正確的連接器可同時抑制輻射與傳導式 EMI

電磁干擾 (EMI) 在許多系統設計中是令人苦惱且往往無可避免的實際情形。不僅無孔不入且具有破壞性，更會隨著工作頻率提高而加劇影響程度。EMI 可經由空氣輻射，或透過訊號與電源線傳導而進入電路，或可將這些導線當作天線再次發射。

若產品會傳導或輻射 EMI (即「侵擾源」)，就會干擾附近系統運作、無法通過法規測試，甚至無法上市。反之，若產品處於被動或非預期地受到 EMI 干擾 (即「被侵擾源」) 的位置，有可能會出現無法解釋、間歇性的故障、失效與不一致的狀況。

這些問題可能包括危及性命 (例如在飛機或醫院)，到成本昂貴 (例如在生產線)，甚至有時只是略帶幽默的小插曲 (例如我的自行車無線車速表)。此車速表的工作頻段為 432 MHz，不知何故，在一段約 100 碼長、位於一棟獨棟房屋與附近設有 20 kV 架空線的 Amtrak 鐵軌之間的道路上，車速表持續顯示每小時 65 至 85 英里 (MPH) 的速度。

如何將 EMI 影響降至最低

減少或消除 EMI 的來源或其影響 既容易又有難度。基本步驟包含充分的接地、完善的屏蔽、正確的旁路，當然還要使用濾波器。除此之外，情況往往是典型的「80/20」：消除 80% 的問題只需 20% 的努力；但要去除剩下的 20%，很容易就得花上 80% 的功夫。

外殼上的任何縫隙，例如連接插頭與插座所需的孔隙，都可能成為 EMI 能量任意方向穿越的「門戶」。然而，如果 EMI 僅來自輻射能量，採用屏蔽式連接器就能解決此問題。

這個問題在數十年前已著手解決，一開始就是以同軸電纜與經典的 SO-239 和 PL-259 公母端連接器，以及 BNC 系列來應對。不過這些完全屏蔽的 RF 連接器，每個只能傳輸一道訊號，不適合 DC 電源和非 RF 訊號。

「回歸未來」是個不錯的替代選擇，採用曾經在通訊鏈路與其他介面盛行一時的連接器：像 Molex 等公司推出的 D-sub 連接器 (圖 1)。在 USB 與平行埠出現之前，工程師及許多消費者多以這種連接器的 9 引腳版本 (稱為 DB-9) 當作 RS-232 串列通訊協定的互連元件。

圖 1：受到廣泛採用且耐用的 D-sub 連接器與配接器系列，擁有多種觸點腳位、電氣額定值、EMI 濾波頻寬及實體端接方式可選；Pi 濾波器可解決傳導型 EMI 問題。(圖片來源：Molex)

目前 USB 和乙太網路已取代絕大多數的 RS-232，因此該通訊協定目前主要用於舊款系統，鮮少用在新型設計；然而 D-sub 連接器依舊長青。其長壽的原因眾多：

• 無縫的金屬對金屬設計，能為電線提供 100% 屏蔽。
• 具備機械耐用性，可加裝支柱螺絲和螺絲，確保配接時確閉鎖緊。
• 提供 9、15、25、37 與 50 個觸點的款式。
• 提供多種端接方式，包括焊杯，以及直式或直角 PCB 引腳。

單靠屏蔽還不夠時

D-sub 連接器的屏蔽設計能因應輻射 EMI 能量問題，卻無法解決傳導型 EMI 的問題。這時 Molex 推出的 EMI 濾波式高效能 D-sub Pi 配接器與連接器 (如圖 1) 便成了極具吸引力的解決方案。

這些連接器將 EMI 濾波器納入觸點中，因此 PCB 無需額外空間或元件。接地與絕緣線路也都在相同連接器內，因此可進一步節省空間。更提供多種機械配置與端接方式，方便導入設計。

一體式的濾波器可避免傳導式 EMI 穿越連接對，因此可在關鍵應用中衰減 EMI，如航空器引擎控制、機載無線電、造影設備、加工設備及其他多種應用。

配接器與連接器的主要特點包括：

• 結構：一體成形壓鑄外殼與全焊接內部結構，可強化機械與電氣性能，可在高振動環境中避免故障。連接器皆相容於 M24308 (MIL-DTL-24308) 標準。其玻璃填充聚酯主體也符合 UL 94 V-0 阻燃標準。
• 電氣堅固性：這些連接器可承受雷擊與 AC 暫態環境條件，等級最高可達機載設備環境測試的第 IV 級。
• 電氣濾波：濾波器採用三元件 Pi 配置 (電容、電感、電容)，可吸收電源與訊號線上的高頻雜訊。其陡峭的衰減斜率可支援寬頻 EMI 的抑制。
• 饋通電容：為避免訊號在互連點產生不必要的傳遞，饋通電容可提供低阻抗的路徑到接地。此電容能有效降低傳導輻射，尤其是在屏蔽式外殼內時，不然傳統電容此時可能無法發揮效果。
• 電感式元件 (鐵氧體、環形線圈)：這些元件能吸收高頻能量並以熱能耗散，可將非預期的耦合降至最低。

EMI 濾波截止頻率會由使用者選擇，因為連接器有多種電容值可選，因此截止頻率與相關插入損耗會隨著改變 (如圖 2)。

圖 2：EMI 濾波式高效能 D-sub Pi 配接器與連接器的使用者，可根據應用要求在多種參數中挑選。(圖片來源：Molex)

觸點的最大電阻值為 10 mΩ，可承載最大 5 A (RF 電流 0.3 A)，工作電壓依型號分別為 50 或 100 V。

眾多款式中的兩個範例

為了滿足設計人員針對特定觸點腳位數、截止頻率及安裝方式的需求，Molex 這個系列的連接器與配接器，涵蓋 9 至 50 觸點腳位、多種電容值與各式端接類型。

舉例來說，0732843041 (圖 3 左) 是一款 9 觸點母座連接器，具備 100 至 4000 pF 電容值選項，採用焊杯端接設計，可直接接線。另一個品項 0732840290 (圖 3 右) 則是 25 觸點公插頭連接器，同樣提供各種電容值選擇，但採用雙排直角引腳的端接設計，可直接焊接到 PCB。

圖 3：9 觸點 0732843041 母座連接器 (左) 具有焊杯，可連接個別電線；0732840290 為 25 觸點公插頭連接器 (右)，有兩排直角引腳端子，可焊接到 PCB。(圖片來源：Molex)

結論

經驗豐富的工程師都明白，連接器就像任何主動或被動元件一樣，都是成功的關鍵。Molex 的 EMI 濾波式高效能 D-sub Pi 配接器與連接器，不僅僅是提供接續，更可對輻射與傳導型 EMI 達到顯著的衰減。因此可降低設計不確定性，並避免意外的 EMI 問題。

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1：連接器基礎知識

https://www.digikey.com/en/blog/basics-of-connectors

2：EMI 與 RFI 的抑制方法

https://www.digikey.com/en/maker/blogs/2024/taming-emi-and-rfi

3：EMC 和 EMI 是什麼？

https://www.digikey.com/en/blog/what-are-emc-and-emi

4：電源供應器的 EMI 和 EMC 量測簡介 - 第一篇：傳導式 EMI

https://www.digikey.com/en/blog/an-introduction-to-emi-and-emc-measurement-of-power-supplies-part-1

5：電源供應器的 EMI 和 EMC 量測簡介 - 第二篇：輻射式 EMI

https://www.digikey.com/en/blog/an-intro-to-emi-and-emc-measurement-of-power-supplies-pt-2