浅议电连接器中滤波技术的应用

1.前言

上个世纪八十年代，我国便已经成功研制了微波漏能测试仪、干扰测量仪、射频远区和近区场强测定仪等仪器，同时也初步确定了微波辐射卫生标准与高频电磁辐射安全卫生标准，在技术和标准两个方面提高了微波防护水平。电磁干扰会对电子设备的信息传输正确性、可靠性、稳定性产生影响较大影响，提高电子产品的电磁兼容性成为了克服电磁干扰、增强仪器稳定性的重要方法。任何电子设备均需要通过电连接器与外界进行连通，是系统和部件之间进行电气信号传输的重要元件。导线（或者导体）的穿透是导致屏蔽体失效的重要原因，所以某些屏蔽严密的机箱会因为电连接器形成的导体穿透作用而出现屏蔽失效的问题。为此，将滤波及时应用于电连接器中是降低电磁干扰，提高机箱屏蔽效果的重要途径。应用滤波技术的电连接器通常称为滤波电连接器，相对于普通的电连接器，它具有一个低通滤波器，由于接口兼容，它们之间也可以相互替换。

2.电连接器中滤波技术原理分析

在抑制电磁干扰方面，滤波技术具有高度的有效性，特别是对于开关电源的EMI信号，能够发挥良好的干扰传导、干扰辐射的作用。差模干扰信号和共模干扰信号能够表示所有电源上的传导干扰信号。前者主要是指在两条导线之间传输的干扰信号，属于对称性干扰，其显著特点是频率低、干扰幅度小、生成的电磁干扰小；后者主要是指在导线和机壳（土地）之间传输的干扰信号，属于非对称性干扰，其显著特点是频率高、干扰幅度大、生成的电磁干扰大，同时也能够借助导线形成辐射，扩大辐射源。综合上述分析，我们可以通过将EMI信号控制在EMI相关标准规定的极限电平之下的方式来实现削弱传导干扰的目的。除了对干扰源进行有效抑制之外，在开关电源的输入电路和输出电路当中安装EMI滤波器也是非常抑制电磁干扰的重要途径。电子设备的常见工作频率通常在10MHz-50MHz之间。EMC的很多标准规定的最低的传导干扰电平极限值为10MHz，对于开关电源的高频段EMI信号，只要所选择的网络结构相对简单的EMI滤波器或者是去耦电路相对简单的EMI滤波器，不仅能够实现降低高频共模电流强度的目的，还能够满足EMC规定的滤波效果。

图1 滤波接触件结构示意图

滤波电连接器的设计原理便是依据上述原理。用电设备和电源之间、各种用电设备之间存在着相互干扰的问题，而滤波电连接器是降低干扰的理想选择。由于滤波电连接器的每一个插针上面都有一个低通滤波器，所以每一个插针均能够有效过滤共模电流。另外，滤波电连接器也具有很好的兼容性，它的接口尺寸和外形大小与普通的电连接器相同，所以，它们之间能够进行直接的替换。此外，使用滤波电连接器还具有很好的经济性，这主要是因为，滤波电连接器仅仅需要安装在屏蔽机箱的端口即可，在其消除电缆中的干扰电流之后，导线不会再感应到干扰信号的干扰，所以比屏蔽电缆具有更加稳定的性能；滤波电连接器对于电缆端接的要求不高，所以完全不用使用高质量屏蔽电缆，进一步体现出其较好的经济性。

3.滤波电连接器的整体系统构成与设计要点

3.1 滤波电连接器的整体系统构成分析

滤波电连接器的整体系统构成主要分为三个部分，即信号源、连接接口、接受电路。滤波器是整个设备的信号进入和输出的窗口，它的电磁兼容性能如何将会直接决定整个系统的电磁兼容水平。本文所采用的滤波器为无源滤波器，之所以选择无源滤波器，主要是考虑无源滤波器的优化设计能够满足滤波电连接器整体系统的经济性和实用性。

无源滤波器是主要由R-C、L-C等无源器件构成的选频网络，它只允许给定的频带信号通过，而对其他频带信号将会“禁止通行”。无源滤波器所囊括的范围较大，主要包括用于以抑制放大器产生低频振荡为目的的电源去耦滤波器、用于整流电路中滤除纹波的平滑滤波器、用于交流电源输入端的滤除电源网络中高频干扰的低通滤波器，等等。

在无源滤波器当中，旁路滤波器是一种目前应用范围较广的、用于滤除电源网络中干扰信号的此类滤波器之一。旁路滤波器的典型应用主要表现在下述两个方面：首先，高频电路中保留音频信号而滤除高频信号；其次，在交直流信号叠加的电路中滤除交流分量而保留直流分量。

作为弱信号低电压电路的低频旁路滤波器，在通常情况下，它所采用的滤波器件只要能够满足频带的选择标准即可，没有严格的或者太高的性能要求，而且对电流冲击、电容器耐压的相关要求均不是非常高。例如，用于滤除电源纹波的平滑滤波器在本质上也能够将其视为可以旁路滤波的低通滤波器。

从滤波的目的角度来审视旁路滤波和去耦滤波，它们具有本质上的一致性，只是在具体的滤波作用发挥途径上存在着一定的差异：旁路滤波是从输入的角度完成滤波使命，其滤除对象是输入信号的电磁干扰；去耦滤波是从输出的角度完成滤波使命，其滤除对象是输出信号的电磁干扰。两者都能够提供有效的滤波功能，通过上述分析我们也可以知道，只要遵循上述原则，我们便可以利用滤波器更加有针对性的滤除不必要的电磁干扰。

3.2 滤波电连接器的设计要点分析

第一，合理选择滤波电路。由于电连接器主要是发挥连接各类电气信号的功能，所以在通常情况下，滤波电连接器均是被安装在机箱外壁上面。因为环境当中存在的各种干扰信号的频带非常宽，所以采用低通滤波器能够有效滤除正常信号当中各种不必要的高次谐波。由于不同的电子设备对于电连接器的滤波要求存在较大的差异性，因此应该根据实际情况选择合适的滤波电路。

第二，选择滤波元件。根据电子设备系统对环境的要求，按照GJB1308滤波电连接器要求》中的表1进行电容容量值的选择，一般选取f型滤波网络和管状滤波电容，这是因为：首先，其具有很好的滤波效果；其次，设计、装配、焊接等都很方便；再次，纵向占用空间小，特别适合于高密度连接器，同时具有很小的接地电感，因此在高频时能够提供很好的旁路作用；最后，输入输出没有藕合，因为用于连接管状电容的金属接地板起到了隔离板的作用，使滤波器的输入输出端得到了有效的隔离，避免了高频时的藕合现象。

第三，制作和安装。现以某型滤波电连接器为例说明滤波器的安装及滤波接触件的装配。

首先，将电容焊接在连接器的接触件上（见图1）。

其次，将滤波接触件焊接在接地板上，然后装入安装外壳，接地板与安装外壳之间采用多点焊接或涂导电胶以保持良好的电导通。除管状电容外，贴片电容也是常用的滤波元件，它属单电容电路，适用于接触件密度不高的连接器。其接地板通常采用印制电路板，印制电路板与安装外壳采用焊接的方式保持良好的导通。

4.结束语

设计过程中的应该注意：第一，将电容焊接在接触件上时，一般要在电容两端加装堵头（也可不装），这样可使焊点牢固可靠，并对电容起保护作用。第二，设计接地板时，应尽可能地使接地板与安装外壳的接触面积最大，以降低接触电阻；安装外壳表面要求导电，以便滤波电连接器安装在设备机柜上后，连接器外壳与机柜之间处于良好的电导通状态。

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