专利名称：减小电磁辐射的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及印刷电路板(PCB)领域，具体涉及电磁辐射的抑制。
背景技术：
电磁辐射(EMR)是由每个正在操作的电气和/或电子设备发射出来的。EMR射出的功率根据设备的大小和电气强度以及它承载或使用的电流而变化。另外，到电子设备和来自电子设备的、输入和输出电缆上的不需要的电流可能使电缆本身变成不需要的EMR源。由于EMR可以干扰位于EMR源附近的电子设备的组件，从而导致电磁干扰(EMI)，因此EMR成为一个问题。众所周知，如果EMR源附近的电子组件或产品以及设备受到一定程度的EMI，则可能发生故障。为了保持设备正常工作，并且使设备符合适当的政府规定，必须减小由电子设备产生和接收的EMI。在美国，联邦通信委员会(FCC)颁发了限制从电子设备发射的辐射量的规定，并且对已生产的产品进行例行检验，来确保产品合格。在加拿大、欧洲以及世界的其它地方都有类似的行政实体来执行相同的职能。
一种众所周知的、用于容纳或减小来自包括电子设备的产品的不需要的EMR的解决方案是使用屏蔽电缆。不幸的是，与未屏蔽电缆相比，屏蔽电缆比较昂贵。屏蔽电缆也具有更大的波形因数，从而占用了产品外壳的更多的空间。另外，因为屏蔽电缆没有未屏蔽电缆易弯曲并且在制造时未屏蔽电缆使用起来方便，所以当电缆被弯曲或移动时，屏蔽电缆的完善性可以被更容易地折衷。
另一种用于容纳或减小来自包含电子设备的产品的不需要的EMR的解决方案是将设备放置在环绕的金属外壳中。环绕的导体外壳形成了一种法拉第屏蔽，其通过迫使电磁波的电场分量在导体的表面接近于零来减小被辐射的功率，从而阻碍波的传播。不幸的是，发射必须通过外壳中用于输出信号的必要的开口，这样就降低了外壳的有效性。另外，作为结果的外壳既笨重又相对昂贵。
发明内容
本发明包括一种用于减小电气和/或电子设备中的电磁辐射(EMR)的方法和装置。
根据本发明实施例的、用于减小有线电通信中设备之间的EMR的方法包括步骤以趋向于减小EMR的方式来处理第一设备中的信号(220)；以及在所述信号与后续设备进行通信之前，电磁隔离所述被处理的信号(230)。该方法的所述处理步骤可以通过使用双绞线传播信号而实现。
在本发明的另一个实施例中，一种用于减小来自电路的信号中的EMR的印刷电路板(PCB)，所述PCB具有一个输入部分和一个输出部分，该印刷电路板包括至少一个输入连接器(210)，其被安装到PCB的输入部分，用于将所述信号连接到PCB；至少一个处理元件，其被安装到PCB的输入部分，用于以趋向减小EMR的方式来处理所述连接的信号；屏蔽墙，在所述至少一个处理元件的输出上安装到PCB，用于电磁隔离PCB的输入部分与PCB的输出部分，所述屏蔽墙具有使所述信号通过输出部分的最小缝隙；以及至少一个输出连接器，被安装到PCB的输出部分，用于输出处理过的信号。
通过结合附图来考虑下列详细的描述，就能够容易地理解本发明，其中图1描述了电视系统100中的数字电路的一个实施例的高级方框图；图2描述了适于在图1的系统中使用的印刷电路板滤波器的一个实施例的俯视图；以及图3描述了适于在图2的印刷电路板滤波器中使用的屏蔽墙的一个实施例的正视图；为了便于理解，可能的话使用相同的参考标记指明附图中共有的相同元件。
具体实施例方式
将在诸如电视电路的电路和相关设备的范围内来描述本发明。然而，本领域的技术人员应当理解，本发明可以有利地应用于任意期望减小电磁辐射的电路中。因此，本申请人期望本发明具有在这里所描述的电视电路之外的广阔的应用。本发明可被用来提供一种方法，用于减小各种电气和/或电子设备之间或电气或电子系统的电路之间等的电磁辐射。
