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背景
1.1 為什么我們需要討論電纜屏蔽？?
傳統(tǒng)總線系統(tǒng) LIN、CAN、CAN-FD 和 FlexRay 使用非屏蔽電纜運(yùn)行；
速度等級(jí)越高，電壓幅值越小，
- 對(duì)噪音更敏感，
- 更多串?dāng)_和噪聲耦合效應(yīng)；
以太網(wǎng)和高速 SerDes 通信具有高達(dá) GHz 的功率譜覆蓋范圍，這對(duì)車載無(wú)線電系統(tǒng)有潛在影響。
1.2 使用屏蔽電纜被視為一種解決方案
如今，屏蔽電纜已經(jīng)在汽車中用于特定應(yīng)用：例如，側(cè)重于模擬數(shù)據(jù)應(yīng)用的無(wú)線電天線；
如今，屏蔽電纜也用于無(wú)線電天線附近的數(shù)據(jù)通信。A/FM：振幅/頻率調(diào)制
DAB：數(shù)字模擬廣播?
DVB：數(shù)字視頻廣播
PSD：功率譜
LIN：本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)
CAN：控制器局域網(wǎng)
CAN-FD：靈活的數(shù)據(jù)速率 CAN
1.3 我們打算通過(guò)使用屏蔽電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)什么？
通過(guò)使用屏蔽電纜，目的是通過(guò)以下目標(biāo)防止現(xiàn)有噪聲源進(jìn)入敏感子系統(tǒng)：
1. 減少電場(chǎng)引起的電容耦合干擾;?
2. 通過(guò)低阻抗路徑消除共模干擾;
3. 用屏蔽消除感應(yīng)耦合磁場(chǎng)輻射,
- 對(duì)于 STP 電纜，這是通過(guò)絞合信號(hào)導(dǎo)體對(duì)實(shí)現(xiàn)的,??
- 然而，對(duì)于單芯電纜，如果屏蔽層上的電流與信號(hào)導(dǎo)體上的電流相等且相反，則可以消除這些輻射
4. 獲得額外的 EMC 裕度è適當(dāng)?shù)幕芈访娣e減少和適當(dāng)?shù)钠帘谓K端耦合衰減（不平衡和屏蔽衰減）
未直接連接使用屏蔽電纜的期望是：?
- 防止和消除耦合磁場(chǎng)噪聲源。這與屏蔽接地回路面積以及如何實(shí)現(xiàn)屏蔽接地端接密切相關(guān)。因此，通過(guò)減少回路面積和適當(dāng)?shù)钠帘味私?，可以?shí)現(xiàn)電纜屏蔽對(duì)磁場(chǎng)噪聲源的有效性。
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?新舊系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
2.1 過(guò)去的數(shù)字音頻廣播（DAB）頻率
傳統(tǒng)總線系統(tǒng)（如 LIN、CAN、CAN-FD、FlexRay）僅使用低于臨界頻率的頻率，如調(diào)頻（FM）或 DAB 頻段?
? 在過(guò)去，振幅調(diào)制（AM）頻帶對(duì)于 EMC 挑戰(zhàn)更為關(guān)鍵
現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)伴隨著新的挑戰(zhàn):?
- 例如 DAB，它需要高質(zhì)量的無(wú)線電接收;?
- 為了有效地使用 DAB，無(wú)線電天線設(shè)計(jì)師提高了相應(yīng)天線的靈敏度；
巴伐利亞州農(nóng)村地區(qū)的功率譜，DAB 比 FM 電臺(tái)低 15dB
2.2 過(guò)去，DAB 頻率不受影響?
下圖顯示了近距離操作 DAB 測(cè)試接收器對(duì) 1000BASE-T1UTP 數(shù)據(jù)鏈路的影響：
DAB 容易受到 1000BASE-T1 數(shù)據(jù)流量的干擾
寶馬改變了 1000BASE-T1 場(chǎng)景從 UTP 到 STP
過(guò)去一代多端口連接器
現(xiàn)在一代多端口連接器
10MHz 以下幾乎沒(méi)有串?dāng)_效應(yīng)；
經(jīng)典總線系統(tǒng)從 10 到 100MHz 每十倍增加 10dB 沒(méi)有問(wèn)題；
對(duì) 100BASE-T1 的影響很小，100MHz 以上每十倍增加 15dB；
1000BASE-T1 和串行解串影響。
?2.4 之前：線對(duì)對(duì)稱性用于 EMI 預(yù)防?
大多數(shù) EMC 問(wèn)題都是通過(guò)使用雙絞線和差分對(duì)電纜來(lái)解決的，
- 為了部分滿足高速信號(hào)傳輸要求，需要定義電纜拓?fù)洹?
