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1、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,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,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,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,杨继
2、深 2002年4月,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,杨继深 2002年4月,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,杨继深 2002年4月,非平衡转换为平衡,杨继深 2002年4月,屏蔽电场,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,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
3、面积一定时,杨继深 2002年4月,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,杨继深 2002年4月,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,杨继深 2002年4月,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),8
4、0,55,70,63,77,1M,1M,100,100,杨继深 2002年4月,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,杨继深 2002年4月,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,杨继深 2002年4月,导线之间两种串
5、扰机理,M,C,IC,IC,IL,IL,R0,RL,R2G,R2L,杨继深 2002年4月,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,杨继深 2002年4月,电容耦合模型,C12,C1G,C2G,R,C1G,C2G,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,R 1 / j ( C12 + C2G ),j C12 / ( C12 + C2G),j + 1 / R ( C12 + C2G),V1,VN
6、,VN = j R C12 V1,R 1 / j ( C12 + C2G ),VN = V1 C12 / ( C12 + C2G ) ,杨继深 2002年4月,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 ,杨继深 2002年4月,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,Vs,V1,V1,Vs,C2S,杨继
7、深 2002年4月,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,杨继深 2002年4月,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 ）lnb2/（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
8、 2002年4月,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,杨继深 2002年4月,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,杨继深 2002年4月,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
9、VS2 = j MS2 IS VN = V12 + VS2,I1,IS,求解这项,杨继深 2002年4月,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,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,杨继深 2002年4月,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,