專利名稱：用于屏蔽外殼的集成式連接器屏蔽環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電磁干擾屏蔽的設(shè)備和方法，并且更特別地涉及用于密封由屏蔽外殼(enclosure)內(nèi)的連接器產(chǎn)生的孔口(aperture)的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
許多系統(tǒng)具有非常聞?lì)l率的時(shí)鐘和振蕩器，該時(shí)鐘和振蕩器廣生從電路卡福射出去然后通過(guò)連接器孔口輻射出電子屏蔽外殼的高頻排放，該連接器孔口是屏蔽外殼中的最大孔口。由金屬材料制成或涂覆有金屬材料的EMI屏蔽外殼非常普遍地應(yīng)用于航空航天應(yīng)用中，以便控制所輻射的排放。通過(guò)金屬壁進(jìn)行的電磁干擾(EMI)屏蔽是非常有效的，即使對(duì)于非常薄的壁也是如此，諸如噴射的或者刷上的金屬涂層或箔片。屏蔽效果的方程通過(guò)下面的公式(I)給出
SE = A+R-B (I)其中SE是金屬護(hù)罩的屏蔽效果，A=吸收損耗，R=反射損耗，并且B=多重反射損耗。多重反射損耗只適用于非常薄的金屬片，像鋁箔或噴射的金屬涂層。薄箔片的屏蔽效果在圖I中示出。請(qǐng)注意，當(dāng)從源到護(hù)罩的距離小于λ/2π時(shí)考慮近場(chǎng)。即使在大約I千兆赫(GHz)的感興趣的最高頻時(shí)，λ/2 Ji I. 9英寸。因此，屏蔽外殼壁位于處于外殼內(nèi)的源的近場(chǎng)。源可以是電的(諸如高阻抗電壓源)或者是磁的(諸如低阻抗電流回路)，但大多數(shù)源既不是純電的也不是純磁的。注意在圖I中，近場(chǎng)磁衰減非常低。然而，大多數(shù)感興趣的源主要是電的，例如高阻抗時(shí)鐘跡線(trace)。相對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)平面波衰減，鋁護(hù)罩為這些主要地電場(chǎng)源提供了非常高的衰減度。因此，應(yīng)用遠(yuǎn)場(chǎng)平面波衰減為所遇到的大多數(shù)噪聲源提供了很好的安全邊際。對(duì)于低頻磁場(chǎng)的情況可能不是這樣。金屬屏蔽外殼的最大局限之一為輸入/輸出(I/O)接口。I/O信號(hào)進(jìn)入和離開(kāi)該屏蔽外殼所需的連接器和其他孔口生成了屏蔽外殼中的的裂口，允許電磁能量進(jìn)入和離開(kāi)該屏蔽外殼。連接器通常具有的電介質(zhì)插入物，連接器引腳安裝在該電介質(zhì)插入物處。該插入物產(chǎn)生了孔口，該孔口具有與如圖2A所示圓形連接器的連接器開(kāi)口 LI的最大尺寸相等的電長(zhǎng)度。這不是低頻信號(hào)的問(wèn)題，因?yàn)橄啾刃盘?hào)的波長(zhǎng)該直徑非常小，并且屏蔽效果由公式(II)規(guī)定SE = 201og(A /2L)(II)其中SE是孔口屏蔽效果，L是孔口的最長(zhǎng)尺寸，
λ 是 c/f，其中c是光速,并且f是噪聲源的頻率。因此，如圖3所示，在低頻時(shí)，連接器孔口相比金屬材料平面波衰減提供了更強(qiáng)的屏蔽效果。然而，當(dāng)頻率上升時(shí)，連接器孔口的屏蔽效果最終降低到低于材料衰減并且限制了外殼的最大衰減。在高于λ = 2XL的頻率時(shí)，孔口將不會(huì)提供任何衰減。當(dāng)出現(xiàn)越來(lái)越高的頻率系統(tǒng)時(shí)，I/O孔口成為更強(qiáng)的輻射源。周期信號(hào)在時(shí)域信號(hào)的主頻的諧波展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)。因此，諸如時(shí)鐘和開(kāi)關(guān)源之類的周期信號(hào)將會(huì)具有高頻諧波，其在衰減很少或沒(méi)有衰減的情況下從連接器孔口輻射 出去。如圖2Β所示，可以通過(guò)在連接器孔口上放置金屬框架接地環(huán)來(lái)減輕這種影響。通過(guò)具有多個(gè)直徑為L(zhǎng)2的小孔而不是一個(gè)直徑為L(zhǎng)I的大孔，孔口的屏蔽效果得以提高。多個(gè)孔的效果的公式是下面的公式(III)。