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1、10 线缆干扰及抑制线缆干扰及抑制主要内容主要内容电磁耦合电磁耦合10.110.210.310.4线缆串扰线缆串扰减少串扰的措施减少串扰的措施线缆敷设线缆敷设10.1 线缆串扰线缆串扰串扰：从某一信号线缆（电缆、印刷电路板串扰：从某一信号线缆（电缆、印刷电路板带状线等）引入到另一信号线缆的干扰。带状线等）引入到另一信号线缆的干扰。串扰实质上就是相邻近的线缆之间的无意电磁串扰实质上就是相邻近的线缆之间的无意电磁耦合，这是一个近场耦合问题。串扰是两个因耦合，这是一个近场耦合问题。串扰是两个因素的叠加，一是由于两线间的互电感（感性耦素的叠加，一是由于两线间的互电感（感性耦合或者说磁场耦合）；二是由于
2、两线间的互电合或者说磁场耦合）；二是由于两线间的互电容（容性耦合或者说电场耦合）。容（容性耦合或者说电场耦合）。导线之间两种串扰机理导线之间两种串扰机理导线之间两种串扰机理导线之间两种串扰机理MCICICILILR0RLR2GR2L10.1 线缆串扰线缆串扰耦合方式的粗略判断：耦合方式的粗略判断：ZSZL 10002： 电场耦合为主电场耦合为主3002 ZSZL 10002：取决于线缆几何结构和频率：取决于线缆几何结构和频率10.1 线缆串扰线缆串扰上述原则并不适用于所有情况，例如位于接地平板上述原则并不适用于所有情况，例如位于接地平板上的印制线路的特性阻抗一般比较小（上的印制线路的特性阻抗一
3、般比较小（100），），当感受器印制线路的负载和干扰源的阻抗大于印制当感受器印制线路的负载和干扰源的阻抗大于印制线路的特性阻抗时，串扰主要为容性电场耦合。线路的特性阻抗时，串扰主要为容性电场耦合。电容耦合模型电容耦合模型电容耦合模型电容耦合模型C12C1GC2GRC1GC2GC12RVN V1V1j C12 / ( C12 + C2G)j + 1 / R ( C12 + C2G)V1VN10.1 线缆串扰线缆串扰耦合公式化简耦合公式化简耦合公式化简耦合公式化简 R 1 / j ( C12 + C2G ) VN = V1 C12 / ( C12 + C2G ) 10.1 线缆串扰线缆串扰电容耦合
4、与频率的关系电容耦合与频率的关系电容耦合与频率的关系电容耦合与频率的关系耦耦合合电电压压VN = j RC12V1C12V1 (C12 + C2G)VN =1 / R (C12 + C2G)频率频率 10.1 线缆串扰线缆串扰屏蔽对电容耦合的影响全屏蔽屏蔽对电容耦合的影响全屏蔽屏蔽对电容耦合的影响全屏蔽屏蔽对电容耦合的影响全屏蔽屏蔽层不接地：屏蔽层不接地：VN = VS =V1 C1S / ( C1S + CSG ) ，与无屏蔽相同，与无屏蔽相同屏蔽层接地时：屏蔽层接地时：VN = VS = 0， 具有理想的屏蔽效果具有理想的屏蔽效果C1sC1GCsGC1GCSGC1sVsV1V1VsC2S1
5、0.1 线缆串扰线缆串扰部分屏蔽对电容耦合的效果部分屏蔽对电容耦合的效果部分屏蔽对电容耦合的效果部分屏蔽对电容耦合的效果R 很大时：很大时：VN = V1 C12 / ( C12 + C2G + C2S ) C1sC1GCsGCSGC1sVNV1V1VNC2SC12C12C2GR 很小时：很小时：VN = j RC12 10.1 线缆串扰线缆串扰互电感定义与计算互电感定义与计算互电感定义与计算互电感定义与计算定义：定义： 自感自感L 1 / I1 ， 互感互感 M 12 / I1 1 是电流是电流I1在回路在回路1中产生的磁通，中产生的磁通， 12 是电流是电流I1在回路在回路2中产生的磁通中
