Ekranowane złącza chroniące przed zakłóceniami EMC

Istnieją dwa mechanizmy powstawania zakłóceń elektromagnetycznych: promieniowane (tj. związane z rozchodzeniem się fal) przewodzone.

Zakłócenia promieniowane występują, gdy sygnały o wysokiej częstotliwości przemieszczające się wzdłuż przewodzącego elementu (np. kablu czy ścieżce PCB) generują zmieniające się w czasie pole elektromagnetyczne. Pole to można wykryć w pewnej odległości od przewodzącego elementu. Im mniejsza odległość między źródłem promieniowania a elementem przewodzącym, tym bardziej intensywne będzie pole. Ponieważ przyległa powierzchnia jest przewodząca, w obecności pola elektromagnetycznego będą na niej wzbudzane napięcia i prądy. Rozwiązanie tego problemu zwykle wymaga zastosowania ekranowania obudów, kabli czy złączy. Jeśli jakakolwiek część systemu nie jest ekranowana, będzie to punkt emisji promieniowanego EMI.

Interferencja przewodzona występuje, gdy celowe lub niezamierzone sygnały w obwodzie bezpośrednio przemieszczają wzdłuż elementu przewodzącego (np. kabel lub ścieżka PCB) z jednego miejsca do drugiego w taki sposób, iż zakłócają prawidłowe działanie docelowego obwodu lub urządzenia. Przychodzące fale energetyczne są jednym z przykładów zakłóceń przewodzonych. W takim przypadku stosuje się filtry liniowe, sieci kondensatorów i podobne metody w celu oddzielenia (lub kondycjonowania) zamierzonych sygnałów napięciowych od napięć zakłócających.

Złącza ekranowane 360

Wraz ze wzrostem szybkości Internetu i wzrostem wykorzystania pamięci o dużej pojemności, obrazy i filmy o wysokiej rozdzielczości można łatwiej oglądać na produktach konsumenckich, takich jak komputery osobiste, tablety i smartfony. Ilość informacji, które muszą zostać przetworzone na tych urządzeniach dramatycznie wzrosła, a prędkość sygnału w urządzeniach staje się coraz szybsza.

Gdy wraz z transferem danych dodawany jest zewnętrzny szum elektromagnetyczny, w obwodach urządzenia indukowane są niezamierzone sygnały elektryczne, zakłócając pracę czy nawet powodując awarię elementów elektronicznych. 

Podobnie, szum elektromagnetyczny może być generowany przez wewnętrzne cyfrowe sygnały synchronizacji urządzenia, zakłócając pracę innych części tego samego systemu. Nazywa się to problemem EMC wewnątrzsystemowego. Często problem ten powoduje ból głowy u projektantów, którzy muszą opracowywać wysokowydajne, przenośne urządzenia elektroniczne, w których stasowane są układy o dużej gęstości. W szczególności, problemem jest umieszczanie konektora blisko anteny, co ilustruje poniższy rysunek. Aby zapobiec powstawaniu problemu zakłóceń elektromagnetycznych często wymagane jest zastosowanie złącz ekranowanych EMI.

Rysunek 1: Symulacja zakłóceń EMC w przypadku standardowego konektora oraz konektora ekranowanego na przykłądzie serii ZenShield firmy © I-Pex.

Przykładem takich konstrukcji są złącza firmy I-PEX z serii ZenShield. 360-stopniowa konstrukcja ekranowania EMI zapobiega promieniowaniu elektromagnetycznego zakłóceń nie tylko z punktów styku wtyczki i gniazda, ale także z wyprowadzeń sygnałowych. Ponadto, po połączeniu wtyczki i gniazda oraz zatrzaśnięciu obudowy ekranującej, elementy ekranujące w kilku punktach są podłączone do uziemienia. Zapewnia to wystarczającą ilość ścieżek powrotu uziemienia dla prądu generowanego w metalowych ekranach złącza. Działa to w celu stłumienia emisji szumu elektromagnetycznego z jego osłony.

Dzięki ekranowaniu 360° złącze zapewnia znaczne ograniczenie zakłóceń elektromagnetycznych, co z kolei przekłada się na większą elastyczność w projektowaniu płytki, umożliwiając umieszczenie złączy w pobliżu wrażliwych podsystemów, takich jak anteny nadawcze/odbiorcze, które są powszechnie stosowane w systemach komunikacji bezprzewodowej. Tego typu systemy zazwyczaj wymagają zaawansowanych rozwiązań ekranowania w przypadku problemów z izolacją EMI wewnątrz systemu.

Rysunek 2: Złącza ekranowane umożliwiają bezpieczne umieszczenie konektora w bezpośredniej bliskości anteny. © I-Pex