电缆的EMC设计
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(H)
1M 70
100
(J)
63
1M
77
1M
导线之间两种串扰机理
R0
M
C
RL
IL
R2G
IC
R2L
IC
IL
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
电容耦合模型
C12
C1G
C2G
V1
R
C12
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
抑制磁场干扰的试验数据
100
(A)
1M 0
100
100
(B)
1M 27
每米18节
100
(C)
1M 13 100
13
(D)
1M
28
(E)
1M
抑制磁场干扰的实验数据
100
(F)
1M 80
每米18节
100
(I)
100
1M 55
(G)
100
V1
C1G
C2G
R VN
VN ＝ j [ C12 / ( C12 + C2G)]
V1
j + 1 / R ( C12 + C2G)]
耦合公式化简
j [ C12 / ( C12 + C2G)]
VN ＝ j + 1 / R ( C12 + C2G)] V1
R << 1 / [ j ( C12 + C2G )]
屏蔽层的磁场耦合屏蔽效果
VN
无屏蔽电缆
VN ＝ M12 I1（Rs / Ls )
屏蔽效能 屏蔽电缆
Rs / Ls
lg
C2S
C1s
C1s
V1
C1G
C1G
CSG Vs
V1
CsG
Vs
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
部分屏蔽对电容耦合的效果
C1G C12
V1
C1s CsG
C12
C2S
V1
VN
C1s CSG C2G VN
R >> 1 / [ j ( C12 + C2G )]
VN = j R C12 V1
VN = V1 [ C12 / ( C12 + C2G ) ]
电容耦合与频率的关系
VN = j RC12V1
VN =
C12V1
(C12 + C2G)
耦合电压
1 / R (C12 + C2G)
频率
屏蔽对电容耦合的影响－全屏蔽
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
处于电磁场中的电缆
S h
电磁场在电缆上的感应电压
1V/m场强产生的电压
dBV
1
2
3
0
-10
A
-20
B
C -30
D
-40
E
-50 10kHz 100kHz 1MHz
h = 0.5m S: A = 100m
B = 30m C = 10m D = 3m E = 1m
~来自百度文库
屏蔽电场
0V
电缆长度 < /20，单点接地
电缆长度 > /20，多点接地
磁场对电缆的干扰
感应电压
VN
磁通
VN ＝ ( d / dt ) = A ( dB / dt )
当面积一定时
回路面积A
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
M = （ / 2 ）ln[b2/（b2- a2）]
电感耦合
I1
V1
M VN
R
I1
R1 V1
R2
VN
R2
R
R1
VN ＝ d12 / dt = d(MI1)/dt = M dI1 / dt
电感耦合与电容耦合的判别
电容耦合
V
R1
IN = j C12V1
R2
V
R1
～ 电感耦合
VN = j M12 I1 R2
10MHz 100MHz 1GHz
10GHz
平衡电路的抗干扰特性
电磁场
V1
VD
I1
V2
I2
VC
平衡性好坏用共模抑制比表示：
CMRR = 20lg ( VC / VD )
高频时，由于寄生参数的影响，平衡性会降低
提高共模干扰抑制的方法
屏蔽电缆
平衡电路
共模扼流圈
平衡电路
CMRR
CMRR
f
f
非平衡转换为平衡
R 很大时：VN = V1 [ C12 / ( C12 + C2G + C2S ) ] R 很小时：VN = jRC12
互电感定义与计算
回路1
回路2
ab a
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
V12 = j M12I1
VS = j M1SI1
因为：M12 = M1S
所以：VS = j M12I1
V12
所以：VS2 = j M12I1 [ j / ( j+RS / LS)]
VN = V12 - V12[ j / ( j+RS / LS)] = V12 [ (RS / LS) / ( j+RS / LS)]
非磁性屏蔽对电感耦合的影响
M1S
I1 M12
关键看互感是否由于屏蔽措施而发生了改变
双端接地屏蔽层的分析
导体1
~
M12
屏蔽体
导体2
+-
V12
I1
M1S IS
MS2 -+ VS2
V12 = j M12 I1 VS2 = j MS2 IS VN = V12 + VS2
求解这项
VS2项求解
++
+
+
+
+
+
+ +
导体2
屏蔽层
LS = / IS
MS2 = / IS
因此：LS = MS2
VS2 = j MS2 I S = j MS2 ( V S / ZS) = j LS [ V S / ( jLS+RS )] = VS [ j / ( j+RS/LS)]