與單個(gè)連接器孔口相比，圖3中示出了19個(gè)60密耳的孔口的復(fù)合孔口屏蔽效果。這種構(gòu)造的屏蔽效果的凈增加為11.2dB。SE = 20X log( λ /2L) -20X log(N1/2) (III)其中，SE是復(fù)合孔口屏蔽效果，L是單個(gè)孔口的最長(zhǎng)尺寸，并且N是孔口的數(shù)量?？卓陔姶泡椛湫孤┬?yīng)促使設(shè)計(jì)者們處理來(lái)自I/O孔口的輻射。最常用的處理I/O接口電磁輻射泄漏的方法是采用EMI高頻高壓電源屏蔽罩(doghouse)。EMI高頻高壓電源屏蔽罩是一種在第二間隔間處于具有金屬接口的屏蔽外殼內(nèi)的情況下隔離孔口泄漏的方法。EMI高頻高壓電源屏蔽罩通常要求產(chǎn)生機(jī)械屏障，該機(jī)械屏障必須被形成或機(jī)加工到殼體內(nèi)。然后，該接口必須與饋通過(guò)濾器連接或配合以將互連信號(hào)從屏蔽外殼的屏蔽部分傳遞到非屏蔽部分。這可能大大增加屏蔽外殼的成本和復(fù)雜性。正如可以看出的，需要減輕通過(guò)屏蔽外殼中的連接器孔口的電輻射。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，一種用于對(duì)屏蔽外殼中的孔口進(jìn)行屏蔽的集成式連接器屏蔽環(huán)包括位于印刷線路板上的框架接地環(huán)；和金屬環(huán)，其第一端電連接到所述孔口中的連接器的外部，其第二端適于電連接到所述框架接地環(huán)，其中所述金屬環(huán)適于從上/檢查位置移動(dòng)到下/屏蔽位置。在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，一種具有帶連接器的孔口的屏蔽外殼包括印刷線路板；位于所述印刷線路板上的框架接地環(huán)；和金屬環(huán)，其第一端電連接到所述連接器的外部，其第二端適于電連接到所述框架接地環(huán)，其中所述金屬環(huán)適于從上/檢查位置移動(dòng)到下/屏蔽位置。在本發(fā)明的又一個(gè)方面中，一種具有帶過(guò)濾器引腳連接器的孔口的屏蔽外殼包括印刷線路板；位于所述印刷線路板上的框架接地環(huán)；金屬環(huán)，其第一端電連接到所述連接器的外部，其第二端適于電連接到所述框架接地環(huán)；和過(guò)濾元件，其布置在所述印刷線路板上從而從所述連接器產(chǎn)生過(guò)濾器引腳連接器，其中所述金屬環(huán)適于從上/檢查位置移動(dòng)到下/屏蔽位置。參照以下的附圖、說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)將會(huì)更好地理解本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。


圖I是曲線圖，示出了用于各種形式能量的60密耳鋁片的屏蔽效果；圖2A是連接器孔口的前視圖；圖2B是另一連接器孔口的前視圖；圖3是曲線圖，示出了與金屬外殼屏蔽相比具有或不具有屏蔽孔口的連接器的屏蔽效果； 圖4是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例處于上位置的集成式連接器屏蔽環(huán)(ISR)的應(yīng)用的透視圖；圖5是與圖4的集成式連接器屏蔽環(huán)一起使用的框架接地環(huán)的前視圖；圖6是圖4的ISR處于上位置(左手邊)和螺紋擰下位置(右手邊)的局部剖視圖；圖7是圖4的ISR處于螺紋擰下位置(左手邊)和處于上位置(右手邊)的局部剖開(kāi)的透視圖；圖8是安裝在屏蔽外殼中的圖4的ISR的局部剖視圖；圖9A示出了按照本發(fā)明的替代實(shí)施例的ISR的分解圖；圖9B示出了安裝有連接器的圖9A的ISR ;圖IOA示出了按照本發(fā)明的另一替代實(shí)施例的ISR的截面圖；圖IOB示出了圖IOA的ISR的透視圖；圖IOC示出了圖IOA的ISR的平面圖；圖IOD示出了安裝有連接器的圖IOA的ISR ；圖11是被過(guò)濾噪聲的再耦合的示意圖；圖12是示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例使用屏蔽屏障來(lái)消除被過(guò)濾噪聲的再稱合；圖13是位于印刷線路板的內(nèi)部對(duì)外部層上的框架接地環(huán)層的截面圖；以及圖14是透視圖，按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出了屏蔽層位于內(nèi)部框架接地層上構(gòu)造。
