电磁兼容讲义-线缆干扰及抑制课件

,*,东南大学电磁兼容研究室，Copyright 2002,All rights reserved,*,10,线缆干扰及抑制,10 线缆干扰及抑制,主要内容,电磁耦合,10.1,10.2,10.3,10.4,线缆串扰,减少串扰的措施,线缆敷设,主要内容电磁耦合10.110.210.310.4线缆串扰减少,10.1,线缆串扰,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。,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）；二是由于两线间的互电容（容性耦合或者说电场耦合）。,10.1 线缆串扰串扰：从某一信号线缆（电缆、印刷电路板带状,导线之间两种串扰机理,M,C,I,C,I,C,I,L,I,L,R,0,R,L,R,2G,R,2L,10.1,线缆串扰,导线之间两种串扰机理MCICICILILR0RLR2GR2L,耦合方式的粗略判断：,Z,S,Z,L,1000,2,：电场耦合为主,300,2,Z,S,Z,L,1000,2,：取决于线缆几何结构和频率,10.1,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的印制线路的特性阻抗一般比较小（,100,），当感受器印制线路的负载和干扰源的阻抗大于印制线路的特性阻抗时，串扰主要为容性电场耦合。,耦合方式的粗略判断：ZSZL 3002：,电容耦合模型,C,12,C,1G,C,2G,R,C,1G,C,2G,C,12,R,V,N,V1,V1,j,C,12,/(C,12,+C,2G,),j,+1/R(C,12,+C,2G,),V,1,V,N,10.1,线缆串扰,电容耦合模型C12C1GC2GRC1GC2GC12RVN,耦合公式化简,R 1/j,(C,12,+C,2G,),V,N,=V,1,C,12,/(C,12,+C,2G,),10.1,线缆串扰,耦合公式化简 R 1/j (C12+,电容耦合与频率的关系,耦合电压,V,N,=j,RC,12,V,1,C,12,V,1,(C,12,+C,2G,),V,N,=,1/R(C,12,+C,2G,),频率,10.1,线缆串扰,电容耦合与频率的关系耦合电压VN=j RC12V1C,屏蔽对电容耦合的影响全屏蔽,屏蔽层不接地：,V,N,=V,S,=V,1,C,1S,/(C,1S,+C,SG,),，与无屏蔽相同,屏蔽层接地时：,V,N,=V,S,=0,，具有理想的屏蔽效果,C,1s,C,1G,C,sG,C,1G,C,SG,C,1s,Vs,V,1,V,1,Vs,C,2S,10.1,线缆串扰,屏蔽对电容耦合的影响全屏蔽屏蔽层不接地：VN=VS=,部分屏蔽对电容耦合的效果,R,很大时：,V,N,=V,1,C,12,/(C,12,+C,2G,+C,2S,),C1s,C,1G,Cs,G,C,SG,C,1,s,V,N,V,1,V,1,V,N,C,2S,C,12,C,12,C,2G,R,很小时：,V,N,=j,R,C,12,10.1,线缆串扰,部分屏蔽对电容耦合的效果R 很大时：VN=V1 C1,互电感定义与计算,定义：自感,L,1 /I,1,，互感,M,12 /I,1,1,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,）,lnb,2,/,（,b,2,-a,2,）,10.1,线缆串扰,互电感定义与计算定义：自感L 1 /I,电感耦合,M,R2,R,R1,R,R2,V,N,d,12,/dt=,d(MI,1,)/dt=M dI,1,/dt,R1,I,1,V,N,I1,V,N,V,1,V,1,10.1,线缆串扰,电感耦合MR2RR1RR2VN d12/dt=,电感耦合与电容耦合的判别,I,N,=j,C,12,V,1,R,2,R,1,V,V,V,N,=j,M,12,I,1,R,2,R,1,电容耦合,电感耦合,10.1,线缆串扰,电感耦合与电容耦合的判别IN=j C12V1R2R1,非磁性屏蔽对电感耦合的影响,I,1,M,1S,M,12,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,非磁性屏蔽对电感耦合的影响I1M1SM12关键看互感是否由于,双端接地屏蔽层的分析,M,1S,M,12,M,S2,+-,-+,V,12,V,S2,导体,1,导体,2,屏蔽体,V,12,=j,M,12,I,1,V,S2,=j,M,S2,I,S,V,N,=V,12,+V,S2,I,1,I,S,求解这项,10.1,线缆串扰,双端接地屏蔽层的分析M1SM12MS2+-+V12,V,S2,项求解,+,+,+,+,+,+,+,+,+,L,S,=,/I,S,M,S2,=,/I,S,因此：,L,S,=,M,S2,导体,2,屏蔽层,V,S2,=j,M,S2,I,S,=j,M,S2,(V,S,/Z,S,),=j,L,S,V,S,/(j,L,S,+R,S,),=,V,S,j,/(j,+R,S,/L,S,),10.1,线缆串扰,VS2项求解+LS=/,屏蔽后的耦合电压,V,N,=V,12,+V,S2,V,12,=j,M,12,I,1,V,S,=j,M,1S,I,1,因为：,M,12,=M,1S,所以：,V,S,=j,M,12,I,1,所以：,V,S2,=,j,M,12,I,1,j,/(j,+R,S,/L,S,),V,N,=V,12,-V,12,j,/(j,+R,S,/L,S,),=V,12,(R,S,/L,S,)/(j,+R,S,/L,S,),V,12,10.1,线缆串扰,屏蔽后的耦合电压VN=V12+VS2 