将辐射降低到较低水平的简单方法概述

曾经仅与光纤链路相关的距离和数据速率现在可以用铜缆跨越，从而避免了光学模块的高成本。 “铜模块”现在可作为光纤模块的直接替代品。通过铜线和均衡器设备的组合，您现在可以通过长电缆接收3.2Gbits/s数据，信号失真非常小。均衡是对通信电路中与频率相关的衰减的补偿，目的是在电路的工作频率范围内建立相等的信号衰减。请注意，当增加均衡时，通过115英尺电缆传播的3.2Gbits/s数字波形有显着改善（图1）。 （Maxim均衡器现在的速率高达12.5Gbits/s。）

图1.均衡前后通过115英尺电缆的3.2Gbits/s信号。

在高比特率下，铜缆互连组件必须充当良好的传输通道具有确定的信号完整性和传递给接收器的最大功率（泄漏最小）。这些组件的信号泄漏会对外界产生电磁干扰（EMI），EMI是必须符合美国联邦通信委员会（FCC）和欧盟委员会（EC）标准的EMC合规声明的设备的主要考虑因素。以下讨论包括电缆均衡以延长传输距离和降低系统成本，提出了将辐射降低到较低水平的简单方法。

应指定互连各种设备的电缆和连接器以防止干扰，并且还要防止对辐射能量敏感性的相互影响。对于带铜互连的电缆系统，以下措施可有效减少辐射：

平衡信号线

添加铁氧体磁珠

扭转电缆

屏蔽电缆/》使用电缆和背板的终端连接器

平衡系统

平衡电缆系统由两根负载信号组成，相对于第三线（或地）的正（双极）。理想情况下，两根信号线包含所有信号电流。然而，由于差分线路驱动器并不完美，它们允许包含不需要的信号，例如来自电源的噪声，嗡嗡声以及两条信号线共有的温度效应。差分接收器拒绝这种公共信号的能力用称为共模抑制比（CMRR）的品质因数表示。 CMRR是差模增益与共模增益之比，通常以分贝表示。

影响平衡系统性能的另一个因素是信号之间的时间偏差，这是由长度差异引起的。两根信号线。通过使差分信号的边缘不对准，长度差异可能导致接地系统中出现小的电压尖峰。

对于没有平衡输出的系统，您可以通过在输出端引入变压器来产生一个（图2） 。变压器通常放置在系统输出附近。它提供直流隔离＆＃175;＆＃175;＆＃190;连接到地电位可能与原始单端系统不同的系统时的额外好处。

图2 。变压器转换，单端到差分输出。

像放大器一样，变压器并不理想。它们都允许少量初级电流在输出端显示为差模电流。这种模式转换效应在较高频率下最常见。变压器的另一个不可避免的特征是初级和次级绕组之间的电容。通过允许能量（随频率增加）与输出的共模耦合，这种电容增加了不需要的辐射。

铁氧体磁珠

在差分信号的导线上滑动的小铁氧体磁珠或环形线圈通过充当纵向（损耗）变压器来降低共模电流。铁氧体磁珠可用于抑制开关瞬态和其他高频信号的高频成分。它们通常出现在电源内部和用于视频监视器的电缆上，以降低这些系统中的EMI。

铁氧体磁珠在低阻抗电路中效果最佳，其中50MHz时的磁珠阻抗高达500欧姆可以实现。你应该注意不要让珠芯的饱和度降低，从而降低珠芯的有效性。然而，在多对电缆上使用铁氧体磁珠可能会增加这些对之间的串扰。为了说明这一点，考虑具有不同负载阻抗和匝数的公共磁珠的插入损耗（图3）。

图3.磁珠插入损耗与频率的关系。

扭转电缆

将信号对的两条线绞合在一起可以大大减少差模辐射，同时使共模辐射几乎不受影响。差分（相对于单端）信令将辐射降低20dB至30dB。对于信号对中的每个扭曲，从其发出的磁场抵消了来自相邻对中的扭曲的场。因此，如果扭曲方向相同，耦合到相邻对的场几乎为零。

对于在单个束中包含多个双绞线的大多数电缆，这些对表现出不同的扭曲率。这种变化趋于消除由扭曲过程中的轻微不对称引起的耦合。例如，您可以观察到用于大多数以太网网络的典型5类电缆中对的不同扭曲率。

屏蔽电缆

电缆屏蔽是控制辐射的关键参数，屏蔽效能的特征在于传输阻抗。传输阻抗将屏蔽表面上流动的电流与其在表面另一侧产生的电压相关联。该电压是由于通过屏蔽层厚度的扩散电流引起的（图4）。编织屏蔽的有效性也受漏电感的影响。最好的屏蔽是厚壁实心管，如半刚性同轴电缆。几种同轴电缆的传输阻抗如图5所示。

图4. EMI易感性和发射的传递阻抗表示。

图5.各种电缆类型的传输阻抗。

使用屏蔽和平衡线路（如屏蔽双绞线或双轴线）可以进一步减少辐射，因为屏蔽不再用作返回路径。然后流入屏蔽的唯一电流是由于平衡线的不对称性。因此，屏蔽电流与信号线中总信号电流的百分比会降低辐射。

电缆和背板终端连接器

在电缆中装配时，与负载或源的最终连接对于电缆的性能同样重要。为系统接地提供良好屏蔽和低阻抗连接的连接器非常重要，因为连接器与信号路径串联。

表1＆＃195;＆＃175;＆ ＃190;连接器电阻与频率的关系。

背板应用需要高速多端接头，许多制造商生产的连接器系统的信号速率高达12Gbits/s。它们包含差分对和接地系统，具有良好的受控阻抗和屏蔽。例如，Teradyne和Molex制造了几个连接器，称为VHDM，VHDM-HSD和Gbx，它们利用集成在连接器外壳中的接地层。反过来，这种结构允许受控阻抗和高水平的屏蔽。国际工程联合会（IEC）已经制作了关于这些连接器类型功能的教程。 （参见他们的网站，在参考部分列出。）

参考文献

Michel Mardiguian，“通过设计控制辐射排放”，第221-255页， Van Nostrand Reinhold。

Arthur J. Glazar，“TL场 - 电缆耦合方程的软件实现。”

Tim Williams，“产品设计师的EMC”，Linacre House Publications。

Howard Johnson，“高速数字设计，黑魔法手册”，第295-338页，PTR Prentice Hall出版物。

IEC教程：“背板系统上多千兆位传输的信号完整性。 “

Howard Johnson，”高速信号传播，高级黑魔术，“PTR Prentice Hall出版物。

Eric Bogatin，”信号完整性简化“，Prentice Hall现代半导体设计系列