具體實(shí)施例方式如下詳細(xì)描述是目前實(shí)施本發(fā)明示例性實(shí)施例的最佳預(yù)期模式。該描述不是以限制的方式作出的，而只是為了闡述本發(fā)明的一般性原理而作出的，因?yàn)楸景l(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書(shū)最佳地限定。以下描述的各種創(chuàng)造性特征可以相互獨(dú)立地使用或者結(jié)合其他特征一起使用。概括地，本發(fā)明的實(shí)施例提供了用于具有連接器孔口的屏蔽外殼的方法和裝置，導(dǎo)致屏蔽外殼內(nèi)部的電磁環(huán)境與外部環(huán)境的有效電磁隔離。本發(fā)明的實(shí)施例也可適應(yīng)低成本過(guò)濾器引腳連接器的有效實(shí)施。集成式屏蔽環(huán)可與金屬環(huán)形成EMI高頻高壓電源屏蔽罩，該金屬環(huán)附接在隔壁板安裝連接器上，該連接器連結(jié)到位于印刷線路板(PWB)組件上的圓形框架接地平面。參照?qǐng)D4和5，集成式屏蔽環(huán)(ISR) 10將形成具有螺紋12的EMI高頻高壓電源屏蔽罩，該螺紋12位于隔壁板安裝連接器14上(參見(jiàn)圖6)。ISR 10連結(jié)到位于印刷線路板(PWB) 18上的圓形框架接地環(huán)16?？蚣芙拥丨h(huán)16可以是圓形接地平面，其具有圓孔以便連接器引腳20穿過(guò)?？蚣芙拥丨h(huán)16可以具有多個(gè)集成式傳輸線固定器墊22從而便于環(huán)16通過(guò)多個(gè)傳輸線固定器(stand-off) 24接地。在圖4中，左手邊的局部視圖示出了 ISR 10。圖4中的兩個(gè)ISR 10都處于上檢查位置。參照?qǐng)D6和7，在組裝到PWB 18上之前，ISR 10可以在隔壁板安裝連接器螺紋12上一直向上擰動(dòng)，如圖6的左手邊連接器所示。一旦安裝了連接器14并且檢查了軟焊，則ISR 10可以擰下來(lái)直到其接觸位于PWB 18上的框架接地環(huán)16，如圖6中的右手邊連接器所示。ISR 10和框架接地環(huán)16之間的接觸也由在圖7的左手連接器的剖切部分中示出 。當(dāng)ISR 10向下收緊抵靠框架接地環(huán)16時(shí)，壓力可被施加到ISR 10和隔壁板安裝連接器螺紋12的螺紋之間，從而提供沿著ISR 10和隔壁板安裝連接器螺紋12的螺紋接觸的長(zhǎng)度的有效屏蔽。一旦ISR 10就位，其可以用導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂26連結(jié)到圓形框架接地環(huán)16，如圖6所示。這有助于保證ISR 10不會(huì)松脫到隔壁板安裝連接器螺紋12上從而喪失ISR 10和PWB18上的框架接地環(huán)16之間的良好的電連結(jié)。這有助于在組裝到屏蔽外殼28中(如圖8所示)時(shí)，產(chǎn)生所有元件之間的連續(xù)的電傳導(dǎo)路徑。虛線30代表了位于法拉第罩和外殼28的非屏蔽外部之間的界面。雖然上面的圖4-8描述了 ISR 10作為內(nèi)螺紋環(huán)擰到連接器14的隔壁板安裝連接器螺紋12上，但是ISR 10的其他構(gòu)造也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如參照?qǐng)D9A和9B，雙環(huán)ISR 10-2可以包括內(nèi)螺紋環(huán)32和適合于擰到內(nèi)螺紋環(huán)32上的外螺紋環(huán)34。與上述ISR10類似，螺紋環(huán)32、34可轉(zhuǎn)動(dòng)以提供連接器和框架接地環(huán)16之間的電連接。參照?qǐng)D10A-10D，在另一替代實(shí)施例中，ISR 10_3可由適合于附接在一起的多個(gè)元件形成。例如，ISR 10-3可以包括第一半環(huán)36和第二半環(huán)38。每個(gè)半環(huán)可包括耳40，用于將半環(huán)連接在一起?？