图1描述了系统100中的数字电路的一个实施例的高级方框图。图1的系统100的数字电路包括数字处理电路110，用于处理将要被用作信号处理系统的多个输出设备的输入的信号；印刷电路板(PCB)滤波器120，用于减小由数字处理电路110处理的信号中的电磁辐射(EMR)；以及多个输出设备1301-130n(集体为130)，例如显示器、音频设备、或其他格式的输出，用于接收由数字处理电路110处理并由PCB滤波器120滤波的信号。尽管图1的系统100中的PCB滤波器120被描述为一个位于数字处理电路110之后的分离的PCB，但是PCB滤波器120可以以各种各样的格式来有利地配置。例如，PCB滤波器电路可被并入到数字处理电路的电路板上，或并入到输入设备本身的电路板上。另外，尽管在图1中仅描述了一个数字处理电路110和一个PCB滤波器120，但是系统100可以包括多个数字处理电路和多个PCB滤波器。
图2描述了适于在图1的系统中使用的PCB滤波器的一个实施例的俯视图。PCB滤波器120被安装于PCB滤波器120上的屏蔽墙230划分成一个输入部分和一个输出部分。图2的PCB滤波器的输入部分包括示意性的八个输入连接器2101-2108，以及八个RF抑制网络(可调整滤波器的示意性网络)2201-2208。尽管在系统100的PCB滤波器120的输入部分描述了可调整滤波器，其中系统100用于减小来自数字处理电路110的信号中的EMR级别，但是根据本发明，RF抑制的其它源可被用来减小PCB滤波器120的输入部分中的EMR，本发明包括使用双绞线和本领域技术人员所知的其它RF抑制方法。
PCB滤波器120的输出部分包括八个输出连接器2401-2408。再一次，尽管在图1的电视系统100的范围内描述了PCB滤波器120，但是本领域的技术人员应当理解，本发明可以有利地应用于任意期望减小电磁辐射的电路中。输入连接器、滤波器网络、以及输出连接器的数量将取决于在其中实现PCB滤波器的电路。
图2中PCB滤波器120的输入部分中的八个输入连接器2201-2208由未屏蔽的电缆从数字处理电路110连接到I/O引线和电源线。八个输入连接器2101-2108中的每一个被设计成从将被连接的数字处理电路110，机械地连接到I/O引线或电源线的各个连接器，从而连接到PCB滤波器120的相应的输入连接器。八个输入连接器2101-2108中的每一个具有一个在PCB滤波器的输出部分上的相应的输出连接器，用于将信号连接到输出设备。
图2中的PCB滤波器120的输入部分中的八个滤波器网络2201-2208对应于PCB滤波器120的八个输入连接器2101-2108(即，对于每个输入实现一个指定的滤波器网络)。配置每个滤波器网络，以便滤波器被特别选择用来过滤来自数字处理电路110的信号类型，通过八个输入连接器2101-2108中的每一个输入到PCB滤波器120。例如，在图1的系统100中，输入连接器2101从数字处理电路110接收一个视频信号。该视频信号的频率范围从0MHz(DC)到5MHz。然后，在滤波器网络2201中使用仅在5MHz以上截止的低通滤波器，以便减小来自连接到输入连接器2101的数字处理电路110的视频信号中的EMR。尽管八个滤波器网络2201-2208可根据使用的滤波器的类型来变化，但是滤波器网络的效用是相同的。第一差分模式滤波器位于信号与来自输入电缆的每对线之间。这些滤波器可被调整为所需要的任意数量电极的低通、高通、或带通滤波器。通过将不需要的差分模式电流经过PCB滤波器102的接地极，来消除不需要的差分模式电流。滤波的第二级被用来减小共模电流。典型的，共模变压器被用来减小共模电流，但是也可以通过使用离散分量创建共模滤波器来减小共模电流，就像在本发明的实施例中一样。差分模式电流和共模电流的减少导致了系统100中的EMR的减少。在PCB滤波器120的可选实施例中，如果不需要差分模式滤波器或共模滤波器来使系统的电路符合适当的政府规定，则可以除去差分模式滤波器或共模滤波器中的任一个。
