光迅科技XFP数据通信模块电磁兼容结构的研究

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随着通信技术的发展，光模块以及设备的数量和种类不断增加，使电磁环境日益复杂，电磁污染越来越严重。在这种复杂的电磁环境中，如何减少各种电子设备之间的电磁骚扰，提高光模块的电磁兼容性能，使各种设备可以共存并能正常工作，已成为电子产品设计中的一项关键内容。
         
        光迅科技从光模块结构设计的角度出发，采用电磁屏蔽的方法来切断电磁骚扰的耦合途径，改善了XFP模块电磁兼容性能。
         
        电磁屏蔽就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或 整个系统的骚扰源包围起来，防止骚扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。因为屏蔽体对来自导线、电 缆、元部件、电路或系统等外部的骚扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量、反射能量和抵消能量的作用，所以屏蔽体具有减弱骚扰的功能。
         
        为了提高屏蔽效能，高导电率材料可采用铝、铜，或者铝镀铜，要求更高时，还可再镀层银。高导磁率材料可采用不锈钢或者铁，同时可适当增加材料的厚度。
         
        有两个因素会影响屏蔽体的屏蔽效能：第一，屏蔽体必须是完整的，表面可连续导电；第二，不能有直接穿透屏蔽体的导体，防止造成天线效应。但是在实际应用中屏蔽体上往往有散热孔，或者屏蔽体本身由若干个零件组成，存在装配间隙。
         
        缝隙或孔洞是否会泄漏电磁波，取决于缝隙或孔洞相对于电磁波波长的尺寸。当波长远大于孔缝尺寸时，并不会产生明显的泄漏;当孔缝尺寸等于半波长的整 数倍时，电磁泄漏最大。一般要求孔缝尺寸小于最短波长的1/10～1/2。因此，当骚扰的频率较高时，波长较短，须关注这个问题。
         
        对于装配而成的屏蔽体，有以下几种改善屏蔽效能的方式：
        ① 应使接触面尽量平整，以减小接触阻抗。
        ② 在接触面上增加弹性导电材料防止电磁波的缝隙泄漏。如导电泡棉或者金属簧片衬垫。
        ③ 由螺钉联接的组装件，可减小安装螺钉的间距，以减小缝隙长度。
        ④ 将接触面做成单止口或者双止口的装配方式，以增加屏蔽体密闭性。
         
        光迅科技在XFP模块管壳结构设计中综合运用上述方法进行优化，并针对该样品进行了实际的测试。
         

       

        图1 XFP模块外形图

         

        根据FCC 47 CFR Part 15 Subpart B section 15.109（a），电磁骚扰场强的峰值限值为74 dBμV/m，平均值限值为54 dBμV/m。
         
        改善前的XFP模块电磁骚扰场强在水平方向的测试结果如图2和表1所示：

       

        图2 改善前水平方向测试图

        表1 改善前水平方向测试数据

       

         
        改善前的XFP模块电磁骚扰场强在垂直方向的测试结果如图3和表2所示：
         

       

        图3 改善前垂直方向测试图

        表2 改善前垂直方向测试数据

       

         

        改善后的XFP模块电磁骚扰场强在水平方向的测试结果如图4和表3所示：

       

        图4 改善后水平方向测试图

        表3 改善后水平方向测试数据

       

         

        改善后的XFP模块电磁骚扰场强在垂直方向的测试结果如图5和表4所示：

       

        图5 改善后垂直方向测试图

        表4 改善后垂直方向测试数据

       

         

        由以上测试数据可见，改善后的电磁骚扰场强最大峰值下降了近2dBμV/m，平均值下降了近6dBμV/m。
         
        光迅科技XFP数据通信模块将电磁屏蔽设计作为重点考虑的内容。具体展开屏蔽设计时，先确定骚扰源的特征，再选择合适的屏蔽材料，然后结合适当的屏蔽方式以求达到最佳的屏蔽效果。测试结果表明，模块的电磁兼容性能得到了很大的改善，且模块各项工作性能指标没有受到任何影响。