第七部分电缆的EMC设计

杨继深2002年4月电话[phone]第七部分电缆的EMC设计•场在导线中感应的噪声•电缆之间的串扰杨继深2002年4月电话[phone]电磁场在导体上感应的电压EV=E•ddVVV=d/dt杨继深2002年4月电话[phone]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杨继深2002年4月电话[phone]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。杨继深2002年4月电话[phone]电磁场在电缆上的感应电压10kHz100kHz1MHz10MHz100MHz1GHz10GHz0-10-20-30-40-50ABCDE高度=0.5m长度：A=100mB=30mC=10mD=3mE=1mdBV1V/m场强产生的电压杨继深2002年4月电话[phone]电磁场干扰的对策•平衡电路•共模滤波•电缆屏蔽杨继深2002年4月电话[phone]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，平衡性会降低杨继深2002年4月电话[phone]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杨继深2002年4月电话[phone]非平衡转换为平衡~杨继深2002年4月电话[phone]屏蔽电缆的评估CMCM接收环路I屏蔽层与芯线之间的互感杨继深2002年4月电话[phone]屏蔽低频电场0V电缆长度/20，单点接地电缆长度/20，多点接地杨继深2002年4月电话[phone]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～杨继深2002年4月电话[phone]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杨继深2002年4月电话[phone]地环路的危害1001M1M1M100100每米18节(A)(B)(D)(E)(C)0271313281M1M100100杨继深2002年4月电话[phone]消除地环路的效果1001M1M1M100100每米18节(F)(G)(I)(J)(H)80557063771M1M100100杨继深2002年4月电话[phone]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)13dB单端接地的屏蔽层的效果：20lg(230/229)0dB双绞线单端接地屏蔽层杨继深2002年4月电话[phone]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)58dB单端接地的屏蔽层的效果：20lg(1.3/0.3)13dB双绞线单端接地屏蔽层杨继深2002年4月电话[phone]导线之间两种串扰机理MCICICILILR0RLR2GR2L杨继深2002年4月电话[phone]耦合方式的粗略判断ZSZL3002：磁场耦合为主ZSZL10002：电场耦合为主3002ZSZL10002：取决于几何结构和频率杨继深2002年4月电话[phone]电容耦合模型C12C1GC2GRC1GC2GC12RVN＝V1V1j[C12/(C12+C2G)]j+1/R(C12+C2G)]V1VN杨继深2002年4月电话[phone]耦合公式化简R1/[j(C12+C2G)]j[C12/(C12+C2G)]j+1/R(C12+C2G)]V1VN＝VN=jRC12V1R1/[j(C12+C2G)]VN=V1[C12/(C12+C2G)]杨继深2002年4月电话[phone]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杨继深2002年4月电话[phone]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杨继深2002年4月电话[phone]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杨继深2002年4月电话[phone]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abaM=（/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杨继深2002年4月电话[phone]电感耦合MR2RR1RR2VN＝d12/dt=d(MI1)/dt=MdI1/dtR1I1VNI1VNV1V1杨继深2002年4月电话[phone]电感耦合与电容耦合的判别IN=jC12V1R2R1VVVN=jM12I1R2R1～电容耦合电感耦合杨继深2002年4月电话[phone]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杨继深2002年4月电话[phone]双端接地屏蔽层的分析M1SM12MS2+--+~V12VS2导体1导体2屏蔽体V12=jM12I1VS2=jMS2ISVN=V12+VS2I1IS求解这项这就是屏蔽的效果杨继深2002年4月电话[phone]VS2项求解+++++++++LS=/ISMS2=/IS因此：LS=MS2导体2屏蔽层VS2=jMS2IS=jMS2(VS/ZS)=jLS[VS/(jLS+RS)]=VS[j/(j+RS/LS)]杨继深2002年4月电话[phone]屏蔽后的耦合电压VN=V12+VS2V12=jM12I1VS=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杨继深2002年4月电话[phone]屏蔽层的磁场耦合屏蔽效果VN＝M12I1（Rs/Ls)VNRs/Ls无屏蔽电缆屏蔽效能屏蔽电缆lg