6、产生的磁通回路回路1回路回路2aba M = （ / 2 ）lnb2/（b2- a2） 10.1 线缆串扰线缆串扰电感耦合电感耦合MR2RR1RR2VN d 12 / dt = d(MI1)/dt = M dI1 / dtR1I1VNI1VNV1V110.1 线缆串扰线缆串扰电感耦合与电容耦合的判别电感耦合与电容耦合的判别电感耦合与电容耦合的判别电感耦合与电容耦合的判别IN = j C12V1R2R1VVVN = j M12 I1R2R1电容耦合电感耦合10.1 线缆串扰线缆串扰非磁性屏蔽对电感耦合的影响非磁性屏蔽对电感耦合的影响非磁性屏蔽对电感耦合的影响非磁性屏蔽对电感耦合的影响I1M1SM
7、12关键看互感是否由于屏蔽措施而发生了改变关键看互感是否由于屏蔽措施而发生了改变10.1 线缆串扰线缆串扰双端接地屏蔽层的分析双端接地屏蔽层的分析M1SM12MS2+ - -+V12VS2导体1导体2屏蔽体V12 = j M12 I1 VS2 = j MS2 IS VN = V12 + VS2 I1IS求解这项求解这项10.1 线缆串扰线缆串扰VS2项求解项求解+ LS = / IS MS2 = / IS 因此：因此：LS = MS2 导体导体2屏蔽层屏蔽层VS2 = j MS2 I S = j MS2 ( V S / ZS) = j LS V S / ( j LS+RS ) = VS j /
8、 ( j +RS/LS)10.1 线缆串扰线缆串扰屏蔽后的耦合电压屏蔽后的耦合电压VN = V12 + VS2 V12 = j M12I1 VS = j M1SI1因为：因为：M12 = M1S所以：所以：VS = j M12I1所以：所以：VS2 = j M12I1 j / ( j +RS / LS)VN = V12 - V12 j / ( j +RS / LS) = V12 (RS / LS) / ( j +RS / LS) V12 10.1 线缆串扰线缆串扰屏蔽层的磁场耦合屏蔽效果屏蔽层的磁场耦合屏蔽效果屏蔽层的磁场耦合屏蔽效果屏蔽层的磁场耦合屏蔽效果VN M12 I1（Rs / Ls
9、)VN j M12 I1VNRs / Ls 无屏蔽电缆无屏蔽电缆屏蔽效能屏蔽效能屏蔽电缆 lg 10.1 线缆串扰线缆串扰长线上的耦合电压长线上的耦合电压 /10 /4 /2 3/4 lg f短线近似线短线近似线低频区域低频区域驻波区域驻波区域耦耦合合电电压压10.1 线缆串扰线缆串扰主要内容主要内容电磁耦合电磁耦合10.110.210.310.4线缆串扰线缆串扰减少串扰的措施减少串扰的措施线缆敷设线缆敷设处于电磁场中的电缆处于电磁场中的电缆Sh10.2 电磁耦合电磁耦合 电磁场在电缆上的感应电压电磁场在电缆上的感应电压10kHz 100kHz 1MHz 10MHz 100MHz 1GHz 1
10、0GHz 0-10-20-30-40-50123ABCDEh = 0.5mS: A = 100m B = 30m C = 10m D = 3m E = 1m与与 S、h 无无关关dBV1V/m场强产生的电压场强产生的电压10.2 电磁耦合电磁耦合平衡电路的抗干扰特性平衡电路的抗干扰特性电磁场V1V2I1I2VD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，平衡性会降低高频时，由于寄生参数的影响，平衡性会降低10.2 电磁耦合电磁耦合提高共模干扰抑制的方法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CMRRCMRRff1
11、0.2 电磁耦合电磁耦合非平衡转换为平衡非平衡转换为平衡10.2 电磁耦合电磁耦合 屏蔽电场屏蔽电场0V电缆长度电缆长度 /20，多点接地，多点接地10.2 电磁耦合电磁耦合磁场对电缆的干扰磁场对电缆的干扰磁场对电缆的干扰磁场对电缆的干扰VNVN ( d / dt ) = A ( dB / dt )磁通磁通 回路面积回路面积A感应电压感应电压当面积一定时当面积一定时10.2 电磁耦合电磁耦合减小感应回路的面积减小感应回路的面积减小感应回路的面积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此电缆上的回路面积