梢圆捎弥T如螺栓42和螺母44的常規(guī)手段把半環(huán)結(jié)合在一起。電磁噪聲排放可通過(guò)兩種不同的機(jī)制福射到屏蔽外殼內(nèi)或從屏蔽外殼福射出來(lái)。所述排放可從板上的電路輻射，然后通過(guò)外殼中的孔口(例如連接器孔或者接縫)輻射出屏蔽外殼。類似地，外部排放可通過(guò)相同的孔口輻射到屏蔽外殼的內(nèi)部中。ISR可通過(guò)消除連接器孔口非常有效地控制直接從板輻射的排放，該孔口通常是屏蔽外殼中的主要泄漏點(diǎn)。然而，排放也可通過(guò)I/O接口電纜導(dǎo)入或?qū)С銎帘瓮鈿?。耦合在I/O電纜上的外場(chǎng)將會(huì)傳導(dǎo)進(jìn)入該單元，并且類似地，I/O電纜上的傳導(dǎo)出該單元的EMI噪聲將會(huì)在屏蔽外殼外部輻射離開(kāi)電纜，從而繞開(kāi)ISR。通過(guò)剛好在與連接器引腳的板跡線接口之前在PWB上添加過(guò)濾元件可以減輕來(lái)自I/O接口電纜上的電流的排放。這實(shí)質(zhì)上產(chǎn)生了過(guò)濾器引腳連接器。最有效的過(guò)濾構(gòu)造之一是跡線到框架電容器(trace-to-chassis capacitor)。然而，因?yàn)檫@種構(gòu)造具有如圖11所示的干凈側(cè)和噪聲側(cè)，所以可能出現(xiàn)再耦合，大大降低過(guò)濾的有效性。然而，如上所述，ISR構(gòu)造中的框架接地環(huán)16可形成如圖12所示的信號(hào)的噪聲部分和干凈部分之間的屏障，有效地消除了再耦合。這在較高頻率時(shí)尤其有效。
注意，不同于標(biāo)準(zhǔn)過(guò)濾器引腳連接器中必須使用非常小的元件，ISR構(gòu)造過(guò)濾元件的尺寸只受限于PWB上跡線與連接器引腳相連處附近的空間。如果該距離沒(méi)有被保持到最小，則到經(jīng)過(guò)濾的跡線上的再耦合會(huì)增強(qiáng)，這還將會(huì)再次降低屏障的有益性。這可允許使用更大值和額定電壓的元件進(jìn)行過(guò)濾。這可提供相對(duì)于常規(guī)過(guò)濾器引腳連接器的局限而言非常重要的益處。連接器的引腳到框架接地環(huán)距離(在圖13中示為cLt)應(yīng)足夠以承受電壓應(yīng)力效應(yīng)。不同元件之間的伏/密耳標(biāo)準(zhǔn)不同，例如板表面上的跡線到跡線、跡線到框架、引腳到框架。因此，I/o引腳上的相對(duì)于框架的最大允許電壓將會(huì)受限于框架接地環(huán)16和連接器引腳20之間的距離?？梢酝ㄟ^(guò)增大cLt的尺寸來(lái)增大連接器引腳20和框架接地環(huán)16之間所允許的最大電壓。替代地，可通過(guò)把框架接地環(huán)16-1埋在PWB 18的內(nèi)層上來(lái)提高伏/密耳額定值，其中，埋入層的伏/密耳額定值遠(yuǎn)高于外層的伏/密耳額定值。埋入框架接地環(huán)16-1還可能有第二個(gè)好處，因?yàn)閷?duì)于框架接地環(huán)16-1中的相等直徑的連接器孔，可以增大連接器引腳20和框架接地環(huán)16-1之間的距離，這是因?yàn)檫B接器引腳通路(via)46在外層上具有略微更大的直徑，如圖13所示，其中對(duì)于相同直徑的孔，din > cLt。因此，具有 更高絕緣耐受電壓或閃電電壓要求的一些構(gòu)造可能需要埋入的框架接地環(huán)。為了用埋入框架接地環(huán)16-1保持法拉第罩，可以在頂層上增加圓環(huán)48，并在圓環(huán)48周圍增加一系列通路50，如圖14所示。這樣可以允許元件的引腳到框架額定電壓高得多(與上面參照?qǐng)D4-8所述的表明框架接地環(huán)16相比)，從而允許使用這種構(gòu)造作為過(guò)濾器引腳連接器，其中，標(biāo)準(zhǔn)過(guò)濾器連接器不能工作，因?yàn)樗鼈兺ǔ＞哂凶畲鬄榇蠹s250伏的最大過(guò)濾器引腳到框架額定值。本發(fā)明的連接器孔口屏蔽方法和設(shè)備連同上述過(guò)濾器引腳連接器構(gòu)造一起可降低來(lái)自連接器孔口的電磁排放，可提供一種用于實(shí)施過(guò)濾器引腳構(gòu)造的低成本方法，可提供一種實(shí)施I/o信號(hào)連接器高頻高壓電源屏蔽罩的低成本方法，可提供過(guò)濾元件的尺寸不受限的過(guò)濾器引腳構(gòu)造，并且可提供具有相比標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)貨供應(yīng)過(guò)濾器引腳連接器更高的額定電壓的過(guò)濾器引腳構(gòu)造。