析滤波电连接器技术核心要点

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2024-12-19 15:09:06 713

摘要：现阶段，电子设备在人们的生活中越来越常见，使得在有限空间内的电磁环境受到严重的电磁污染。日益严重的电磁干扰（EMI）不仅会破坏或降低电子设备的指标与工作性能，而且对人的身体健康也构成了一定的危害。电磁干扰以两种方式存在，即传导型电磁干扰和辐射型电磁干扰。对辐射型电磁扰，可以采用电磁屏蔽的方式来防护，而对传导型电磁干扰，滤波则是最有效的防护手段。任何电子设备都需要和外界连接，进行电气信号的传输。在各型号系统中，电连接器是构成一个完整系统所必需的基础元件，是连接设备的窗口。就一个系统而言，各种 EMI 在接口处最为严重，它是 EMI 进出电气及电子设备的“窗口”。因此，具有滤波功能的接口连接器最能满足电子产品的电磁兼容性（EMC），尽量减小电磁干扰对电子产品的影响。本文将对滤波电连接器的技术原理和功能特点等进行概要介绍。

关键词：滤波；连接器；电磁兼容。

1 引言

1933年国际电工技术委员会(IEC)在法国巴黎成立了国际无线电干扰特别委员会(CISPR)，致力于更好地研究国际性无线电干扰问题。1967年，美国军方发布了MIL—STD 46lA。建立了军用电子设备测试和验证的要求，成为美军第一代配套的EMC标准和规范。1979年，美国联邦通讯委员会(FCC)规定所有的数字设备的电磁发射必须低于某一限值。随着系统的集成度越来越高，新兴技术发展的同时也带来了对其他电子设备更大的干扰，突显出相关法律法规继续发展的必要性。

随着电子科学技术的发展，以及电气、电子设备数量及种类的不断增加，我们周围的电磁环境变得日益复杂，为了减少电子电气设备相互间的电磁干扰，使各种设备能够正常工作，并且保证工作人员的健康、安全。航空、航天、电子、船舶、通信等几乎所有的现代电子工业系统都必须要求解决电磁兼容问题。

电磁干扰以两种方式存在，即传导型电磁干扰和辐射型电磁干扰。对辐射型电磁扰，可以采用电磁屏蔽的方式来防护，而对传导型电磁干扰，滤波则是最有效的防护手段。近年来，随着在工程实践的需求不断加大，滤波电连接器的研究也逐渐变成了

热点之一。滤波连接器，顾名思义，是一种具备滤波功能的连接器件，它是在普通电连接器的基础上，在连接器内部安装了滤波电容，并通过对内部结构进行改进，增加滤波电路，对连接器的电流进行过滤，实现抗干扰功能。目前国内研制生产滤波连接器的厂家主要有国营 825 厂、国营 158 厂、国营 117 厂、国营 796 厂（四川华丰企业集团有限公司）、国营 715厂等。

图1 滤波连接器图示

2 滤波连接器技术原理及优点

干扰源、传播耦合路径、敏感设备是电磁兼容设计必须要考虑的三个方面，解决好电磁兼容，必须从这三个方面下手。滤波电连接器就是为满足设备的电磁兼容（EMC）要求而设计出来的一种电连接器，它是解决耦合路径的较好方法之一。滤波连接器是在普通连接器的接触件上安装一个特殊构造的滤波器，一般为低通滤波器。它是由电容、电感或电阻等无源器件组合而成，并通过连接器的金属壳体将滤波器接地。滤波连接器通过接地、屏蔽和滤波这几大措施，有效地抑制了电磁干扰问题，保证了信号的完整性。因此，它既具备普通电连接器的所有功能，又兼具抑制电磁干扰的特性。设计使用这样的连接器，可以使通过导线传输到设备的信号得到过滤，防止不需要的杂波对设备造成损坏。在设备输出上设计选用滤波连接器，可以省去在 PCB 上设计单独的滤波器，不但节省空间而且方便设计。

图2 滤波电连接器工作原理示意图

滤波电连接器主要解决的工程实际问题包括但不限于，整机系统与输入、输出信号的连接和滤波功能的实现。与普通电连接器一样，滤波电连接器总体属于电子元器件中电接插件的范畴，主要的作用是起到电子信号传递作用，是在普通电连接器的基础上，增加了滤波功能，将一定频率范围的信号滤除，限制其通过的电连接器，它允许系统将需要的频率信号无衰减地或较小地衰减通过，抑制干扰信号频率通过，从而减少整机对外部环境或外部环境对整机的互相间电磁干扰。滤波电连接器的优点主要体现在以下几个方面：

