关于多芯电缆中导线之间的干扰,我应该知道什么?

电器工程 力量 数据 电缆 干涉
2022-01-12 10:25:20

我想为几个不同的电路使用多芯电缆。关于多芯电缆内电路之间的干扰,我需要了解哪些信息?

一些电线将承载步进电机线圈的供应和返回。我怀疑这会由于大的、快速变化的电流而发出大量的 EMF,并且可能应该被屏蔽。

其他电线将承载光开关电源、返回和输出。该电路可能对噪声具有耐受性,并且也不太重视。

其他电线可以传输高速数字数据。这些电路可能容易受到噪音的影响,也可能会产生一些噪音。

我可以在同一根电缆上运行这些吗?我还需要考虑什么?

编辑:假设我正在谈论使用在所有电线周围都有一个屏蔽层的电缆,而不是单独屏蔽的几根电线束。

1个回答

电缆导体之间的串扰有两个问题:电容耦合和电感耦合。

发生感应耦合是因为流过电线的电流会在该电线周围产生一个圆形磁场。这也适用于相反的情况。如果一根导线受到其周围不断变化的圆形磁场的影响,就会感应出电压。因此,如果一根导线承载变化的电流,而另一根导线足够接近,以至于产生的部分圆形磁场也围绕着第二根导线,则在第二根导线中感应出电压。

解决这个问题的最有效方法是确保流过相等且相反的返回电流,以使来自两个电流的磁场相互抵消。确保这一点的最佳方法是同轴电缆。在电缆外部,两个相等且相反的电流相互抵消,没有净磁场。

在您描述的多线电缆中,这通常是用双绞线完成的。在任何一点,这两个导体彼此相邻。两个电流在足够远的地方抵消,但靠近它们不会。另一根线靠近一对线的另一根线将优先接收来自该线的信号。这就是电线被绞在一起的原因。双绞线旁边的直线将交替地靠近一个导体,然后是另一个双绞线。由于双绞线的两根导线中的电流方向相反,因此每个都感应出相反的电压。然而,在任何整数次的曲折中,这些平均为零。在足够长的电缆中,它们通常平均得足够好。

但是双绞线还有另一个问题。假设您在同一根电缆中有多个双绞线,您描述的电缆可能就是这种情况。如果一对的绞合与另一对的绞合同步,那么从长远来看,感应电压不再抵消。这就是为什么具有多对双绞线的电缆通常对每对具有不同的绞距。假设一对有 11 次/英尺和另外 13 次/英尺。在任何一只脚上,感应耦合电压再次抵消。查看 CAT5 电缆规格,您会看到四对中的每一对的不同绞距都经过仔细指定。

电容耦合是因为宇宙中每两个导体之间都有一些有限的电容。对于相距甚远的事物,通常可以忽略这一点。然而,多芯电缆中的不同导体相互接触的距离很长,因此电容耦合不容忽视。防止电容耦合的最佳方法是屏蔽,但这些很昂贵,而且您说您的电缆没有任何内部屏蔽。双绞线在这里再次有帮助。线对之间仍然会存在电容耦合,但采用上述正确的绞合策略,对线对中的一个导体不会有太多优先耦合。换句话说,扭曲将导致所有耦合成为共模,而差模大部分被抵消。

因此,要最终得到某种答案,请确保每个信号由单独的双绞线承载,该信号的正向和返回电流都由该双绞线承载。然后将任何信号视为差分信号。意识到每对都会添加共模噪声并相应地处理它。外部世界也会有噪声,由于扭曲,这种噪声会在每对上显示为共模。例如,10 base-T 和更高版本的以太网在每一端都是变压器耦合的,部分原因是为了避免接地回路。

综上所述,我认为通过与信号相同的电缆运行步进电机线圈电流简直是疯了。这会带来麻烦。我会认真考虑为步进器发送控制信号和电源,但将步进驱动器放在步进电机附近。这也允许本地电力储存器帽在长电缆运行后再次使电源低阻抗。在步进驱动器和步进电机之间存在电缆的电阻和电感会带来更多麻烦。