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线束与 PCB 连接处的电磁干扰 （EMI） 是现代电子设计中最大的挑战之一。这些接口点充当薄弱环节，不需要的信号可能会从您精心设计的电路中逸出，从而导致系统故障。

本常见问题解答讨论了四种协同工作的技术：屏蔽连接器、智能 PCB 布局、正确接地和共模扼流圈。将这些方法作为集成系统应用时，您可以在保持设计灵活性的同时实现可靠的 EMC 法规遵从性。

屏蔽连接器提供第一道防线

当高频信号通过连接器传播时，如果屏蔽层断裂，它们会辐射电磁场。这种辐射会干扰附近的电路，导致系统故障。

屏蔽连接器使用三种主要方法解决这些问题：

• 完整的 360 度屏蔽覆盖所有信号接触点和 SMT 连接区域。

• 多个接地点为电流安全返回创建了多条路径。

• 受控阻抗设计在整个连接过程中保持一致的电磁边界。

现在，图 1 显示了 10 GHz 频率下的实际性能数据。比较揭示了屏蔽连接器的性能有多好。传统连接器表现出强烈的电磁场发射。但屏蔽设计显示场辐射几乎为零。

图 1.10 GHz 频率下的 EMI 仿真结果显示，一般连接器设计和屏蔽连接器架构之间的场发射降低。（图片来源：I-PEX Inc.)

这些设计原则使工程师能够将敏感的射频组件放置在连接器接口附近。这有助于创建更小的电子设备，同时仍满足 EMI 合规性要求。电磁隔离功能为设计人员在元件放置方面提供了更大的自由度，使他们能够遵守监管标准。

为什么PCB布局构成您的第二道防线

当电路快速切换时，它们会产生电噪声，从而干扰其他设备。现在，在线束与PCB连接处管理这种EMI，需要智能布局设计。好消息是，正确的 PCB 布局可以解决 EMI 问题，而无需添加昂贵的零件。

您的 PCB 布局会创建像天线一样的不可见环路。当电流在开关事件期间流过这些环路时，它们会产生 EMI 能量。图 2 中的比较清楚地表明了这一点——垂直环路设计产生 1.0 nH 的电感，导致 70% 的电压过冲和严重振铃。但看看最佳环路：仅 0.4 nH 电感仅产生 30% 的过冲。

图 2.PCB 布局优化将环路电感从 1.0 nH 降低到 0.4 nH，从而将电压过冲和振铃降低 57%。（图片来源：EPC Corp， Inc.)

这对您意味着什么：

• 将环路电感减半可将 EMI 降低四倍。

• 更短的走线和更好的元件放置会有所不同。

• 开关节点与地形成电容器板，产生电场辐射。

您应该将精力集中在 PCB 布局的哪里？

查看您的供电路径。这些会创建最重要的环路。当最小化这些环路的物理面积时，您可以同时减少电场和 H 场发射。

开关转换期间的电流根据电流大小的平方产生 H 场发射。同时，电压差会产生电场辐射。智能走线布线、仔细的过孔放置和适当的接地层设计让您可以控制两者。

这种方法最适合高频开关应用，在这些应用中，传统滤波变得昂贵且效率较低。您可以在 EMI 问题通过线束连接之前解决它们。

为什么接地对 EMI 控制很重要？

接地为不需要的电能提供了一条安全的逃生路线，远离 PCB 电路。如果没有这条路径，噪声就会在设备内部积聚并产生问题。图 3 准确地显示了接地失败时会发生什么——您会得到内部设备偏置，从而破坏您的信号质量。

图 3.EMI 接地箔胶带可降低系统噪声并提高射频应用中的信号质量。（图片：3M)

查看图 3 中的比较时，差异是显而易见的。左侧用铝箔胶带显示良好的接地。右侧显示了没有良好接地的情况。接地不良会产生电压尖峰并使您的信号变得更弱。

以下是在这些连接点上发生的情况：

• 电流试图找到最简单的返回地面的路径。

• 连接不良会产生电阻，从而产生热量和噪音。

• 高频信号受接地问题的影响最大。

如图 3 所示，正确的接地带实施可提供信号所需的低电阻返回路径，同时控制电磁辐射。

当今大多数电子产品都在更高的频率下工作，这使得接地变得更加重要。当线束连接到 PCB 产生电阻时，它们会产生干扰其他电路的谐波。该解决方案涉及使用特殊的导电材料，例如垫圈和粘合剂，以保持一致的电接触。

共模扼流圈如何控制电缆连接处的 EMI？

共模扼流圈可阻挡不需要的电流，同时保持所需的信号干净。这使得它们对于现代电子设计至关重要。该元件在共享铁氧体磁芯上使用两个绕组，如图 4 所示。当共模电流以相同的方式流过两个导体时，它们会产生产生高阻抗的附加磁通量。该技术有效地阻止了不需要的 EMI。

图 4.EMI 滤波器设计，其 CM 扼流圈的位置可在共模电流从电源线辐射之前拦截它们。（图片来源：WTWH Media LLC)

以下是它们的工作原理：

• 两根导体上的电感相等

• 差分信号的相反磁通消除

• 用于共模噪声的高阻抗路径

有几个来源会在线束到PCB的接口上产生问题。开关电路和接地层之间的寄生电容耦合产生共模电流。连接系统之间的接地电位差也加剧了这个问题。此外，电磁场可以直接耦合到电缆导体，将您的布线变成不需要的天线。

位置对于性能非常重要。将 CM 扼流圈靠近连接器接口，以便在电流从电缆辐射之前停止电流。您还需要将扼流圈的频率响应与您的特定 EMI 曲线相匹配，并确保它具有足够的饱和电流额定值来满足您的应用。

总结

这四种 EMI 管理技术创建了一个分层防御系统，可解决信号路径中多个点的干扰问题。从屏蔽连接器开始，以在接口处包含电磁能。使用智能PCB布局来最大限度地减少产生EMI的环路区域。实施适当的接地，为高频电流提供干净的返回路径。最后，添加共模扼流圈以滤除任何剩余的不需要的信号。

关键词： 线束 PCB接口 EMI管理