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    視頻傳輸電纜上的干擾現象如何處理
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    電纜是系統中導致電磁兼容問題的最主要因素。因此,在實際中經常發現:當將設備上的外拖電纜取下來時,設備就可以順利通過試驗,在現場中遇到電磁干擾現象 時,只要將電纜拔下來,故障  現象就會消失。這是因為電纜是一根高效的接收和輻射天線。另外,電纜中的導線平行傳輸的距離最長,因此導線之間存在較大的 分部電容和互電感,這會導致導線之間發生信號的串擾。
    (一)
    解決電纜問題的主要方法之一是對電纜進行屏蔽,但是屏蔽電纜應該怎樣端接,怎樣的屏蔽電纜才是有效的,等一系列問題是普遍關心而模糊的問題。本節討論電纜的輻射問題、電磁場對電纜的干擾問題、導線之間的信號串擾問題,以及這些問題的對策。
    1、電纜的輻射問題
    電纜的輻射問題是工程中最常見的問題之一,90%以上的設備(主要是含脈沖電路的設備)不能通過輻射發射試驗都是由于電纜輻射造成的。電纜產生輻射的 機理有兩種,一種是電纜中的信號電流(差模電流)回路產生的差模輻射,另一種是電纜中的導線(包括屏蔽層)上的共模電流產生的。電纜的輻射主要來自共模輻 射。共模輻射是由共模電流產生的,共模電流的環路面積是由電纜與大地(或鄰近其它大型導體)形成的,因此具有較大的環路面積,會產生較強的輻射。共模電流 是如何產生的往往是許多人困惑的問題。要理解這個問題,首先明確共模電壓是導致共模電流的根本原因,共模電壓就是電纜與大地(或鄰近的其它大型導體)之間 的電壓。從共模電壓出發,尋找導致共模電流的原因就容易了,而導致一個問題的原因一旦清楚,解決這個問題就不是很困難了。
    電纜上的共模電流產生的原因有以下幾點:差模電流泄漏導致的共模電流.即使電纜中包含了信號回線,也不能保證信號電流100%從回線返回信號源,特別 是在頻率較高的場合,空間各種雜散參數為信號電流提供了第三條,甚至更多的返回路徑。這種共模電流雖然所占的比例很小,但是由于輻射環路面積大,輻射是是 不能忽視的。不要試圖通過將電路與大地“斷開”(將線路板與機箱之間的地線斷開,或將機箱與大地之間的地線斷開)來減小共模電流,從而減小共模輻射。將電 路與大地斷開僅能夠在低頻減小共模電流,高頻時寄生電容形成的通路已經阻抗很小。
    共模電流主要由雜散電容產生。當然,如果共模輻射的問題主要發生在低頻,將線路板或機箱與大地斷開會有一定效果。從共模電流產生的機理可知,減小這種 共模電流的有效方法是減小差?;芈返淖杩?,從而促使大部分信號電流從信號地線返回。一般信號線與回線靠得越近,則差模電流回路的阻抗越小。一個典型的例子 就是同軸電纜,由于同軸電纜的回流電流均勻分布在外皮上,其等效電流與軸心重合,因此回路面積為零,差模阻抗接近為零,幾乎100%的信號電流從同軸電纜 的外皮返回信號源,共模電流幾乎為零,所以共模輻射很小。
    另一方面,由于差模電流回路的面積幾乎為零,差模輻射也很小,所以同軸電纜的輻射是很小的。對于高頻信號,用同軸電纜傳述可以避免輻射。實際上,這與 我們傳統上用同軸電纜傳輸高頻信號,以減小信號的損耗的目的具有相同的本質。因為信號的損耗小了,自然說明泄漏的成份少了,而這部分泄漏就是電纜的輻射。
    線路板的地線噪聲導致的共模電流。信號地線就是信號的回流線,因此,地線上的兩點之間必然存在電壓,對于高頻電路而言,這些就是高頻噪聲電壓,它作為 共模電壓驅動電纜上的共模電流,導致共模輻射。線路板設計一章中提供的各種減小地線阻抗的設計方法,可以用來減小地線上的噪聲,從而減小共模電壓。
    一種推薦的方法是在電纜端口設置“干凈地”。所謂干凈地就是這塊地線上沒有可以產生噪聲的電路,因此地線上的局部電位幾乎相等。如果機箱是金屬機箱, 將這塊干凈地與金屬機箱連接起來。機箱內電磁波空間感應導致的共模電流。機箱內總是充滿了電磁波的,這些電磁波會在電纜上感應出共模電壓,另外,電纜端口 的附近也會有一些產生高頻電磁場的電路,這些電路與電纜之間存在著電容性耦合和電感性耦合,在電纜上形成共模電壓。電磁感應產生的共模電壓。需要注意的 是,機箱內的電磁波大多由電路的差模輻射所至,在線路板設計一章,我們討論了脈沖信號差模輻射的頻譜,可知其頻率范圍是很寬的。這導致了共模電壓的頻率往 往遠高于我們所預期的值。