2.4.1 100BASE-T1：
由于功率譜密度（PSD）高于 AM 波段，低于 FM 波段，因此這種方法效果良好。
它還將線對(duì)對(duì)稱性的影響作為 EMI 預(yù)防的主要方法
2.4.2 1000BASE-T1：
對(duì)電纜、連接器和共模扼流圈的對(duì)稱方法進(jìn)行了約束：串?dāng)_得到了一個(gè)新的主要限制參數(shù)。?
Nyquist 頻率為 375MHz?
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?電纜屏蔽的挑戰(zhàn)?
3.1 預(yù)計(jì)將采用哪些電纜屏蔽-接地噪聲耦合機(jī)制？
ECU 內(nèi)部產(chǎn)生的噪音?
直接噪聲源對(duì)地耦合
?
通過(guò)接地分布的噪聲耦合
3.2 電纜屏蔽層上的感應(yīng)噪聲耦合示例
3.2.1 沿信道噪聲從源耦合到屏蔽
3.2.2 測(cè)試設(shè)置
噪聲耦合插入損耗
至~25MHz 的范圍噪聲耦合增加；
然后它會(huì)保持在一定的基準(zhǔn)水平，但會(huì)產(chǎn)生共振
共振隨電纜長(zhǎng)度及其接地線連接長(zhǎng)度而變化；作為噪聲源的二階?
附加的接地端子會(huì)改變共振?
3.3 屏蔽電纜是否能防止接地諧振？
3.3.1 ?EMC 測(cè)試設(shè)置
測(cè)試結(jié)果的初步評(píng)估——未觀察到任何異常
然后，觀察到光學(xué)接口 EMI 噪聲高于 kHz 范圍內(nèi)的限值?
ECU 內(nèi)的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器通過(guò)添加沿光學(xué)接口接地線的電阻器內(nèi)部 ECU 噪聲應(yīng)保持較低
預(yù)先檢查接地系統(tǒng)的諧振/阻抗行為?
電纜屏蔽既不能防止也不能消除接地諧振
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?防止屏蔽干擾的方法?
4.1 確定系統(tǒng)地面概念定義的優(yōu)先級(jí)?
為了及早防止電纜屏蔽干擾，必須在初始系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段定義特定的系統(tǒng)接地配置
4.1.1 通用完整系統(tǒng)地面方案?
? ?根據(jù)信號(hào)類型、頻率和電壓水平定義接地。
4.1.2 在子系統(tǒng)內(nèi)定義接地方案
4.1.3 系統(tǒng)與子系統(tǒng)地面實(shí)施之間必須存在相關(guān)性?
4.2 電纜屏蔽終端和接地回路的關(guān)鍵注意事項(xiàng)?
交流耦合電容器應(yīng)該用在屏蔽的第二端?
- 這有助于在高頻時(shí)保持屏蔽連接，并減少屏蔽接地回路面積，以達(dá)到在低頻時(shí)所需的斷開(kāi)接地回路“傳輸回路”范圍有助于最小化磁場(chǎng)?
- ECU-ECU 和回路內(nèi)的顯示強(qiáng)度以及感應(yīng)噪聲電流連接需要進(jìn)行自適應(yīng)
屏蔽接地低阻抗路徑這對(duì)最大限度地提高效率至關(guān)重要
單端口連接器端接（例如在串行器處） 多端口連接器終端（例如反序列化器）
現(xiàn)場(chǎng)接地環(huán)路動(dòng)作接收或傳輸單極天線——傳導(dǎo)和輻射微耦合?
將屏蔽接地回路面積減少到設(shè)計(jì)的“傳輸回路”范圍內(nèi)，有助于最大限度地降低電磁感應(yīng)強(qiáng)度，從而減少產(chǎn)生的噪聲
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?結(jié)論?
能夠使用屏蔽電纜對(duì)于當(dāng)前和未來(lái)的高數(shù)據(jù)速率通信系統(tǒng)至關(guān)重要。
然而，至關(guān)重要的是，必須采用正確且計(jì)劃周密的系統(tǒng)實(shí)施方法。首先，預(yù)先定義整個(gè)系統(tǒng)接地配置，并在此基礎(chǔ)上定義相應(yīng)的一般屏蔽接地方法。
途徑：
通常，接地層并不理想，因此會(huì)導(dǎo)致阻抗變化；
電纜屏蔽對(duì)感應(yīng)耦合噪聲的影響最小，但能有效地消除電場(chǎng)噪聲源；
在初始系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段定義系統(tǒng)接地配置至關(guān)重要；
? 子系統(tǒng)內(nèi)的單點(diǎn)屏蔽接地也有利于消除公共接地阻抗，
? 多點(diǎn)系統(tǒng)接地方案往往在高頻下運(yùn)行得更好；
電纜屏蔽效能受其端接方式的影響，
? 低阻抗屏蔽接地路徑對(duì)于實(shí)現(xiàn)最大屏蔽效益至關(guān)重要；
電纜屏蔽實(shí)施還應(yīng)針對(duì)根本噪聲源。
編輯：黃飛
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工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論