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EMC設(shè)計(jì)中的“豬尾巴效應(yīng)”

CHANBAEK ? 來(lái)源:EMC密碼 ? 作者:Norman ? 2023-05-31 18:22 ? 次閱讀

電纜屏蔽層與設(shè)備金屬外殼等接地點(diǎn)之間連接時(shí),將屏蔽層與被屏蔽的中心導(dǎo)體分開(kāi),使得中心導(dǎo)體有一段露出屏蔽層,并且屏蔽層被扭絞成一個(gè)辮子形狀的粗導(dǎo)線后再進(jìn)行連接,形成豬尾巴狀的粗導(dǎo)線,這種連接方法會(huì)降低屏蔽電纜的屏蔽效能,這個(gè)影響就叫豬尾巴 (pigtail)效應(yīng)。

wKgaomR3FjiANe1wAADpI-ZPMME433.jpg

圖1

原理解讀

當(dāng)電纜不存在屏蔽層時(shí),若電纜上流過(guò)共模電流,電流的周邊產(chǎn)生磁場(chǎng),共模電流(圖2中Icm )通過(guò)寄生電容到達(dá)參考地,寄生電容中流過(guò)電流的前提是兩端有可變電壓。在這個(gè)可變電壓的驅(qū)使下,電纜與參考接地板之間引起了可變的電場(chǎng),于是就產(chǎn)生了EMI輻射。

wKgZomR3FjiAOhU_AADFsbcLbCQ197.jpg

圖2

當(dāng)電纜出現(xiàn)屏蔽時(shí)(如下圖3所示),屏蔽層給原電纜中心導(dǎo)體上流過(guò)的共模電流提供了一條回流路徑,此時(shí),Icm減小或消失。屏蔽層中的回流方向與屏蔽層內(nèi)中心導(dǎo)體電纜中的共模電流方向相反,兩者產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向也相反。由于屏蔽層將中心導(dǎo)體緊裹的效應(yīng),導(dǎo)致電纜中心導(dǎo)體與屏蔽層之間存在等效重合的效應(yīng),這就使屏蔽層內(nèi)中心導(dǎo)體中共模電流產(chǎn)生的磁通與屏蔽層中的回流產(chǎn)生的磁通有抵消的效應(yīng),這種抵消的效應(yīng)就是屏蔽效果。于是EMI輻射降低。

wKgZomR3FjiAIQhCAACmOrwCAbk649.jpg

圖3

可見(jiàn),為了讓屏蔽層發(fā)揮出屏蔽效果,屏蔽層是一定要與產(chǎn)品殼體互連的。如果電纜屏蔽層不做任何連接,那么就意味著EMI共模電流的回流路徑不通。若屏蔽層無(wú)法提供中心導(dǎo)體電纜共模電流的回流,電纜輻射就無(wú)法降低。

為了更大程度的發(fā)揮屏蔽電纜的屏蔽效果,就要使屏蔽層與中心導(dǎo)體電纜形成最大程度的“對(duì)稱(chēng)效應(yīng)”,即中心導(dǎo)體電流產(chǎn)生的磁通與屏蔽層上回流產(chǎn)生的磁通相互抵消。這種對(duì)稱(chēng)效應(yīng)主要靠電纜的物理結(jié)構(gòu)來(lái)保證的,當(dāng)屏蔽層出現(xiàn)“豬尾巴”時(shí),這種對(duì)稱(chēng)被破壞,于是,屏蔽層上回流產(chǎn)生的磁通與中心導(dǎo)體電流產(chǎn)生磁通無(wú)法抵消的部分會(huì)越來(lái)越多,無(wú)法抵消的磁通,就是屏蔽效能的降低。

在等效原理圖上表現(xiàn)為差模漏感值的增加。差模電感值的增加會(huì)使回流經(jīng)過(guò)時(shí)產(chǎn)生額外的壓降(圖4中的Vpigtail ),這個(gè)壓降又會(huì)產(chǎn)生額外的共模電流(圖4中的Icm)引起EMI輻射。

wKgaomR3FjiAZgC8AAD1Iec_O7s456.jpg

圖4

一根具有完美屏蔽效果的屏蔽電纜,其中心導(dǎo)體與屏蔽層的關(guān)系可以等效為一個(gè)共模電感,屏蔽電纜的屏蔽層和屏蔽層內(nèi)的導(dǎo)體猶如共模電感的兩路,當(dāng)存在相反方向的電流時(shí),磁通相互抵消,電感量等于零,如圖5所示。 屏蔽電纜屏蔽效能的失效是因?yàn)榈刃щ娐分新└械脑龃?,共模電感的兩路在相反方向的電流通過(guò)時(shí),磁通無(wú)法全部抵消。

wKgZomR3FjiAZgLoAABdyxSBw68348.jpg

圖5

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