。

例如,当对隔离和信号速度的要求非常高时,Omnetics会增加机器包裹的编织层,并使用直径较小的镀铜编织线进行编织,可提供高达95%的覆盖率,而不会出现信号侵入的小窗口,同时能够应对更高的温度和极端情况环境应用。一些外部聚合物编织材料已经发展到可以在特定领域使用的辅助材料,其中包括可在150°C下运行并通过NASA除气规范的可焊接镀Kevlar编织物。电镀的LCP(液晶聚合物)也可以在最高150˚C的温度下使用,但具有抗焊接性。

服务苛刻的应用

受益于微型屏蔽线束的设备始于高性能便携式系统,该系统通常用于军事领域,以及从医疗保健到机器人技术的其他应用。在医疗行业中,手持式手术工具、牙科摄像头模块、美容激光器,甚至脊椎疼痛管理工具都使用独特设计的布线,以支持患者舒适度和技术性能,同时降低手术室的电子噪音。

微型连接器

图5:专用线束还用于军事传感器系统、地雷检测处理器、便携式摄像机和监视模块以及无人飞行器中。

专用线束还用于军事传感器系统,地雷检测处理器,便携式摄像机和监视模块以及无人机(图5)。当今的无人机面临极端条件,要求使用最小重量的微型电子设备,以通过增加摄像机,传感器和广播设备来增加有效载荷和飞行时间。

EMI屏蔽效能测试是一个详细的过程,必须满足线束的应用需求。在可能的情况下,测试应列出电缆可能受到的任何已知噪声源或频率。它还应包括电缆内运行的信号类型和频率,这些信号类型和频率可能会逸出并引起相邻电子设备的故障。经常使用的测试方法包括开放式现场测试,这涉及尝试模仿系统的实际使用情况以及将在何种环境中使用它。

这不是在笼中完成,而是通过围绕系统放置的许多天线来完成。在开放区域中进行测量时,可以对电缆中任何发射的强度和传导进行自由空间测量,并且可以根据电缆中的主要信号水平检测并测量噪声水平和EMI数量。局部区域屏蔽测试使用一个容纳盒来检测500兆赫以上的高端频率,以帮助测量来自外部系统EMI问题的内部EMI并检测从逃逸到测试区域之外的任何更高频率的谐波。

同轴电缆测试可测量磁场电磁波辐射的信号逸出量和高度,建议在测试过程中弯曲和移动电缆,以在高度移动的系统中完全放心。同轴电缆信号和EMI测试应包括有载和无载信号测量,以查看发射和接收条件下电源与辐射之间的差异。屏蔽室测试通常分包给具有金属屏蔽室的专业测试公司,公司可以评估所有随机设备的EMI敏感性和发射问题。

声明:转载此文是出于传递更多信息之目的。若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益,请与我们联系,我们将及时更正、删除,谢谢。

  • 赞一个(
    0
    )
  • 踩一下(
    0
    )
分享到:
阅读延展
连接器 电缆 EMI
  • 今年电线电缆会有新趋势

    今年电线电缆会有新趋势

    电线电缆主要是负责传送信息的,本文主要是分析了我国电线电缆行业的发展情况,还有国外电线电缆龙头公司的差距,以及未来我国电线电缆行业又会有怎样的趋势。今年电线电缆会有新形势

  •  三星可能会为非旗舰Galaxy智能手机带来无线充电选项

    三星可能会为非旗舰Galaxy智能手机带来无线充电选项

    这使得即将面世的新型无线充电器成为最便宜的。此外,新充电器被认为比其他充电器更薄,更小,并且支持USB C型电缆。无论如何,该充电器尚不可用,但预计很快就会上市。

  • 一起讨论下国内电缆的情况

    一起讨论下国内电缆的情况

    本文主要是分析了2020年我国电线电缆行业的发展情况,其中就有原材料占电线的情况、铝原料市场情况、合成橡胶市场情况,以及我国电线电缆的行业未来应该怎样布局。

  • 一起看看我国特殊电缆的情况

    一起看看我国特殊电缆的情况

    说到特种电线电缆,顾名思义就是一些比较特殊的电线电缆,就比如经常在海底这些比较困难的环境工作,说到特殊那么特种电缆的构造也和一般电缆的不同,下面我们就来看看我国特种电缆的发展情况以及未来发展趋势。

