線束與 PCB 連接處的電磁干擾 （EMI） 是現代電子設計中最大的挑戰之一。這些接口點充當薄弱環節，不需要的信號可能會從您精心設計的電路中逸出，從而導致系統故障。

本常見問題解答討論了四種協同工作的技術：屏蔽連接器、智能 PCB 布局、正確接地和共模扼流圈。將這些方法作為集成系統應用時，您可以在保持設計靈活性的同時實現可靠的 EMC 法規遵從性。

屏蔽連接器提供第一道防線

當高頻信號通過連接器傳播時，如果屏蔽層斷裂，它們會輻射電磁場。這種輻射會干擾附近的電路，導致系統故障。

屏蔽連接器使用三種主要方法解決這些問題：

• 完整的 360 度屏蔽覆蓋所有信號接觸點和 SMT 連接區域。

• 多個接地點為電流安全返回創建了多條路徑。

• 受控阻抗設計在整個連接過程中保持一致的電磁邊界。

現在，圖 1 顯示了 10 GHz 頻率下的實際性能數據。比較揭示了屏蔽連接器的性能有多好。傳統連接器表現出強烈的電磁場發射。但屏蔽設計顯示場輻射幾乎為零。

圖 1.10 GHz 頻率下的 EMI 仿真結果顯示，一般連接器設計和屏蔽連接器架構之間的場發射降低。（圖片來源：I-PEX Inc.)

這些設計原則使工程師能夠將敏感的射頻組件放置在連接器接口附近。這有助于創建更小的電子設備，同時仍滿足 EMI 合規性要求。電磁隔離功能為設計人員在元件放置方面提供了更大的自由度，使他們能夠遵守監管標準。

為什么PCB布局構成您的第二道防線

當電路快速切換時，它們會產生電噪聲，從而干擾其他設備。現在，在線束與PCB連接處管理這種EMI，需要智能布局設計。好消息是，正確的 PCB 布局可以解決 EMI 問題，而無需添加昂貴的零件。

您的 PCB 布局會創建像天線一樣的不可見環路。當電流在開關事件期間流過這些環路時，它們會產生 EMI 能量。圖 2 中的比較清楚地表明了這一點——垂直環路設計產生 1.0 nH 的電感，導致 70% 的電壓過沖和嚴重振鈴。但看看最佳環路：僅 0.4 nH 電感僅產生 30% 的過沖。

圖 2.PCB 布局優化將環路電感從 1.0 nH 降低到 0.4 nH，從而將電壓過沖和振鈴降低 57%。（圖片來源：EPC Corp， Inc.)

這對您意味著什么：

• 將環路電感減半可將 EMI 降低四倍。

• 更短的走線和更好的元件放置會有所不同。

• 開關節點與地形成電容器板，產生電場輻射。

您應該將精力集中在 PCB 布局的哪里？

查看您的供電路徑。這些會創建最重要的環路。當最小化這些環路的物理面積時，您可以同時減少電場和 H 場發射。

開關轉換期間的電流根據電流大小的平方產生 H 場發射。同時，電壓差會產生電場輻射。智能走線布線、仔細的過孔放置和適當的接地層設計讓您可以控制兩者。

這種方法最適合高頻開關應用，在這些應用中，傳統濾波變得昂貴且效率較低。您可以在 EMI 問題通過線束連接之前解決它們。

為什么接地對 EMI 控制很重要？

接地為不需要的電能提供了一條安全的逃生路線，遠離 PCB 電路。如果沒有這條路徑，噪聲就會在設備內部積聚并產生問題。圖 3 準確地顯示了接地失敗時會發生什么——您會得到內部設備偏置，從而破壞您的信號質量。

圖 3.EMI 接地箔膠帶可降低系統噪聲并提高射頻應用中的信號質量。（圖片：3M)

查看圖 3 中的比較時，差異是顯而易見的。左側用鋁箔膠帶顯示良好的接地。右側顯示了沒有良好接地的情況。接地不良會產生電壓尖峰并使您的信號變得更弱。

以下是在這些連接點上發生的情況：

• 電流試圖找到最簡單的返回地面的路徑。

• 連接不良會產生電阻，從而產生熱量和噪音。

• 高頻信號受接地問題的影響最大。

如圖 3 所示，正確的接地帶實施可提供信號所需的低電阻返回路徑，同時控制電磁輻射。

當今大多數電子產品都在更高的頻率下工作，這使得接地變得更加重要。當線束連接到 PCB 產生電阻時，它們會產生干擾其他電路的諧波。該解決方案涉及使用特殊的導電材料，例如墊圈和粘合劑，以保持一致的電接觸。

共模扼流圈如何控制電纜連接處的 EMI？

共模扼流圈可阻擋不需要的電流，同時保持所需的信號干凈。這使得它們對于現代電子設計至關重要。該元件在共享鐵氧體磁芯上使用兩個繞組，如圖 4 所示。當共模電流以相同的方式流過兩個導體時，它們會產生產生高阻抗的附加磁通量。該技術有效地阻止了不需要的 EMI。

圖 4.EMI 濾波器設計，其 CM 扼流圈的位置可在共模電流從電源線輻射之前攔截它們。（圖片來源：WTWH Media LLC)

以下是它們的工作原理：

• 兩根導體上的電感相等

• 差分信號的相反磁通消除

• 用于共模噪聲的高阻抗路徑

有幾個來源會在線束到PCB的接口上產生問題。開關電路和接地層之間的寄生電容耦合產生共模電流。連接系統之間的接地電位差也加劇了這個問題。此外，電磁場可以直接耦合到電纜導體，將您的布線變成不需要的天線。

位置對于性能非常重要。將 CM 扼流圈靠近連接器接口，以便在電流從電纜輻射之前停止電流。您還需要將扼流圈的頻率響應與您的特定 EMI 曲線相匹配，并確保它具有足夠的飽和電流額定值來滿足您的應用。

總結

這四種 EMI 管理技術創建了一個分層防御系統，可解決信號路徑中多個點的干擾問題。從屏蔽連接器開始，以在接口處包含電磁能。使用智能PCB布局來最大限度地減少產生EMI的環路區域。實施適當的接地，為高頻電流提供干凈的返回路徑。最后，添加共模扼流圈以濾除任何剩余的不需要的信號。