电缆的干扰问题与对策

电缆是电磁兼容设计中的关键环节，大部分电磁干扰敏感问题、电磁干扰发射问题、信号串扰问题是电缆产生的。电缆之所以容易产生各种电磁干扰问题，主要有以下几个原因。
　　(1)电缆本身是一根高效的接收天线，能够接收到空间的电磁干扰，将干扰能量传进设备电路，造成干扰；
　　(2)电缆是一根高效的辐射天线，能够将电路中的干扰辐射到空间，造成辐射发射超标；
　　(3)电缆中的导线相互平行，并且靠得很近，导线之间具有很大的寄生电容和互感，这些电容和互感是导致串扰的根本原因；
　　(4)电缆连接的设备接地电位不同，电缆屏蔽层引进地线干扰。
　　前三个情况是很直观的，第四个情况如图1所示。
　　在图1中，两个设备的地线电位不同，因此产生了电位差，在这个电位差的驱动下，会在电缆屏蔽层中产生电流。由于屏蔽层与内部导线之间有电容和互感，因此屏蔽层上的电流可以在内导线上感应出噪声电压。如果两根信号线是平衡的，噪声电压相同，在输入电路上没有噪声电压。但是电路通常都不是平衡的，会在两根导线上产生不同的电压，这样就产生了噪声电压。这种地线干扰是大系统中的常见现象，解决方法是尽量使地线电位相同，或者将电缆屏蔽层的一端与地线断开，消除电缆屏蔽层中的电流。
导线之间的串扰与对策
　　导线之间发生串扰时，一根导线上的信号耦合到了另一根信号线上，对与这根信号线连接的电路造成干扰。这种现象经常发生在平行的导线之间。在设计电缆时，要特别注意这种现象。尤其是当导线上传输的是低电平模拟信号时，临近导线对其产生的串扰是造成系统性能下降的主要原因。因此，在系统设计中，信号线的分组是必须进行的设计项目，通过信号线分组，使可能发生的串扰最小。
　　当发现电路中存在干扰时，首先要检查的干扰源应该是串扰，看看这种干扰信号是否从附近的电路中串扰产生的，判断方法有以下几个。
　　(1)如果可能，将可能是干扰源的临近导线上的传输信号暂时去掉，如果干扰消失，就可以确定干扰是由临近信号串扰产生的；
　　(2)降低潜在干扰源信号的频率，比如可以在潜在干扰信号的输出端对地并联一只电容，如果干扰消失或减小，可以确定干扰时从这路信号上串扰过来的；
　　(3)用双踪示波器同时观测干扰信号和潜在的干扰源信号，如果干扰信号近似是干扰源信号的微分，可以确定干扰源；
　　(4)改变受干扰导线与干扰源导线之间的距离，如果干扰信号随着两者之间的距离增加而减小，可以确定两根导线之间有串扰。

串扰电压的估算
　　对于两根平行的导线，当电缆的长度与波长相比很短（小于1/20波长）时，可以用集总参数模型来描述电容耦合，如图2所示。这样就可以用电路分析的方法来计算串扰电压。计算的结果如下。
　　频率很低时，R远小于C12和C2G构成的阻抗，即R<<1/[jω(C12+C2G)]，在这个条件下，串扰电压为：
　　VN=jωRC12V1
　　从公式中可以看出，电容耦合的强度直接与频率、被干扰导体对地电阻、两导体之间的电容成正比。
　　频率很高时，R远大于C12和C2G构成的阻抗，即：R>>1/[jω(C12+C2G)]，在这个条件下，串扰电压为：
　　VN=V1[C12/(C12+C2G)]
　　从公式中可以看出，电容耦合的强度与频率和电路的阻抗都无关，而仅与两个导体之间的电容和接收导体与地之间的电容有关，这些参数都与导线的结构直接相关。
　　导线之间的互感性串扰如图3所示，当回路1中有电流I流过时，不仅会在回路1中产生磁通Φ，而且会在电路2中产生磁通Φ12，回路2中的磁通量Φ12与电流I1之间通过一个系数M来确定，这个M就是互感。
　　M=Φ12/I1根据电磁感应定率，当一个闭合回路的磁场发生变化时，就会在回路中产生感应电压。因此，Φ12在回路2中产生了感应电压，电压值为：
　　VN＝dΦ12/dt=M.dI1/dt
这说明回路1中的能量耦合进了回路2形成干扰电压，并且这个电压是回路1中电流的微分。

消除串扰的方法
　　从上面的串扰电压公式中可以看出哪些参数对串扰电压有影响，在实际工程中可以采取下面一些具体措施来控制这些参数。

　　减小电容性串扰的方法如下。
　　(1)将受干扰导线屏蔽起来，并将屏蔽层接到受干扰电路的公共地上，就可以减小电容性串扰，屏蔽层应尽量完整（使芯线暴露出来的部分尽量短），当干扰电压的频率较高（λ<20L）时，需要将屏蔽层多点接地； 深圳电源工程师培训szsdhy.soxsok.com/深圳建筑弱电工程师培训