  • 国防系统中超高频连接器的注意事项

    国防系统中超高频连接器的注意事项

    在消费世界中,电缆和连接器是廉价、便宜的商品。但是,在国防、航空航天和其他关键任务应用中却不是这种情况,在这些应用中,更换不仅成本高昂且极其昂贵,而且往往是生死攸关的问题。

  • 新型连接器解决方案可实现112 Gbps PAM4数据速率

    新型连接器解决方案可实现112 Gbps PAM4数据速率

    随着数据速率要求接近并超过112 Gbps PAM4,开发人员面临的挑战是如何平衡不断增长的吞吐量、可扩展性和密度要求,同时要考虑功耗、信号完整性、上市时间以及成本。系统设计师现在正在使用另一种方法,该方法使得设计人员可以使用超低偏斜双芯电缆而不是采用昂贵、有损PCB的路由信号来扩展信号范围和密度。

  • 差共模分量提取优化EMI滤波器

    差共模分量提取优化EMI滤波器

    借助专用电磁噪声诊断设备,对未加EMI滤波器的LED驱动器输入端的电磁噪声进行差模和共模

  • 一起讨论下电源滤波器的发展潜力

    一起讨论下电源滤波器的发展潜力

    本文开头会介绍EMI电源滤波器的原理,然后还会分析EMI电源滤波器的性能,后面会分享给大家在选择EMI电源滤波器的小技巧,结尾会详细分析下未来EMI电源滤波器的发展趋势和现状。

  • Bourns推出符合AEC-Q200标准的CANbus电感器系列

    Bourns推出符合AEC-Q200标准的CANbus电感器系列

    新型符合AEC-Q200要求的电感器具有铁氧体磁心和双绕线结构,可在很宽的频率范围内提供高阻抗,以抑制不需要的传入或传出EMI信号。

  • 电源管理呈现五大技术趋势-EDN 电子技术设计

    电源管理呈现五大技术趋势-EDN 电子技术设计

    电源管理行业正呈现出五个重要趋势:高功率密度、低EMI、低静态电流、低噪声/高精度、隔离。在未来5到10年,这五个重要指标决定了一家公司是否能够继续在电源管理行业处于领导地位。

  • SEMI:芯片制造设备支出连2年增长,明年上看700亿美元

    SEMI:芯片制造设备支出连2年增长,明年上看700亿美元

    日前,EMI(国际半导体产业协会)昨(22)日在2020 Semicon West上公布年中整体OEM半导体设备预测报告,指出2020年全球OEM的半导体制造设备销售总额相较2019年的596亿美元将增长6%,以区域来看,中国大陆、中国台湾和韩国都是2020年及2021年设备支出金额的前三大领先市场。

  • 疫情挡不住热情!首场培训会引来多方工程师

    疫情挡不住热情!首场培训会引来多方工程师

    2020年7月11日与7月12日,广东省磁性元器件行业协会在东莞市莞城区运河东三路1号维纳斯皇家酒店(可园店)三楼会议室举办高频磁性元件和EMI滤波器设计及其仿真技术专业培训,受到了参与培训的工程师的高度认可。

微信

第一时间获取电子制造行业新鲜资讯和深度商业分析,请在微信公众账号中搜索“大比特商务网”或者“big-bit”,或用手机扫描左方二维码,即可获得大比特每日精华内容推送和最优搜索体验,并参与活动!

发表评论

  • 最新评论
  • 广告
  • 广告
  • 广告
广告
粤B2-20030274号   Copyright Big-Bit © 2019-2029 All Right Reserved 大比特资讯公司 版权所有     未经本网站书面特别授权,请勿转载或建立影像,违者依法追究相关法律责任
0