屏蔽墙230位于将PCB滤波器120的输入部分与输出部分电磁隔离的位置。屏蔽墙230被直接焊接在PCB滤波器120的输入部分中的滤波器网络的输出。重要的是，屏蔽墙230尽可能地接近RF抑制网络，在这种情况下是滤波器网络的输出，从而以减小所处理的信号的磁化系数的方式从PCB滤波器120的输出部分电磁屏蔽该信号。另外，必须通过限制从PCB滤波器的输入部分到输出部分通过的RF信号，将来自PCB滤波器120的输入部分的信号连接到输出部分。为了实现这个目的，来自PCB滤波器120的输入部分的信号(例如，功率、滤波器网络输出等)通过屏蔽墙230中的小缝隙连接到PCB滤波器120的输出部分。由于屏蔽墙230的表面中的洞或缝使得屏蔽的有效性变小，因此屏蔽墙230中的缝隙要最小化。屏蔽墙230中的缝隙被做成从滤波器网络到输出部分并且连接到PCB滤波器120的输出连接器的轨迹刚好通过的大小。而且，屏蔽墙230可有利地由不同电导率的材料组成，该电导率取决于系统所需要的EMR减小的数量。例如，可以实现铜屏蔽，铜屏蔽是一种比铁或铝屏蔽更有效的电磁隔离的方法。
图2的PCB滤波器120的输出部分中的八个输出连接器2401-2408连接到输入部分的八个滤波器网络2201-2208之一的相应的输出，该输入部分的每个滤波器网络依次对应于输入连接器2101-2108的指定的一个。例如，在被指定机械地连接到视频输出设备的输出连接器2401上，输出被处理的视频信号，该视频信号来自连接到上述示例所述的输入连接器2101的数字处理电路110。所述八个输出连接器2401-2408的每一个被单独指定为机械地连接到输出设备的连接器，该输出设备将被连接到PCB滤波器120的相应的输出连接器。一些输出设备包括监视器、调谐器以及其它用于由数字处理电路110处理的信号的输出设备。根据本发明使用PCB滤波器120有利地允许使用未屏蔽的电缆来互相连接电子系统的各种组件，从而减少系统的成本和总的大小。
图3描述了适于在图2的印刷电路板滤波器中使用的屏蔽墙的一个实施例的正视图。如先前所述，屏蔽墙230直接在共模滤波器的输出的点上被焊接到PCB滤波器120。屏蔽墙230从板开始向上延伸，基本上延伸到与PCB滤波器120的长度相同。在图3中描述了先前所述的最小化的缝隙3401-3408(集体为340)，该缝隙用于将来自PCB滤波器120的输入部分的信号连接到PCB滤波器120的输出部分。
在本发明的一个实施例中，通过将屏蔽墙230附到支座绝缘子3201、3202、3203(集体为320)，将PCB滤波器120附到图1的系统100的屏蔽的产品外壳310，其中支座绝缘子通过在屏蔽墙230上提供的附加洞3301、3302、3303(集体为330)附加到被屏蔽的产品外壳310。最好是，系统100的被屏蔽的产品外壳310为一种环绕导体的外壳。环绕导体的外壳形成一种法拉第屏蔽，其通过迫使导体表面的电磁波的电场分量接近于零来减小所辐射的功率，从而阻碍波的传播。确保产品外壳的PCB滤波器所需的附加洞330的数量以及随后的支座绝缘子320的数量取决于系统中实现的PCB滤波器的大小。PCB滤波器的大小取决于到PCB滤波器的输入的数量，并随后取决于PCB滤波器上所需的输入和输出连接器的数量。对于PCB滤波器，必须有足够的支持来阻止PCB滤波器的弯曲，PCB滤波器的弯曲将导致损坏。当将PCB滤波器安装到产品外壳时，在PCB滤波器、支座绝缘子以及产品外壳之间必须电可导，以便使电磁波的传播最小化。当维护用于减小EMR的产品外壳的完善性时，被安装的PCB滤波器120提供一个单元来向电气和/或电子电路输入或输出信号。通过实现PCB滤波器120，未屏蔽电缆可被用来将数据传输到电子电路并且从电子电路传输数据。
在本发明的另一个实施例中，以上述相同方式，使用根据本发明的PCB滤波器来减小被发送到电气和/或电子电路的信号的EMR。另外，根据本发明的另一个PCB滤波器被用来减小从相同电子电路输出的信号的EMR。以这种方式，可以构造电子设备或系统，其中经由根据本发明的PCB滤波器来减小到各种电子组件的所有信号和来自各种电子组件的所有信号的EMR。
在本发明的另一个实施例中，通过包括多个输入连接器和多个输出连接器以便容纳所有来自不同组件的信号的单个PCB滤波器，来减小到各种电气和/或电子组件的所有信号和来自电子设备或系统的各种电子组件的所有信号的EMR。
