第七部分电缆的EMC设计

null第七部分 电缆的EMC设计第七部分 电缆的EMC设计 场在导线中感应的噪声 电缆之间的串扰电磁场在导体上感应的电压电磁场在导体上感应的电压EV = E•ddVVV = d/dt处于电磁场中的电缆处于电磁场中的电缆信号线和回流线在一根电缆中用地线面作回流线共模电流差模电压不平衡直接产生差模电压Sh电磁场在电缆中的感应噪声以共模为主电磁场在电缆中的感应噪声以共模为主信号线与回线几乎处于同一电场环境中，差模电压很小。 信号线与回线所形成的面积很小，所包围磁通量很少。 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 10GHz 0-10-20-30-40-50ABCDE高度= 0.5m 长度：A = 100m B = 30m C = 10m D = 3m E = 1m与 长度、高度 无关dBV1V/m场强产生的电压电磁场干扰的对策电磁场干扰的对策平衡电路 共模滤波 电缆屏蔽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CMRRCMRRff非平衡转换为平衡非平衡转换为平衡~屏蔽电缆的评估屏蔽电缆的评估CMCM接收环路I屏蔽层与芯线之间的互感屏蔽低频电场屏蔽低频电场0V电缆长度 < /20，单点接地电缆长度 > /20，多点接地对付低频磁场的有效方法对付低频磁场的有效方法～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 屏蔽磁场地环路的危害地环路的危害1001M1M1M100100每米18节(A)(B)(D)(E)(C)0271313281M1M100100消除地环路的效果 消除地环路的效果 1001M1M1M100100每米18节(F)(G)(I)(J)(H)80557063771M1M100100C与D的实验数据说明C与D的实验数据说明设：总电磁场为1000，其中磁场为999，电场为1， 双绞线的磁场抑制效果为：20lg(1000/230) 13 dB 单端接地的屏蔽层的效果：20lg(230/229) 0 dB双绞线单端接地屏蔽层G与H的实验数据说明G与H的实验数据说明设：总电磁场为1000，其中磁场为999，电场为1， 双绞线的磁场抑制效果为：20lg(1000/1.3) 58 dB 单端接地的屏蔽层的效果：20lg(1.3/0.3) 13 dB双绞线单端接地屏蔽层导线之间两种串扰机理导线之间两种串扰机理MCICICILILR0RLR2GR2L耦合方式的粗略判断耦合方式的粗略判断ZSZL < 3002： 磁场耦合为主 ZSZL > 10002： 电场耦合为主 3002 < ZSZL < 10002：取决于几何结构和频率 电容耦合模型电容耦合模型C12C1GC2GRC1GC2GC12RVN ＝ V1V1j  [ C12 / ( C12 + C2G)]j  + 1 / R ( C12 + C2G)]V1VN耦合公式化简耦合公式化简 R << 1 / [ j  ( C12 + C2G )] j  [ C12 / ( C12 + C2G)]j  + 1 / R ( C12 + C2G)]V1VN ＝ 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电容耦合与频率的关系耦合电压VN = j RC12V1C12V1 (C12 + C2G)VN =1 / R (C12 + C2G)频率  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：VN = VS =V1 [ C1S / ( C1S + CSG ) ]，与无屏蔽相同 屏蔽层接地时：VN = VS = 0， 具有理想的屏蔽效果C1sC1GCsGC1GCSGC1sVsV1V1VsC2S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：VN = V1 [ C12 / ( C12 + C2G + C2S ) ]C1sC1GCsGCSGC1sVNV1V1VNC2SC12C12C2GR 很小时：VN = jRC12 互电感定义与计算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aba M = （  / 2  ）ln[b2/（b2- a2）] 减小M的方法：回路1用双绞线或同轴线，减小回路2的面积，增加两 个回路的距离电感耦合电感耦合MR2RR1RR2VN ＝ d12 / dt = d(MI1)/dt = M dI1 / dtR1I1VNI1VNV1V1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I1M1SM12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求解这项这就是屏蔽的效果VS2项求解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 / ( jLS+RS )] = VS [ j / ( j+RS/LS)] 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：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屏蔽层的磁场耦合屏蔽效果VN ＝ M12 I1（Rs / Ls )VN ＝ j M12 I1VNRs / Ls 无屏蔽电缆屏蔽效能屏蔽电缆 lg