屏蔽后的耦合电压
VN = V12 + VS2
1M 70
100
(J)
63
1M
77
1M
导线之间两种串扰机理
R0
M
C
RL
IL
R2G
IC
R2L
IC
IL
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
电容耦合模型
C12
C1G
C2G
V1
R
C12
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
抑制磁场干扰的试验数据
100
(A)
1M 0
100
100
(B)
1M 27
每米18节
100
(C)
1M 13 100
13
(D)
1M
28
(E)
1M
抑制磁场干扰的实验数据
100
(F)
1M 80
每米18节
100
(I)
100
1M 55
(G)
100
V1
C1G
C2G
R VN
VN ＝ j [ C12 / ( C12 + C2G)]
V1
j + 1 / R ( C12 + C2G)]
耦合公式化简
j [ C12 / ( C12 + C2G)]
VN ＝ j + 1 / R ( C12 + C2G)] V1
R << 1 / [ j ( C12 + C2G )]
屏蔽层的磁场耦合屏蔽效果
VN
无屏蔽电缆
VN ＝ M12 I1（Rs / Ls )
屏蔽效能 屏蔽电缆
Rs / Ls
lg
C2S
C1s
C1s
V1
C1G
C1G
CSG Vs
V1
CsG
Vs
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
部分屏蔽对电容耦合的效果
C1G C12
V1
C1s CsG
C12
C2S
V1
VN
C1s CSG C2G VN
R >> 1 / [ j ( C12 + C2G )]
VN = j R C12 V1
VN = V1 [ C12 / ( C12 + C2G ) ]
电容耦合与频率的关系
VN = j RC12V1
VN =
C12V1
(C12 + C2G)
耦合电压
1 / R (C12 + C2G)
频率
屏蔽对电容耦合的影响－全屏蔽
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
处于电磁场中的电缆
S h
电磁场在电缆上的感应电压
1V/m场强产生的电压
dBV
1
2
3
0
-10
A
-20
B
C -30
D
-40
E
-50 10kHz 100kHz 1MHz
h = 0.5m S: A = 100m
B = 30m C = 10m D = 3m E = 1m
~来自百度文库
屏蔽电场
0V
电缆长度 < /20，单点接地
电缆长度 > /20，多点接地
磁场对电缆的干扰
感应电压
VN
磁通
VN ＝ ( d / dt ) = A ( dB / dt )
当面积一定时
回路面积A
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
M = （ / 2 ）ln[b2/（b2- a2）]
电感耦合
I1
V1
M VN
R
I1
R1 V1
R2
VN
R2
R
R1
VN ＝ d12 / dt = d(MI1)/dt = M dI1 / dt
电感耦合与电容耦合的判别
电容耦合
V
R1
IN = j C12V1
R2
V
R1
～ 电感耦合
VN = j M12 I1 R2
10MHz 100MHz 1GHz
10GHz
平衡电路的抗干扰特性
电磁场
V1
VD
I1
V2
I2
VC
平衡性好坏用共模抑制比表示：
CMRR = 20lg ( VC / VD )
高频时，由于寄生参数的影响，平衡性会降低
提高共模干扰抑制的方法
屏蔽电缆
平衡电路
共模扼流圈
平衡电路
CMRR
CMRR
f
f
非平衡转换为平衡
R 很大时：VN = V1 [ C12 / ( C12 + C2G + C2S ) ] R 很小时：VN = jRC12
互电感定义与计算
回路1
回路2
ab a
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
V12 = j M12I1
VS = j M1SI1
因为：M12 = M1S
所以：VS = j M12I1
V12
所以：VS2 = j M12I1 [ j / ( j+RS / LS)]
VN = V12 - V12[ j / ( j+RS / LS)] = V12 [ (RS / LS) / ( j+RS / LS)]
非磁性屏蔽对电感耦合的影响
M1S
I1 M12
关键看互感是否由于屏蔽措施而发生了改变
双端接地屏蔽层的分析
导体1
~
M12
屏蔽体
导体2
+-
V12
I1
M1S IS
MS2 -+ VS2
V12 = j M12 I1 VS2 = j MS2 IS VN = V12 + VS2
求解这项
VS2项求解
++
+
+
+
+
+
+ +
导体2
屏蔽层
LS = / IS
MS2 = / IS
因此：LS = MS2
VS2 = j MS2 I S = j MS2 ( V S / ZS) = j LS [ V S / ( jLS+RS )] = VS [ j / ( j+RS/LS)]
屏蔽后的耦合电压
VN = V12 + VS2