Сколько экранирования Вам нужно?

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

В части 2 этой серии из четырех частей рассматривается, как определить адекватную эффективность экранирования.

Требования к электромагнитной совместимости

Для электрических кабелей необходимая степень 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 необходимо знать, какой уровень шума цепи создают на проводниках, и вам нужно знать, насколько чувствительны цепи к шуму, создаваемому на проводниках.

Давайте рассмотрим случаи выбросов и невосприимчивости отдельно.

Выбросы

Радиочастотный ток и напряжение на сигнальных линиях и линиях электропередачи, которые непреднамеренно передаются туда с помощью схем, подключенных к обоим концам кабеля, называются проводимыми излучениями. Вторичным следствием проводимых выбросов является излучение кабеля, т.е. проводимые выбросы вызывают радиационные выбросы.

Каждое электронное устройство должно контролировать свои проводимые и излучаемые излучения таким образом, чтобы они не создавали помех для близлежащего оборудования. 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 автомобильной, военной и авиационной промышленности, ограничения устанавливаются отраслевыми нормативными актами.

Каждая схема, подключенная к кабелю, излучает энергию, которая приводит к некоторому уровню излучаемых выбросов. Если энергию невозможно отфильтровать или иным образом контролировать до того, как она попадет на жилы кабеля, и результирующее излучение превышает указанный предел, кабель необходимо экранировать.

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 лаборатория по испытанию на электромагнитные помехи, измерение излучаемых выбросов – самый надежный способ определить, нужен ли вам экран кабеля и какое затухание он должен обеспечивать.

В качестве альтернативы вы можете рассчитать излучение кабеля с помощью программного обеспечения, такого как EMI Analyst. Анализ программного обеспечения позволяет относительно быстро смоделировать конструкцию при незначительных затратах на тестирование. Кроме того, анализ программного обеспечения естественным образом позволяет проводить сравнительную оценку различных вариантов проектирования.

Например, на приведенном ниже графике показаны прогнозируемые выбросы, возникающие при распространении 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, то есть в диапазоне частот, в котором излучение превышает предельный уровень.

Поскольку указанный предел и расчетное 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 экранирования для обеспечения 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 обоих концах кабеля, это может отрицательно сказаться на производительности схемы. Если индуцированные уровни достаточно высоки, цепь может быть повреждена.

Для обеспечения невосприимчивости экранирование кабеля должно ослаблять уровни внешнего поля таким образом, чтобы шум, создаваемый в цепях, был ниже порога восприимчивости схемы.

Установление порога восприимчивости схемы 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 радиационный 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 являются дорогостоящими.

Требования к невосприимчивости к низким частотам обычно указываются в качестве испытаний на подачу большого тока, к высоким частотам – в качестве испытаний на воздействие электромагнитного поля. Оба метода индуцируют ток и напряжение на проводниках кабеля.

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

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

Например, при частоте 50 МГц кабелю требуется 20 * log (1,3 вольта/10 мВ) = эффективность экранирования 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 этой серии мы рассмотрим, почему эффективность экранирования не является неотъемлемым свойством экрана кабеля, 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

Вы должны войти в систему, чтобы оставить комментарий.