第六部分 电缆的 EMC 设计

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

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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

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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

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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

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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

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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