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合适的连接器可抑制辐射式和传导式 EMI

作者： Bill Schweber 2025-08-05

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工程

电路保护

滤波

电磁干扰 (EMI) 是许多系统设计中一个令人头疼却往往难以避免的问题。这一问题无处不在且危害极大，随着工作频率的升高，其影响会愈发严重。EMI 既可以通过空气辐射，也可以通过信号线和电源线传导进而注入电路，或者让这些线路充当天线将其再次发射出去。

如果一款产品产生或辐射 EMI（即“干扰源”），就可能干扰附近系统的正常运行，无法通过合规性测试，从而被禁止上市。相反，如果一款产品处于相反的角色，成为 EMI 有意或无意的接收者（即“受扰体”），则可能出现无法解释的间歇性故障、失效和性能不稳定等问题。

这些问题的影响范围很广，轻则像我的无线自行车速度计般变得有点滑稽，重则在飞机或医院等场景中可能危及生命，而在生产线中则可能造成巨大损失。我的这款速度计工作在 432 MHz 频段，不知何故，在一栋偏僻房屋与附近美国铁路公司铁轨（铁轨上方有 20 kV 的架空线路）之间一段 100 码长的道路上，读数一直显示在 65 到 85 MPH 之间。

如何将 EMI 的影响降至最低

减少或消除 EMI 源及其影响，说简单也简单，说复杂也复杂。基本步骤包括充分接地、全面屏蔽、合理旁路，当然还有使用滤波器。除了这些步骤之外，通常存在“二八定律”：消除 80% 的干扰只需 20% 的努力，而消除剩下 20% 的干扰却可能要花费 80% 的精力。

任何外壳上的缝隙，比如连接器插头和插座所需的缝隙，就像是一扇门，可以双向通过 EMI 能量。不过，如果 EMI 仅由辐射能量引起，那么屏蔽连接器就能解决问题。

几十年前人们就开始着手解决这个问题，最初是应用同轴电缆以及经典的 SO-239 和 PL-259 母头和公头连接器，还有 BNC 系列连接器。然而，这些全屏蔽射频连接器每个只能支持一个信号，不适合用于直流电源和非射频信号。

一个不错的替代方案是“回到未来”，即采用一种曾经在通信链路和其他接口中占据主导地位的连接器类型：由 Molex 等公司生产的 D 型超小 (D-Sub) 连接器（图 1）。在 USB 和并行端口出现之前，工程师和许多消费者都使用这种 9 针版本（称为 DB-9）的连接器作为 RS-232 串行协议的互连器件。

图 1：应用广泛、坚固耐用的 D-sub 连接器和适配器系列，具有多种触头数、电气额定值、EMI 滤波带宽和物理端接方式；Pi 滤波器可解决传导 EMI 问题。（图片来源：Molex）

USB 和以太网在很大程度上已经取代了 RS-232 的地位，因此这种协议如今主要存在于遗留系统中，在新设计里已很少使用；然而，D-sub 连接器却留存了下来。这种连接器经久不衰的原因有很多：

无间隙的金属对金属设计为导线提供了 100% 的屏蔽。
机械结构坚固耐用，可使用柱销和螺丝实现配对连接器之间的可靠锁定。
有 9 针、15 针、25 针、37 针和 50 针等多种版本可供选择。
提供多种端接方式，包括焊杯以及直插式或直角印刷电路板 (PCB) 引脚。

当仅靠屏蔽不足以解决问题时

D-sub 连接器的屏蔽解决了辐射 EMI 能量的问题，但无法解决传导 EMI 问题。正因如此，Molex 的 EMI 滤波高性能 D-sub Pi 适配器和连接器系列（同样参见图 1）就成为了一种颇具吸引力的解决方案。

这些连接器的触头中集成了 EMI 滤波器，因此不需要在印刷电路板上额外占用空间或添加元器件。接地线和绝缘线位于同一个连接器内，进一步节省了空间。它们提供多种机械结构和端子类型，以满足设计需求。

内置滤波器可防止传导的 EMI 通过连接器对，从而在关键场景中减弱 EMI，例如飞机发动机控制、机载无线电、成像设备、处理设备以及许多其他应用场景。

主要适配器和连接器特性包括：

结构：一体式压铸外壳和全焊接内部结构增强了机械和电气性能，可防止在高振动环境中出现故障。这些连接器符合 M24308 (MIL-DTL-24308) 标准。其玻璃纤维填充聚酯外壳还符合 UL 94 V-0 阻燃标准。
电气耐受性：这些连接器最高可承受机载硬件环境测试标准 DO-160 IV 级雷击和交流瞬态环境条件。
电气滤波：采用三元件 Pi 配置（电容、电感和电容），滤波器可吸收电源和信号线中的高频噪声。其陡峭的衰减斜率有助于抑制宽带 EMI。
馈通式电容器：为防止在互连点出现不必要的信号传输，馈通式电容器提供了一个低阻抗的接地路径。这些电容器能有效降低传导辐射，特别是在传统电容器表现不佳的屏蔽外壳中。
电感元件（铁氧体、环形线圈）：这些元件吸收高频能量并将其以热量形式消散，最大限度地减少意外耦合。

EMI 滤波截止频率可由用户选择，因为这些连接器提供的容值广泛，相应地也就有广泛的截止频率以及相关的插入损耗（图 2）。

图 2：EMI 滤波高性能 D-sub Pi 适配器和连接器的用户可以根据应用需要从一系列参数中选择。（图片来源：Molex）

触头的最大电阻为 10 mΩ，可承受高达 5 A 的电流（射频电流为 0.3 A），工作电压额定值根据型号不同分为 50 V 和 100 V。

众多可能性中的两个例子

为了满足设计人员对特定触头数、截止频率和安装方式的需求，该 Molex 系列连接器和适配器提供了 9 到 50 个触头、多种电容值以及各种端接类型选择。

例如，0732843041（图 3，左）是一款 9 针母插口连接器，电容值可选范围为 100 到 4000 pF，采用焊杯端接，设计用于直接导线连接。另一种选择是 0732840290（图 3，右），这是一款 25 针公头连接器，提供相同的电容值选择，但采用两排直角针脚端子设计，可直接焊接至印刷电路板。

图 3：9 针 0732843041 母插口连接器（左）带有焊杯，用于连接单独的导线；0732840290 是 25 针公头连接器（右），带有两排直角引脚端子，用于焊接到印刷电路板上。（图片来源：Molex）