滤波电连接器的设计

光纤与电缆及其应用技术

O pt ical F iber &Elect ric Cable

2010年第4期No.4 2010

产品设计

滤波电连接器的设计

唐努利

(深圳市通茂电子有限公司,深圳518109)

[摘 要] 介绍了滤波电连接器的滤波原理,截止频率和电容值大小的确定,不同电容器的滤波电连接器的结构设计与性能特点,并针对接地板的结构设计、陶瓷电容器的封装提出了一种新的方案。 [关键词] 连接器;电磁干扰;接地;滤波

[中图分类号] T N 713.4;T M 503.3 [文献标识码] B [文章编号] 1006 1908(2010)04 0011 04

Design of Filter Connector

TANG N u li

(Shenzhen Tongmao Electronic C o.,Ltd.,Shenzhen 518109,Guangdong,C hina)

Abstract:T he filtering pr inciple,the determinatio n of cut off frequency and capacitance values of the filter co nnector ,and the st ructur e design and char acteristics of the f ilter co nnector s w ith differ ent capacitor s ar e presented.In additio n a new scheme is pr oposed ag ainst the structure design of g ro unding plate and the packag e of cer amic ca pacito rs.

Key words:co nnector ;EM I;gr ounding ;filter

[收稿日期] 2010 01 18

[作者简介] 唐努利(1977-),男,深圳市通茂电子有限公

司设计师.

[作者地址] 深圳市宝安区龙华建辉路119号,518109

0 引 言

复杂的电磁环境对电连接器的性能要求越来越高,除要求可靠的电气连接外,还应满足整机小型化、多功能、耐环境、高密度及抗电磁干扰的要求,因此电连接的抗电磁干扰技术已成为人们的研究焦点。常用电子器件抗电磁干扰的方法有两种:屏蔽和滤波。封闭金属壳体屏蔽既可防止内部电磁能向外辐射,又可避免外界电磁干扰,但金属壳体屏蔽接地仅能抑制辐射干扰。要消除传导型电磁干扰,应采用具有屏蔽、接地和滤波等多功能电连接器[1]。

1 滤波电连接器的滤波形式

电容和电感是最基本的滤波元件,滤波器的原理是利用电容的容抗或电感的感抗随频率而改变的特性,对不同频率的输入信号产生不同的响应,让需要的频带信号顺利通过,抑制不需要的其他频带的干扰信号。一般来说,滤波电连接器都采用低通滤波器,利用电容的容抗随频率升高而降低的特性对

高频干扰信号旁路。低通滤波器是信号、电源线滤波电路中常用的滤波元件之一,其滤除高频干扰信

号的效果非常好。滤波器连接到金属面板上,金属面板既作滤波接地,又起到隔离滤波器输入和输出端的作用[2]

。

低通滤波器可分为C 型、 型及LC 型三种滤波形式,如图1所示。C 型、 型滤波形式最为常见, 型的滤波性能优于C 型,它的插入损耗曲线更陡些,即在给定的频率和相等的电容下, 型滤波衰减大于C 型[3]。 型滤波器以铁氧体为电感,频率越高,损耗越大,能有效防止谐振。

图1 三种常见的低通滤波形式

2 滤波元件参数的选择

滤波电连接器是在普通电连接器内部加装滤波电路,因此在选择滤波电连接器时,除了考虑普通电连接器选用因素外,还应注意工作电压、工作电流、工作温度、电容量、截止频率及各频段衰减等参数。滤波器的截止频率是一个重要的参数,滤波电连接器的截止频率定义为插入损耗为3dB时的频率,截止频率的选取必须保证信号的正常传输,同时最大限度地滤除不必要的高频干扰。对于模拟信号,截止频率只要大于信号最大工作频率即可,常见的是截止频率为10倍信号频率,例如,一个5MH z的有噪音数据线路,滤波器的截止频率接近于50M H z,才能使噪音衰减的同时不对信号造成影响[4]。对于脉冲信号,可以将滤波器的截止频率选在1/( t r)处,t r为脉冲的上升或下降沿时间,也可以将脉冲信号重复频率的15次谐波作为滤波器的截止频率[5]。截止频率及衰减性能在很大程度上取决于电容值,根据滤波器截止频率的计算公式f c=1/(2 R C)可计算出电容值,其中f c为截止频率,R为特性阻抗, C为电容。

3 滤波电连接器的滤波结构

滤波电连接器主要有管式滤波电连接器、平面式滤波电连接器、贴片式电容滤波电连接器三种结构。其中管式滤波电连接器电气性能最优,但其价格比较昂贵;当接触件密度比较高时,平面式滤波电连接器在设计和安装方面更具优越性,且机械强度较其他结构的高。

3.1 管式滤波电连接器

普通的管式 型滤波电连接器的滤波元件是由一根铁氧体套管电感和一根瓷管电容组成,它们依次套在接触件上。图2为管式 型滤波接触件组件的结构示意图,在瓷管电容的内外壁进行了选择性的涂覆构成电极,形成两个电容,瓷管电容的内电极与接触件焊接在一起,接地极通过如图3所示的接地板与电连接器外壳相连。铁氧体管一般采用初始磁导率较高的锰锌铁氧体或镍锌铁氧体,起单匝感应线圈的作用。这种低通 型滤波器由输入电容、输出电容和电感组成,从理论上说,每一滤波元件在截止频率以上的衰减增加为6dB/倍频程,因此,整个滤波器在截止频率以上的衰减增加为18dB/倍频程。

图4为管式 型滤波接触件组件组成的滤波电

连接器的结构示意图。接地板是一块镀有贵金属的

图2 管式 型滤波接触件组件的结构

图3 接地板的结构

铜合金,其上开了一系列通孔,通孔的排列与绝缘安装板的孔位排列相同,滤波接触件组件穿过这些通孔。所有接触件上的瓷管电容的接地极与连接到连接器外壳的该接地板连接。为了有效地滤除干扰信号,尽可能地使接地板与连接器外壳间的接触面积最大,使接地板与外壳之间的接触压力尽可能地大,同时避免接地板与连接器外壳之间的接触压力对滤波接触件的影响,在接地板与连接器外壳之间采用柔性接地,即在固定滤波器的接地板外圆柱面上采用弹性屏蔽环,当该组件装入壳体时,能够使接地板与电连接器外壳360 可靠地电连接,且最大限度地避免了机械应力对滤波器件的影响,同时在接地板与连接器外壳相连接的端面注入导电性能较好的环氧导电胶,防止环氧树脂渗入屏蔽环间隙,从而保证了滤波电连接器优良的屏蔽性能和接地可靠性。此外,为提高机械强度,保护滤波接触件,一般将滤波接触件安装在插座内。

图4 管式 型滤波电连接器的结构

陶瓷电容的电极一般采用银浆涂覆,经高温焙烧而成,如果采用酒精为溶剂的环氧树脂封装,由于封装的多孔性而易受潮,为银离子的迁移提供了条件,造成短时间内产品大量失效。为了提高陶瓷电

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