1）体积小：滤波电路被设计在连接器内部，这样就可以为相应配套设备节省大量的空间。

2）功能多：将滤波器同连接器金属外壳连接，可同时实现滤波、屏蔽、接地等效果，体现了其强大的功能。

3）应用便利：现阶段主流连接器制造企业生产的滤波连接器均是在普通电连接器的基础上，对其内部结构经过改进，增加滤波电路而实现的，因此可以与同型别的普通连接器互换对接使用。

4）成本较低：采用滤波连接器可以省去大部分设备抑制电磁干扰的设计成本，而且与特制滤波器具有同等功效。

3 滤波连接器主要类型及特性指标

目前，国内主要采用了 C 型、L 型、T型、л型电路结构，在结构设计方面，则采用了电容、电感（根据具体电路结构原理）焊接形成滤波组件结构来构成滤波主要器件。滤波连接器电路形式一般可分为 C 型、L 型、T 型、л型等类型。滤波器件电感主要使用铁氧体磁环或磁片，串接在接触件上，不涉及到端接问题；而另一种滤波器件电容，则需要将其电极采用某种方式分别端接到接触件和外壳上（即接地），构成滤波旁路。

图 3 C型滤波电路

图4 L型滤波电路

图5 T型滤波电路

图6 л型滤波电路

滤波连接器最主要的特性参数有额定电压、额定电流、插入损耗、纹波幅度、截止频率、带宽和中心频率、品质因数等。

额定电压：滤波连接器所允许的最高电压值。如果输入滤波器的电压值超过一定值时，内部器件会损坏。

额定电流：在规定环境温度条件和额定电压下，滤波连接器所允许的最大连续工作电流，一般情况下当工作温度越高时所允许的工作电流越小；同时，工作电流还与频率有关，工作频率越高，其允许电流越小。

插入损耗：信号源通过滤波器在负载阻抗上建立的电压为Ui ，不接滤波器时信号源在同一负载阻抗上建立的压为 Uo，插入损耗定义为：

Lio=20Lg（Ui/Uo）

插入损耗是描述滤波连接器性能的最主要的参量。插入损耗的大小随工作频率的不同而变化，通常把插入损耗随频率的变化曲线作为滤波连接器的频率特性。

纹波幅度d：在一定频率范围内，实际滤波连接器的幅频特性可能有波动，d值为幅频特性的最大波动值。

截止频率：若滤波连接器在通频带内的增益为K，则当其增益下降到K/2（即下降了3dB）时所对应的频率被称为截止频率。

带宽B和中心频率f0：带通滤波器上、下两截止频率之间的频率范围称为通频带带宽，或-3dB带宽，亦可记作 B=fC2－fCl，带宽决定滤波器频率分辨力（分离信号相邻频率成分的能力）。

上下两截止频率的几何平均值称为滤波器的中心频率 f0 ，通常用中心频率 f0来表示滤波器通频带在频率域的位置。

品质因数Q值：带通滤波器中心频率f0与带宽B之比称为滤波器的品质因数，又称Q值，即

Q=f0/B

Q值越高，滤波连接器的频率选择性越好。

4 滤波电连接器设计

产品设计时，在技术规范的选用上，滤波电连接器的设计规范主要参考国家军用标准GJB1308-91《滤波电连接器要求》及其他相对应系列产品的技术规范要求，如GJB599B、GJB101A、GJB2446A等。

在结构设计上，滤波电连接器主要由普通电连接器、滤波器件、接地器件组成。滤波器件结构常选用板式滤波结构和管式滤波结构。其中，板式滤波电连接器的接地器件为接地簧片，它的作用是将电容的一极与壳体实现电气连接，滤波器件（滤波板）为滤波器组件，它的作用是将接触体与电容的一极实现电气连接，接地簧片与滤波器组件共同构成滤波回路；管式滤波电连接器的接地器件为导电胶垫，它的作用是将电容的一极与壳体实现电气连接，滤波器件（滤波管）为滤波接触体组件，它的作用是将接触体与电容的一极实现电气连接，导电胶垫与滤波接触体件共同构成滤波回路。

信号在传输时，工作信号通过接触体(插针、插孔组件)正常实现电气传输，高频信号通过滤波器件以及接地器件导向壳体，与工作信号分离，从而实现产品的滤波功能，以保证工作信号的正常传输。

5 结语

近年来，电子技术整体水平飞速发展，特别是信息化浪潮滚滚而至，各种精密复杂的电子设备，如计算机、视频设备等快速普及，且高密度、微型化、数字化等成为其重要发展趋势，所以提高设备的抗干扰能力仍将是一项重要的工作。可以预测，滤波电连接器的需求仍将日益扩大。

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