连接器做屏蔽设计,壳体部分是容易的——金属壳体本身就是连续的导电体,屏蔽效能做到80、90分贝不难。真正难的是尾部:电缆的屏蔽层怎么与连接器壳体连接,才能保持屏蔽的连续性。
屏蔽的本质
屏蔽的作用是给干扰电流提供一条低阻抗的回流路径,让它不流经信号回路。要做到这一点,屏蔽层必须是连续的导体——任何一处断开或者阻抗过高,都会成为"泄漏点"。
高频下这个效应尤其明显。因为高频电流走的是阻抗最低的路径,屏蔽层上的缝隙会迫使电流绕行,产生额外的阻抗和辐射。缝隙的尺寸接近信号波长的四分之一时,就成了有效的天线。
所以屏蔽设计的原则是:连续、低阻抗、多点连接。
壳体的屏蔽
插头与插座的壳体之间要实现360度接触,不能只靠几个点。常见的做法是:壳体接触面上加弹性导电衬垫(导电橡胶、金属簧片、导电布),靠弹性保证全周接触。
螺纹连接的壳体因为有旋合间隙,接触电阻较大且不稳定,所以高屏蔽要求的连接器通常用卡口或者推拉自锁——它们的接触更紧密。
如果必须用螺纹,要在壳体端面加导电衬垫,并且保证拧紧力矩足够。我们遇到过螺纹连接器的屏蔽效能随拧紧力矩变化十几个分贝的情况——松一点就差很多。
表面处理也影响屏蔽。铝壳阳极氧化后表面不导电,必须做导电氧化或者在接触面局部去氧化层。不锈钢导电性好但容易钝化,长期接触后接触电阻会上升,所以要镀镍或者其他导电镀层。
尾部:屏蔽层的端接
电缆屏蔽层与连接器壳体的连接,有几种做法,效果差别很大。
最差的做法是"猪尾巴"——把屏蔽层拧成一股,用螺钉或者焊接连到壳体上。这个做法在低频下凑合,高频下几乎无效。因为拧成一股的这段导线有电感,频率越高阻抗越大,屏蔽电流流不过去。而且这段导线本身会辐射。
正确的做法是360度端接:把屏蔽层展开成一圈,用金属环(屏蔽环、卷曲环)把它压紧在连接器的屏蔽面上,实现全周的连续连接。这样屏蔽电流的流通路径是完整的圆周,阻抗低。
实现360度端接的部件叫尾部附件(也叫屏蔽夹、电缆夹)。它有几个组成:压紧屏蔽层的金属环、固定电缆外皮的夹紧结构、以及与连接器壳体连接的螺纹或者卡口。三者都要到位——只压紧屏蔽层而没夹紧电缆,电缆受力时会把屏蔽层扯开。
常见失效点
第一,屏蔽层没有完全展开。施工时屏蔽网被剪断或者没有翻平,导致只有部分接触。
第二,屏蔽环压紧力不足。压不紧的话屏蔽层与环之间有间隙,接触电阻大。
第三,尾部附件与连接器壳体的连接不可靠。如果尾部附件是拧上去的,要拧紧;如果是卡上去的,要确认卡到位。
第四,电缆外皮的剥线长度不对。剥太长,屏蔽层暴露过多,容易碰到别的东西;剥太短,屏蔽层压不到环上。
验证方法
屏蔽效能的测试有两种常用方法:一是用网络分析仪测传输系数,比较有屏蔽和无屏蔽时的信号衰减;二是用标准的屏蔽效能测试装置(比如三同轴法)测转移阻抗。
工程上更实用的做法是整机EMC测试——在电波暗室里做辐射发射和辐射抗扰度测试,看整机是否满足要求。因为屏蔽效能的单件指标和整机的EMC表现不一定线性对应,整机的缝隙、线缆的走向都会影响结果。
我们遇到过单件屏蔽效能很好、整机EMC不过的情况。查下来是线缆走线的问题——屏蔽层在另一端没有处理好,形成天线。所以屏蔽是系统问题,不能只看连接器。
差分信号的特殊情况
差分信号本身有一定的抗干扰能力,但在屏蔽要求高的场合仍然需要屏蔽。差分对用屏蔽电缆时,屏蔽层的处理方式与单端信号相同——360度端接。
要注意的是不要把差分对的屏蔽层当成信号回流路径。差分信号的回流在两根信号线之间,屏蔽层的作用是隔离外部干扰,两者不要混。
我们的YW-RJ45-USB高速网络电连接器和YMG系列差分电连接器都配360度屏蔽尾部附件。有EMC要求的项目,把频段、干扰源类型、电缆规格告诉我们,可以给出完整的屏蔽方案。



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