Сколько Экранирования Вам Нужно?

Вам необходимо выбрать кабельный экран, обеспечивающий достаточное затухание для выполнения работы, без чрезмерного проектирования и добавления ненужных затрат и сложности. Однако, прежде чем вы сможете выбрать экран, вам сначала нужно знать, какой объем экранирования требуется.

Часть 2 этой серии из четырех частей посвящена тому, как определить адекватную эффективность экранирования.

Требования к электромагнитной совместимости

Для электрических кабелей количество необходимого экранирования обычно определяется двумя факторами:

1. Шумовое излучение – Когда радиочастотная энергия в кабелях слишком высока, экран кабеля может быть эффективным способом ослабления электромагнитных полей, излучаемых проводниками.

2. Помехоустойчивость – кабельные экраны обеспечивают барьер для защиты от внешних полей. При экранировании шум, возникающий на проводниках, не нарушает и не ухудшает работу подключенных к кабелю схем.

В обоих случаях цепи на концах кабеля определяют, насколько необходимо затухание экрана. Очевидно, что прежде чем вы сможете выбрать экран, вам нужно знать, сколько шума цепи создают на проводниках, и вам нужно знать, насколько чувствительны цепи к шуму, создаваемому проводниками.

Давайте рассмотрим случаи выбросов и невосприимчивости отдельно.

Выбросы

Ток и напряжение радиочастоты на линиях передачи сигналов и электропередач, которые непреднамеренно вводятся туда схемой, подключенной к любому концу кабеля, называются проведенные выбросы. Вторичным следствием проводимых выбросов является излучение кабеля, т.е. проводимые выбросы вызывают излучаемые выбросы.

Каждое электронное устройство должно контролировать свои проводимые и излучаемые излучения таким образом, чтобы оно не создавало помех близлежащему оборудованию. С этой целью каждое устройство должно соответствовать установленным пределам выбросов, которые зависят от типа функционального оборудования и места его использования. Для бытовой электроники и промышленного оборудования ограничения устанавливаются государственными регулирующими органами. Для оборудования, используемого в автомобилестроении, военном деле и авиации, ограничения устанавливаются отраслевыми нормативными актами.

Каждая схема, подключенная к кабелю, излучает энергию, которая производит определенный уровень излучаемых излучений. Если энергия не может быть отфильтрована или иным образом проконтролирована до того, как она попадет на проводники кабеля и результирующий излучаемые выбросы превышают указанный предел, кабель должен быть экранирован.

Неэкранированные излучаемые излучения

Как вы определяете, превышает ли излучение кабеля допустимый предел?

У вас есть два варианта. Вы можете измерить излучаемые выбросы или рассчитать их.

Если у вас есть типичные схемы и кабели, а также испытательная лаборатория по электромагнитным помехам, измерение излучаемого излучения – самый надежный способ определить, нужен ли вам кабельный экран и какое ослабление он должен обеспечивать.

В качестве альтернативы вы можете рассчитать излучаемые кабелем выбросы с помощью такого программного обеспеченияI. Анализ программного обеспечения позволяет относительно быстро смоделировать дизайн с минимальными затратами на тестирование. Кроме того, анализ программного обеспечения естественным образом поддается сравнительной оценке различных вариантов дизайна.

Например, на приведенном ниже графике показаны прогнозируемые излучаемые излучения, возникающие при допуске распространения избыточного напряжения цифровой схемы по неэкранированному проводнику кабеля. В этом примере кабель нуждается в экранировании для контроля излучения в диапазоне от 50 кГц до 250 МГц, частотном диапазоне, в котором выбросы превышают предельный уровень.

Поскольку указанный предел и рассчитанное излучение уже выражены в единицах децибел (дБуВ/м), требуемая эффективность экранирования – это просто разница между двумя кривыми. Чтобы получить минимально необходимую эффективность экранирования, на каждой частоте вычитайте предельное значение из значения излучения. Значения, превышающие ноль, указывают на необходимость экранирования.

В этом примере максимальная требуемая эффективность экранирования составляет 57 дБ при частоте 30 МГц.

Иммунитет

Установление эффективности защиты для иммунитета – это аналогичный процесс.

Электромагнитные поля в окружающей среде индуцируют ток и напряжение на сигнальных линиях и линиях электропередачи. Если индуцированные уровни превышают чувствительность схемы, подключенной на любом конце кабеля, это может отрицательно сказаться на производительности схемы. Если индуцированные уровни достаточно высоки, цепь может быть повреждена.

Для обеспечения помехозащищенности экранирование кабеля должно ослаблять уровни внешнего поля, чтобы шум, индуцируемый в цепях, был ниже порога восприимчивости цепи.

Установление порога восприимчивости цепи выходит за рамки данной статьи. Однако пороговое значение всегда меньше нормальных рабочих уровней схемы, может зависеть от частоты и часто является функцией работы системы.

Неэкранированный излучаемый иммунитет

Как вы определяете, превышают ли уровни теста на невосприимчивость чувствительность схемы?

Опять же, у вас есть возможность протестировать или выполнить анализ. Почти во всех случаях анализ является более практичным и экономически эффективным. Тесты на иммунитет, как правило, отнимают много времени и стоят дорого.

Требования к помехозащищенности на низких частотах обычно определяются в качестве испытаний на ввод большого тока, на высоких частотах – в качестве испытаний на воздействие электромагнитного поля. Оба метода индуцируют ток и напряжение на проводниках кабеля.

На приведенном выше графике показано напряжение цепи, индуцируемое электрическим полем, воздействующим на провод над плоскостью заземления, который заканчивается на каждом конце идеальными резисторами 50 Ом. Выше 2 МГц индуцированное напряжение превышает заявленный порог восприимчивости, поэтому требуется экранирование.

В этом примере, поскольку наведенное напряжение и пороговое напряжение восприимчивости не выражены в децибелах, необходимая эффективность экранирования рассчитывается путем деления наведенного напряжения на порог восприимчивости на каждой частоте и последующего преобразования в децибелы.

Например, при частоте 50 МГц для кабеля требуется эффективность экранирования 20 * log (1,3 вольта / 10 мВ) = 42,3 дБ.

В следующих постах

Эта статья является второй из серии из четырех частей, в которой рассматривается экранирование кабелей для обеспечения электромагнитной совместимости. В следующей статье из этой серии мы исследуем, почему эффективность экранирования не является неотъемлемым свойством кабельного экрана, а является побочным продуктом импедансов цепи и конфигурации кабелей.

Часть 1 – Введение
Часть 2 – Сколько Экранирования Вам нужно?
Часть 3 – Как рассчитать свойства экрана
Часть 4 – Как правильно оценить эффективность экранирования