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过滤连接器和即将到来的外星入侵

通过Paul Pickering,技术贡献者|2017年5月1日

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附近有不明飞行物的一个标准迹象是所有电子元件的突然故障:你的手机不再工作了,你的汽车滑行停了下来,通常是在深夜的一条偏僻的乡村公路上。你瞥向窗外,看到一架飞机从天空坠落。很明显,正在进行某种电磁脉冲攻击。社会崩溃迫在眉睫,正如图1中不幸的水手们所发现的那样。不知道为什么没上新闻:我想是美国大选吧。

幸运的是,对于航空旅行(以及我们星球的未来),军事和航空电子制造商非常了解外星人入侵者和更平凡的来源,如雷击,太阳能耀斑,高功率无线电发射器,ESD,等等。

根据干扰的频谱和耦合机制,设计人员使用多种方法来减轻EMC影响,包括仔细的PCB布局、接地、屏蔽和滤波。为了减少进入模块的传导干扰,在进入点(连接器)停止噪声是一个非常有效的方法。

滤波器连接器将EMI / RFI抑制组件添加到标准连接器外形,以帮助解决EMC问题。该方法包含连接器本身的滤波器元件,与替代方法相比,最大化功能PCB区域和节省重量:标准连接器加上PCB安装过滤器。

电气,过滤器连接器具有几个优点。它的金属壳和接地板为地面和比PCB安装过滤器提供的最小阻抗和更高的性能,并提供更一致的销钉性能。

过滤器连接器建设

在外部,滤波器连接器看起来像标准版本,但嵌入电容器,铁氧体电感器和其他组件进入连接器主体。

电容器选项

通常使用三种类型的电容器:标准陶瓷片电容器嵌入连接器体;所述管状陶瓷电容器围绕本体的连接器销;以及用于多个引脚的平面电容器阵列。图2显示了后两种类型。

图2:(a)管状和(b)平面阵列电容器。(图像来源:API技术)

平面电容器阵列是钡 - 钛酸钡陶瓷盘或矩形,其为连接器的每条线上提供用于电容器的公共衬底。电容值可以从500pf到0.1μF的范围,并且可以在相同的阵列中组合不同的值。电容器阵列还在连接器的接口上提供连续接地平面。

电感器选项

电感器包装选项类似:连接器引脚周围的铁氧体珠,或者所有引脚通过的铁氧体板。铁氧体珠子可以在等效电路中提供0.5 UH至5 UH的电感,以及10-100Ω。

图3:Pi滤波器组件的排列。(图片来源:TE Connectivity)

图3示出了PI滤波器的组件的布置,其需要两个平面电容器阵列。平面阵列为每个电容器提供地面路径;柔顺接地弹簧将阵列连接到连接器外壳。

其他组件选项

滤波器连接器设计可针对广泛的应用环境进行优化:特性包括:各线路上不同的电容值;瞬态电压抑制(TVS)二极管;金属氧化物压敏电阻器;接地孔和馈通;以及客户定义的过滤器架构。可以添加表面贴装和带铅组件:图4中的Glenair连接器使用一个小型PCB来添加带铅箝位二极管到设计中。

制造商还提供机械包装选择,包括密封和混合光纤/电气连接器;PCN安装;和卷曲的触点。

图4:任何形状的连接器都可以包含过滤器元件。(图片来源:Glenair)

连接器可以包括各种过滤器拓扑,如图5所示。在信号线和地之间插入一个单电容是最简单、成本最低的选择,具有良好的低频性能;当源阻抗小于负载阻抗时,lc型滤波器的性能很好。

通过叠加平面阵列,连接器可以包含更复杂的滤波器。例如,Pi滤波器在中频、甚高频和超高频应用中很受欢迎,因为它在10 Mz以上的频率具有陡峭的插入损耗曲线。TE连接的德意志过滤器连接器家庭甚至包括带有三个电感器和两个电容器的双T过滤器选项。

图5:用于低(<10Ω)和高(>100Ω)源和负载阻抗的不同组合的过滤器。(图像源:EMP连接器)

插入损失

每当诸如连接器的组件插入源和目的地之间的信号路径中时,它会导致信号的劣化:插入损耗(以DB表示)是该降级的量度。

滤波器连接器的工作是去除不必要的噪声,但在这样做的同时,它也可能减弱一部分所需的信号。重要的是要在感兴趣的频率范围内最小化插入损耗:即使后接信号可以被放大,过大的插入损耗可能会导致系统性能的不可接受的下降。每个滤波器类型在目标频率范围内都有一个特征插入损耗,如图6所示。

图6:不同类型滤波器插入损耗的比较。(图片来源:Connect Solutions)

改造解决方案

最好在项目一开始就指定过滤器连接器,但它增加的成本可能会妨碍在许多应用程序中使用。如果在现场出现EMC问题,则可能采用改造解决方案。荡平例如,为众多连接器提供其Eeseal滤波器插入版的版本,包括圆形密耳-C-26482,MIL-C-38999,MIL-C-5015,MIL-C-83723连接器,以及ARINC,DIN,DimonIniature D,和定制设计。该技术通过在弹性体壳中嵌入离散的过滤器组分来限制快速瞬变;该部件连接在插入件的销和外边缘之间,短路到连接器外壳。可提供高达1μF,电阻器,MOV和二极管的电容器;某些型号可以包括每个引脚的多个组件。

图7:安装EESeal橡胶过滤器。(图片来源:Yumpu / EESeal)

结论

军事和航空电子工业都是过滤器连接器的主要用户,所以循环MIL-STD和ARINC连接器构成大多数产品目录的大部分。两家客户都使用过滤的连接器来确保通信和导航设备的可靠运行;军队还必须保护其飞机和地面车辆防止EMP攻击。

让我们希望外星人没有照片鱼雷。


提交:航空航天+防御那电容器那连接器(电气)•压接技术


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