杨杨杨 2002杨4杨 杨杨杨杨 杨杨杨 EMC 杨杨 • 场场场场场场场场场场 • 场场场场场场场
杨继深 2002年4月
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
杨继深 2002年4月
处于电磁场中的电缆
S
h
杨继深 2002年4月
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
BC
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
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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,平衡性会降低
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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
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非平衡转换为平衡
~
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屏蔽电场
0V
电缆长度 < /20 ,单点接地
电缆长度 > /20 ,多点接地
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磁场对电缆的干扰磁场对电缆的干扰
VN
VN = ( d / dt ) = A ( dB / dt )
磁通
回路面积 A
感应电压
当面积一定时
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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
此电缆上的回路面积为 0 ,整个回路面积仅有两端的部分
~
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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
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抑制磁场干扰的试验数据抑制磁场干扰的试验数据
100 1M
1M
1M
100
100
每米 18节
(A)
(B)
(D)
(E)(C)
0
27
13
13
28
1M
1M
100
100
杨继深 2002年4月
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
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导线之间两种串扰机理导线之间两种串扰机理
MC
ICICIL
IL
R0 RL
R2G R2L
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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
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电容耦合模型电容耦合模型
C12
C1G C2G
R
C1GC2G
C12
R
VN =
V1
V1
j [ C12 / ( C12 + C2G)]
j + 1 / R ( C12 + C2G)]V1
VN
杨继深 2002年4月
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 ) ]
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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 RC12V1
C12V1
(C12 + C2G)VN =
1 / R (C12 + C2G)
频率
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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
C1s
C1G
CsG
C1G CSG
C1s
VsV1
V1Vs
C2S
杨继深 2002年4月
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 ) ]
C1sC1G
CsG
CSG
C1s
VNV1
V1VN
C2S
C12
C12
C2G
R 很小时: VN = jRC12
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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
a b
a
M = ( / 2 ) ln[b2/ ( b2- a2 ) ]
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电感耦合
M
R2
RR1
R
R2
VN = d12 / dt = d(MI1)/dt = M dI1 / dt
R1I1
VN
I1
VN
V1
V1
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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 C12V1R2R1V
V VN = j M12 I1
R2R1
~
电容耦合
电感耦合
杨继深 2002年4月
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I1
M1S M12
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
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 + VS2
I1
IS
求解这项
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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)]
杨继深 2002年4月
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
杨继深 2002年4月
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 )
V N = j
M 12 I 1
VN
Rs / Ls
无屏蔽电缆 屏蔽效能
屏蔽电缆
lg
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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