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1、第六部分电缆的EMC设计,场在导线中感应的噪声 电缆之间的串扰,处于电磁场中的电缆,S,h,电磁场在电缆上的感应电压,10kHz 100kHz 1MHz 10MHz 100MHz 1GHz 10GHz,0,-10,-20,-30,-40,-50,1,2,3,A,B,C,D,E,h = 0.5m S: A = 100m B = 30m C = 10m D = 3m E = 1m,与 S、h 无关,dBV,1V/m场强产生的电压,平衡电路的抗干扰特性,电磁场,V1,V2,I1,I2,VD,平衡性好坏用共模抑制比表示: CMRR = 20lg ( VC / VD ),VC,高频时,由于寄生参数的影响
2、,平衡性会降低,提高共模干扰抑制的方法,平衡电路,屏蔽电缆,共模扼流圈,平衡电路,CMRR,CMRR,f,f,非平衡转换为平衡,屏蔽电场,0V,电缆长度 /20,单点接地,电缆长度 /20,多点接地,磁场对电缆的干扰,VN,VN ( d / dt ) = A ( dB / dt ),磁通,回路面积A,感应电压,当面积一定时,减小感应回路的面积,理想同轴线的信号电流与回流等效为在几何上重合,因 此电缆上的回路面积为0,整个回路面积仅有两端的部分,屏蔽电缆减小磁场影响,VS,VS,VS,只有两端接地的屏蔽层才能 屏蔽磁场,抑制磁场干扰的试验数据,100,1M,1M,1M,100,100,每米18节
3、,(A),(B),(D),(E),(C),0,27,13,13,28,1M,1M,100,100,抑制磁场干扰的实验数据,100,1M,1M,1M,100,100,每米18节,(F),(G),(I),(J),(H),80,55,70,63,77,1M,1M,100,100,导线之间两种串扰机理,M,C,IC,IC,IL,IL,R0,RL,R2G,R2L,耦合方式的粗略判断,ZSZL 10002: 电场耦合为主 3002 ZSZL 10002:取决于几何结构和频率,电容耦合模型,C12,C1G,C2G,R,C1G,C2G,C12,R,VN ,V1,V1,j C12 / ( C12 + C2G),
4、j + 1 / R ( C12 + C2G),V1,VN,耦合公式化简,R 1 / j ( C12 + C2G ),j C12 / ( C12 + C2G),j + 1 / R ( C12 + C2G),V1,VN ,VN = j R C12 V1,R 1 / j ( C12 + C2G ),VN = V1 C12 / ( C12 + C2G ) ,电容耦合与频率的关系,耦合电压,VN = j RC12V1,C12V1,(C12 + C2G),VN =,1 / R (C12 + C2G),频率 ,屏蔽对电容耦合的影响全屏蔽,屏蔽层不接地:VN = VS =V1 C1S / ( C1S + CS
5、G ) ,与无屏蔽相同 屏蔽层接地时:VN = VS = 0, 具有理想的屏蔽效果,C1s,C1G,CsG,C1G,CSG,C1s,Vs,V1,V1,Vs,C2S,部分屏蔽对电容耦合的效果,R 很大时:VN = V1 C12 / ( C12 + C2G + C2S ) ,C1s,C1G,CsG,CSG,C1s,VN,V1,V1,VN,C2S,C12,C12,C2G,R 很小时:VN = jRC12,互电感定义与计算,定义: 自感L 1 / I1 , 互感 M 12 / I1, 1 是电流I1在回路1中产生的磁通, 12 是电流I1在回路2中产生的磁通,回路1,回路2,a,b,a,M = ( /
6、 2 )lnb2/(b2- a2),电感耦合,M,R2,R,R1,R,R2,VN d12 / dt = d(MI1)/dt = M dI1 / dt,R1,I1,VN,I1,VN,V1,V1,电感耦合与电容耦合的判别,IN = j C12V1,R2,R1,V,V,VN = j M12 I1,R2,R1,电容耦合,电感耦合,非磁性屏蔽对电感耦合的影响,I1,M1S,M12,关键看互感是否由于屏蔽措施而发生了改变,双端接地屏蔽层的分析,M1S,M12,MS2,+ -,- +,V12,VS2,导体1,导体2,屏蔽体,V12 = j M12 I1 VS2 = j MS2 IS VN = V12 + V
7、S2,I1,IS,求解这项,VS2项求解,+,+,+,+,+,+,+,+,+,LS = / IS MS2 = / IS 因此:LS = MS2,导体2,屏蔽层,VS2 = j MS2 I S = j MS2 ( V S / ZS) = j LS V S / ( jLS+RS ) = VS j / ( j+RS/LS),屏蔽后的耦合电压,VN = V12 + VS2,V12 = j M12I1 VS = j M1SI1 因为:M12 = M1S 所以:VS = j M12I1 所以:VS2 = j M12I1 j / ( j+RS / LS),VN = V12 - V12 j / ( j+RS / LS) = V12 (RS / LS) / ( j+RS / LS),V12,屏蔽层的磁场耦合屏蔽效果,VN M12 I1(Rs / Ls ),VN j M12 I1,VN,Rs / Ls,无屏蔽电缆,屏蔽效能,屏蔽电缆,lg,长线上的耦合电压,/10 /4 /2 3/4 lg f,短线近似线,低频区域,驻波区域,耦合电压,