當(dāng)然應(yīng)當(dāng)理解，前述內(nèi)容涉及本發(fā)明的示例性實(shí)施例，并且在不背離如所附權(quán)利要求中闡明的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可作出各種修改。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)屏蔽外殼(28)中的孔口進(jìn)行屏蔽的集成式連接器屏蔽環(huán)，包括 位于印刷線路板(18)上的框架接地環(huán)(16);以及 金屬環(huán)(10)，其第一端電連接到所述孔口中的連接器(14)的外部，其第二端適于電連接到所述框架接地環(huán)(16)，其中 所述金屬環(huán)適于從上/檢查位置移動(dòng)到下/屏蔽位置。
2.如權(quán)利要求I所述的集成式連接器屏蔽環(huán)，還包括所述金屬環(huán)上的陰螺紋，所述陰螺紋適于與所述連接器上的陽(yáng)螺紋(12)配合。
3.如權(quán)利要求2所述的集成式連接器屏蔽環(huán)，還包括多個(gè)傳輸線固定器墊(22)，其將所述框架接地環(huán)(16)的多個(gè)傳輸線固定器墊與所述連接器(14)電連接。
4.如權(quán)利要求2或3所述的集成式連接器屏蔽環(huán)，還包括布置為保持所述金屬環(huán)(10)在下/屏蔽位置的導(dǎo)電密封劑(26)。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的集成式連接器屏蔽環(huán)，其中，所述金屬環(huán)(10)是圓柱形金屬環(huán)。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的集成式連接器屏蔽環(huán)，還包括過(guò)濾元件，其布置在所述印刷線路板上從而從所述連接器產(chǎn)生過(guò)濾器引腳連接器。
7.如權(quán)利要求6所述的集成式連接器屏蔽環(huán)，其中，所述過(guò)濾元件包括跡線到框架電容器。
8.如權(quán)利要求6所述的集成式連接器屏蔽環(huán)，其中，所述框架接地環(huán)(16)阻礙由所述過(guò)濾元件過(guò)濾的噪聲的再耦合。
9.如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的集成式連接器屏蔽環(huán)，其中，所述框架接地環(huán)(16)嵌入所述印刷線路板(18)內(nèi)部。
10.如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的集成式連接器屏蔽環(huán)，其中，所述金屬環(huán)包括第一環(huán)半體(36)和第二環(huán)半體(38)，所述第一和第二環(huán)半體適于夾持在一起。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于屏蔽外殼的集成式連接器屏蔽環(huán)。具體地，用于對(duì)具有連接器孔口的屏蔽外殼進(jìn)行屏蔽的方法和設(shè)備導(dǎo)致了屏蔽外殼內(nèi)部的電磁環(huán)境與外部環(huán)境的有效電磁隔離。本發(fā)明的實(shí)施例也可提供低成本過(guò)濾器引腳連接器的有效執(zhí)行。集成式屏蔽環(huán)可形成具有金屬環(huán)的EMI高頻高壓電源屏蔽罩，所述金屬環(huán)附接在隔壁板安裝連接器上，所述連接器連結(jié)到位于印刷線路板(PWB)組件上的圓形框架接地平面。
文檔編號(hào)H01R13/6581GK102820590SQ20111046230
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者R·穆尼奧斯, S·施莫塔尼, E·加內(nèi)夫 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司