V12,屏蔽层的磁场耦合屏蔽效果,V,N,M,12,I,1,（,Rs/Ls),V,N,j,M,12,I,1,V,N,Rs/Ls,无屏蔽电缆,屏蔽效能,屏蔽电缆,lg,10.1,线缆串扰,屏蔽层的磁场耦合屏蔽效果VN M12 I1（Rs/L,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,10.1,线缆串扰,长线上的耦合电压 /10 /4,主要内容,电磁耦合,10.1,10.2,10.3,10.4,线缆串扰,减少串扰的措施,线缆敷设,主要内容电磁耦合10.110.210.310.4线缆串扰减少,处于电磁场中的电缆,S,h,10.2,电磁耦合,处于电磁场中的电缆Sh10.2 电磁耦合,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,10.2,电磁耦合,电磁场在电缆上的感应电压10kHz 100kHz,平衡电路的抗干扰特性,电磁场,V,1,V,2,I,1,I,2,V,D,平衡性好坏用共模抑制比表示：,CMRR=20lg(V,C,/V,D,),V,C,高频时，由于寄生参数的影响，平衡性会降低,10.2,电磁耦合,平衡电路的抗干扰特性电磁场V1V2I1I2VD平衡性好坏用共,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,10.2,电磁耦合,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CM,非平衡转换为平衡,10.2,电磁耦合,非平衡转换为平衡10.2 电磁耦合,屏蔽电场,0V,电缆长度,/20,，多点接地,10.2,电磁耦合,屏蔽电场0V电缆长度,磁场对电缆的干扰,V,N,V,N,(d,/dt)=A(dB/dt),磁通,回路面积,A,感应电压,当面积一定时,10.2,电磁耦合,磁场对电缆的干扰VNVN (d /dt),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,10.2,电磁耦合,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,屏蔽电缆减小磁场影响,V,S,V,S,V,S,只有两端接地的屏蔽层才能 屏蔽磁场,10.2,电磁耦合,屏蔽电缆减小磁场影响VSVSVS只有两端接地的屏蔽层才能 屏,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,100,100,10.2,电磁耦合,抑制磁场干扰的试验数据1001M1M1M100100每米18,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,100,100,10.2,电磁耦合,抑制磁场干扰的实验数据 1001M1M1M100100每米1,主要内容,电磁耦合,10.1,10.2,10.3,10.4,线缆串扰,减少串扰的措施,线缆敷设,主要内容电磁耦合10.110.210.310.4线缆串扰减少,减小磁场耦合的措施,10.3,减少串扰的措施,a.,滤波,b.,减小源回路和感受器回路的环路,c.,增大间距,d.,正交放置,e.,屏蔽,f.,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。,减小磁场耦合的措施10.3 减少串扰的措施a.滤波,减小电场耦合及电磁耦合的措施,10.3,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,C,1,和,C,2,。,b.,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。,c.,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。,d.,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。,f.,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。,减小电场耦合及电磁耦合的措施10.3 减少串扰的措施a.使,主要内容,电磁耦合,10.1,10.2,10.3,10.4,线缆串扰,减少串扰的措施,线缆敷设,主要内容电磁耦合10.110.210.310.4线缆串扰减少,分类,10.4,线缆敷设,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。,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，把可兼容的线缆归在一组内。,分类10.4 线缆敷设在进行系统线缆敷设的设计时，要保证敏感,最小间距,10.4,线缆敷设,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。,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间距要求。,最小间距10.4 线缆敷设布线设计时，加大各类线束的间距是解,10.4,线缆敷设,各类互连线之间至少保持,75mm,间距。,第一类主电源配电线路要求与其他各类保持,150mm,间距。,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少保持,75mm,距离。,按电线电缆端口功能分类,10.4 线缆敷设各类互连线之间至少保持75mm间距。按电,习题,10.1,减小电线电缆电场耦合及电磁耦合的措施有哪些？,10.2,减小线缆串扰的措施有哪些？,习题10.1 减小电线电缆电场耦合及电磁耦合的措施有哪些？,