12、为0，整个回路面积仅有两端的部分，整个回路面积仅有两端的部分10.2 电磁耦合电磁耦合屏蔽电缆减小磁场影响屏蔽电缆减小磁场影响VSVSVS只有两端接地的屏蔽层才能 屏蔽磁场10.2 电磁耦合电磁耦合抑制磁场干扰的试验数据抑制磁场干扰的试验数据1001M1M1M100100每米18节(A)(B)(D)(E)(C)0271313281M1M10010010.2 电磁耦合电磁耦合抑制磁场干扰的实验数据抑制磁场干扰的实验数据 1001M1M1M100100每米18节(F)(G)(I)(J)(H)80557063771M1M10010010.2 电磁耦合电磁耦合主要内容主要内容电磁耦合电磁耦合10.11
13、0.210.310.4线缆串扰线缆串扰减少串扰的措施减少串扰的措施线缆敷设线缆敷设减小磁场耦合的措施减小磁场耦合的措施10.3 减少串扰的措施减少串扰的措施a. 滤波滤波 b. 减小源回路和感受器回路的环路减小源回路和感受器回路的环路c. 增大间距增大间距 d. 正交放置正交放置 e. 屏蔽屏蔽f. 感受器电路使用差动放大器，从而使感受器电路使用差动放大器，从而使两引出线中的共模感应电流趋于抵消。两引出线中的共模感应电流趋于抵消。减小电场耦合及电磁耦合的措施减小电场耦合及电磁耦合的措施10.3 减少串扰的措施减少串扰的措施a. 使线缆尽可能靠近地平面走线，并且使源回路使线缆尽可能靠近地平面走线
14、，并且使源回路及敏感回路的信号线与信号返回线尽量贴近，以及敏感回路的信号线与信号返回线尽量贴近，以增加线路的自身电容增加线路的自身电容C1和和C2。b. 干扰源的线缆与感受器回路的线缆在布置时要干扰源的线缆与感受器回路的线缆在布置时要尽量远离，以减小两者间的互电容。尽量远离，以减小两者间的互电容。c. 电路设计时应降低感受器电路的输入阻抗，以电路设计时应降低感受器电路的输入阻抗，以减小干扰电压在感受器上的响应。减小干扰电压在感受器上的响应。d. 感受器电路采用平衡线路传输信号，使两平衡感受器电路采用平衡线路传输信号，使两平衡线上的干扰互相抵消。线上的干扰互相抵消。f. 对线缆进行屏蔽，亦可直接
15、选用屏蔽电缆。要注对线缆进行屏蔽，亦可直接选用屏蔽电缆。要注意电缆屏蔽层的接地要。意电缆屏蔽层的接地要。主要内容主要内容电磁耦合电磁耦合10.110.210.310.4线缆串扰线缆串扰减少串扰的措施减少串扰的措施线缆敷设线缆敷设分类分类10.4 线缆敷设线缆敷设在进行系统线缆敷设的设计时，要保证敏感电路在进行系统线缆敷设的设计时，要保证敏感电路和感受电路之间的充分隔离。和感受电路之间的充分隔离。传统的做法是把电线电缆按其端口功能，功率电传统的做法是把电线电缆按其端口功能，功率电平，电压、电流容量和频率进行分类编排，把可平，电压、电流容量和频率进行分类编排，把可兼容的线缆归在一组内。兼容的线缆归
16、在一组内。最小间距最小间距10.4 线缆敷设线缆敷设布线设计时，加大各类线束的间距是布线设计时，加大各类线束的间距是解决线间耦合最有效、最经济的方法。解决线间耦合最有效、最经济的方法。在布线设计规范中应规定各类线束的在布线设计规范中应规定各类线束的最小间距，不同的分类方法有不同的最小间距，不同的分类方法有不同的间距要求。间距要求。10.4 线缆敷设线缆敷设各类互连线之间至少保持各类互连线之间至少保持75mm间距。间距。第一类主电源配电线路要求与其他各类保持第一类主电源配电线路要求与其他各类保持150mm间距。间距。第五类隔离线，包括极其敏感的或发射很强的第五类隔离线，包括极其敏感的或发射很强的电线或电缆，要求各自单独敷设，不能与任何电线或电缆，要求各自单独敷设，不能与任何其他互连线缆一起捆扎或一起走线。其他互连线缆一起捆扎或一起走线。第五类线之间以及它们和其他类的电线电缆至第五类线之间以及它们和其他类的电线电缆至少保持少保持75mm距离。距离。按电线电缆端口功能分类按电线电缆端口功能分类习题习题10.1 减小电线电缆电场耦合及电磁耦合的措施有减小电线电缆电场耦合及电磁耦合的措施有哪些？哪些？10.2 减小线缆串扰的措施有哪些？减小线缆串扰的措施有哪些？