    (二)
    電纜長度:在滿足使用要求的前提下,盡量使用短的電纜。但電纜長度往往受到設備之間連接距離的限制,不能隨意縮短。而且,當電纜的長度不能減小到波長 的一半以下時,減小電纜長度也沒明顯效果;增加共模電流環路的阻抗:目的是減小共模電流,因為在共模電壓一定的情況下,增加共模電流路徑的阻抗可以減小共 模電流;減小共模電壓:目的是減小共模電流,當共?;芈纷杩挂欢〞r,減小共模電壓就可以減小共模電流;低通濾波器濾波:目的是減少高頻共模電流成份,這些 高頻共模電流的輻射效率很高;電纜屏蔽:目的是為共模電流提供一條環路面積較小的路徑。下面介紹在實際工程中應用上述概念的方法。
    1、增加共模電流回路的阻抗
    設備組裝完成后,設備電纜上產生的共模電壓也就一定了。這時,減小電纜上的共模電流的方法就是增加共模電流回路的阻抗。但是怎樣增加共?;芈返淖杩故?許多工程師困惑的問題。他們往往試圖通過斷開線路板與機箱之間的連接,或者機箱與安全地之間的連接,來增加共?;芈返淖杩?,結果往往令人失望。因為這些方 法僅對低頻有效,而低頻共模電流并不是輻射的主要原因。
    實用而有效的方法是在電纜上串聯共模扼流圈,共模扼流圈能夠對共模電流形成較大的阻抗,而對差模信號沒有影響,因此使用上很簡單,并且共模扼流圈不需要接 地,可以直接加到電纜上。將整束電纜穿過一個鐵氧體磁環就構成了一個共模扼流圈,根據需要,也可以將電纜在磁環上繞幾匝。為了工程方便,很多廠家提供分體 式的磁環,這種磁環可以很容易地卡在電纜上。電纜上套了鐵氧體磁環后,輻射強度的改善量取決于原來共模電流回路的阻抗,從共模輻射的公式容易推導出下面的 結論(推導中,應用共模電壓不變的條件):
    共模輻射改善=20lg(E1/E2)=20lg(ICM1/ICM2)
    =20lg(ZCM2/ZCM1)
    =20lg(1Z/ZCM1)
    式中:
    E1=加鐵氧體前的輻射強度,
    E2=加鐵氧體后的輻射強度,
    ICM1=加鐵氧體前的共模電流,
    ICM2=加鐵氧體后的共模電流,
    ZCM2=加鐵氧體后的共模環路阻抗,
    ZCM1=加鐵氧體前的共模環路阻抗,
    Z=共模扼流圈的阻抗。
    例如,如果沒加共模扼流圈時的共模電流環路阻抗為100W,共模扼流圈的阻抗為1000W,則共模輻射改善為20dB,而如果原來的共模電流環路阻抗為1000W,則改善量僅為6dB。為了獲得預期的干擾抑制效果,在使用鐵氧體磁環時,需要注意以下問題:
    a.鐵氧體材料的選擇:根據要抑制干擾的頻率不同,選擇不同材料成分和磁導率的鐵氧體材料。鎳鋅鐵氧體材料的高頻特性由于錳鋅鐵氧體材料,并且鐵氧體 材料的磁導率越高,低頻的阻抗越大,而高頻的阻抗越小。這是由于導磁率高的鐵氧體材料電導率較高,當導體穿過時,形成電纜與磁環之間的寄生電容較大。
    b.鐵氧體磁環的尺寸:磁環的內外徑差越大,軸向越長,阻抗越大。但內徑一定要包緊導線。因此,要獲得大的衰減,在磁環內徑包緊電纜的前提下,盡量使用體積較大的磁環。
    c.共模扼流圈的匝數:增加穿過磁環的匝數可以增加低頻的阻抗,但是由于匝間寄生電容增加,高頻的阻抗會減小。盲目增加匝數來增加衰減量是一個常見的錯誤。當需要抑制的干擾頻帶較寬時,可在兩個磁環上繞不同的匝數。
    例:某設備有兩個超標輻射頻率點,一個是為40MHz,另一個為900MHz。經檢查,確定是電纜的共模輻射所致。在電纜上套一個磁環(1/2 匝),900MHz的干擾明顯減小,不再超標,但是40MHz頻率仍然超標。將電纜在磁環上繞3匝,40MHz干擾減小,不再超標,但900MHz超標。 為了解決這個問題,使用了兩個鐵氧體磁環,一個1/2匝,另一個3匝。
    d.電纜上鐵氧體磁環的個數:增加電纜上的鐵氧體磁環的個數,可以增加低頻的阻抗,但高頻的阻抗會減小。這是因為電纜與磁環之間的寄生電容增加的緣故。
    e.鐵氧體磁環的安裝位置:一般盡量靠近干擾源或敏感源。對于屏蔽機箱上的電纜,磁環要盡量靠近機箱的電纜進出口。由于鐵氧體磁環的效果取決于原來共 模環路的阻抗,原來回路的阻抗越低,則磁環的效果越明顯。因此當原來的電纜兩端安裝了共模濾波電容時,由于其共模阻抗很低,磁環的效果更明顯。
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