虽然上述定向于本发明的一些实施例，但是在不背离本发明的基本范围的情况下，可以设计本发明的其它和另外的实施例。同样地，本发明的适当范围将根据所附权利要求来确定。
权利要求
1.一种用于减小有线电通信中设备之间的电磁辐射(EMR)的方法，该方法包括步骤以趋向于减小EMR的方式来处理第一设备中的信号(220)；以及在所述信号与后续设备进行通信之前，电磁隔离所述被处理的信号(230)。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述处理步骤(220)包括通过双绞线传播所述信号。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述处理步骤(220)包括减小所述信号中的差分模式电流。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述处理步骤(220)包括减小所述信号中的共模电流。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述处理步骤(220)包括减小所述信号中的差分模式和共模电流。
6.一种用于减小来自电路的信号中的电磁辐射的印刷电路板(PCB)滤波器(120)，所述PCB滤波器(120)具有一个输入部分和一个输出部分，包括至少一个输入连接器(210)，其被安装到PCB滤波器(120)的输入部分，用于将所述信号连接到PCB滤波器(120)；至少一个处理元件(220)，其被安装到PCB滤波器(120)的输入部分，用于以趋向减小EMR的方式来处理所述连接信号；屏蔽墙(230)，在所述至少一个处理元件(220)的输出上安装到PCB滤波器(120)，用于电磁隔离PCB滤波器(120)的输入部分与PCB滤波器(120)的输出部分，所述屏蔽墙(230)具有使所述信号通过输出部分的最小缝隙(340)；以及至少一个输出连接器(240)，被安装到PCB滤波器(120)的输出部分，用于输出处理过的信号。
7.如权利要求6所述的PCB滤波器(120)，其中所述屏蔽墙(230)由铜组成。
8.如权利要求6所述的PCB滤波器(120)，其中所述屏蔽墙(230)由金属组成。
9.如权利要求6所述的PCB滤波器(120)，其中所述屏蔽墙(230)由铝组成。
10.如权利要求6所述的PCB滤波器(120)，其中所述屏蔽墙(230)被并入电路中。
11.如权利要求6所述的PCB滤波器(120)，其中所述PCB滤波器(120)被屏蔽墙(230)通过附加洞(330)安装到所述电气或电子电路的产品外壳(310)，从而在产品外壳(310)、PCB滤波器(120)以及屏蔽墙(230)之间建立所述有线电通信。
12.如权利要求6所述的PCB滤波器(120)，其中所述屏蔽墙(230)基本上是平的，通过路径中所述缝隙(340)的所述信号基本上垂直于所述屏蔽墙平面。
13.如权利要求6所述的PCB滤波器(120)，其中所述屏蔽墙(230)具有一个大于宽度参数的高度参数。
14.一种用于减小来自电路的信号中的电磁辐射的印刷电路板(PCB)滤波器(120)，所述PCB滤波器(120)具有一个输入部分和一个输出部分，包括以趋向于减小EMR的方式来处理(220)第一设备中的信号的单元；以及在所述信号与后续设备进行通信之前电磁隔离(230)所述被处理的信号的单元。
全文摘要
一种用于减小有线通信中设备之间的电磁辐射(EMR)的方法，该方法包括步骤以趋向于减小EMR的方式来处理第一设备中的信号(220)；以及在所述信号与后续设备进行通信之前，电磁隔离所述被处理的信号(230)。
文档编号H05K1/02GK1507690SQ02809283
公开日2004年6月23日 申请日期2002年5月2日 优先权日2001年5月3日
发明者布赖恩·J·克罗马蒂, 劳伦斯·C·科恩, 爱德华·A·霍尔, A 霍尔, C 科恩, 布赖恩 J 克罗马蒂 申请人:汤姆森特许公司