Ograniczenie EMI w kablach zewnętrznych

Systemz kablem symetrycznym składa się z dwóch przewodów, jednego z sygnałemdodatnim i drugiego z ujemnym względem trzeciego (lub ziemi). Widealnym przypadku przez oba te przewody przepływają wszystkie prądysygnału. Ponieważ jednak sterowniki linii symetrycznych nie są idealne,mogą do nich przenikać sygnały niepożądane, wspólne dla obu linii, jakzakłócenia, tętnienia zasilania i napięcia termiczne. Zdolnośćsymetrycznego odbiornikasygnału do tłumienia sygnałów wspólnych jest wyrażana współczynnikiemjakości, zwanym współczynnikiem tłumienia wspólnego (CMRR).Współczynnik ten jest stosunkiem wzmocnienia różnicowego do wzmocnieniawspólnego, wyrażanym zwykle w decybelach.

Innymczynnikiem wpływającym na jakość systemów symetrycznych jestprzesunięcie czasowe pomiędzy dwoma równoległymi sygnałami, spowodowaneniejednakową długością przewodów. Ich różnica może wywoływać drobnewyskoki napięcia w uziemieniu. System niesymetryczny można symetryzowaćprzez zastosowanie transformatora (rys. 2). Transformator symetryzującynależy umieścić w pobliżu wyjścia systemu. Oprócz symetryzacji zapewniaon izolację napięć stałych, co jest korzystne w przypadku różnych potencjałów odbiornika i nadajnika.

Takjak i wzmacniacze, transformatory też nie są idealne. Umożliwiająpojawienie się w symetrycznym uzwojeniu wtórnym drobnego ułamka prądupierwotnego. Ten efekt konwersji trybu wspólnego na różnicowy ujawniasię zwykle przy najwyższych częstotliwościach. Innym ważnym parametremtransformatora jest pojemność międzyuzwojeniowa. Zwiększa onasprzężenie w trybie wspólnym, a przez to niepożądane promieniowanie,które rośnie z częstotliwością.

Małepaciorki lub toroidy ferrytowe, nawleczone na przewody różnicowe,zmniejszają prądy wspólne, działając jako transformatory wzdłużne.Paciorki ferrytowe są użyteczne do tłumienia składowychwysokoczęstotliwościowych przebiegów przełączania i innych sygnałóww.cz. Stosuje się je często w zasilaczach i na kablach monitorów wideow celu tłumienia zaburzeń.

Paciorki ferrytowe najlepiej działają w obwodach o niskiej impedancji, w których te ferryty mogą osiągnąć impedancję do 500Wprzy 50MHz. Nie należy dopuszczać do obniżenia ich skuteczności przeznasycenie. Jednakże użycie ich na kablach wieloparowych możedoprowadzić do zwiększenia przesłuchów pomiędzy parami. Na rys. 3pokazano tłumienność wtrąceniową wspólnego paciorka przy różnychimpedancjach i różnych liczbach zwojów.

Skręcanieprzewodów pary znacznie zmniejsza emisje zaburzeń w trybie różnicowym(o 20 do 30dB), niemal nie zmieniając promieniowania w trybie wspólnym.Każdy skręt jednego przewodu pary redukuje pole magnetyczne wzbudzaneprzez skręt drugiego przewodu. W wyniku tego pole wzbudzane przez jednąskrętkę w drugiej jest bliskie zeru, pod warunkiem że są skręcone wjednym kierunku.

Wwiększości przypadków kabli wieloparowych poszczególne skrętki różniąsię nieco między sobą stopniem skręcenia. Takie zróżnicowanie redukujesprzężenia wywołane niewielkimi asymetriami skręcenia. Przykładem mogąbyć kable o różnym stopniu skręcenia w typowych kablach kategorii 5,używanych w większości sieci Ethernet.

Ekranowaniekabla jest podstawowym środkiem redukcji niepożądanego promieniowania,a jego skuteczność wyraża się impedancją przejściową. Impedancja tawynika ze stosunku napięcia powstającego z drugiej strony powierzchniekranującej pod wpływem prądu w niej płynącego. Napięcie to jestskutkiem dyfuzji prądu w grubości ekranu (rys. 4). Skuteczność ekranuplecionego zależy także od indukcyjności upływu. Najlepszym ekranemjest grubościenna rura, tworząca sztywny przewód współosiowy.Impedancja przejściowa dla kilku rodzajów przewodów współosiowych jestprzedstawiona na rys. 5. 

Ekranowanielinii symetrycznej, jak w ekranowanej skrętce, zapewnia dodatkowąredukcję promieniowania, ponieważ ekran nie pełni w niej roli przewodupowrotnego. Prąd płynący przez ekran jest jedynie skutkiem asymetriilinii dwuprzewodowej. Promieniowanie jest zatem zredukowane w stopniurównym stosunkowi natężeń prądu w ekranie do prądu w przewodach linii.

Wpołączeniach kablowych zakończenia dopasowujące zarówno z obciążeniem,jak i ze źródłem są równie ważne dla ich jakości. Złącze wysokiejjakości, zapewniające dobre ekranowanie i niską rezystancję stykówprzewodów i uziemienia, jest bardzo ważnym, bo szeregowym, składnikiempołączenia. Wielostykowe szybkie złącza płytek montażowych, oferowaneprzez licznych producentów, mogą służyć do transmisji sygnałów zszybkością do 12Gb/s. Tworzą ekranowane połączenia par przewodów iuziemienia przy małej rezystancji styków. Różne rodzaje złącz zobudowami zintegrowanymi z płytką montażową zapewniają kontrolęimpedancji i wysoką jakość ekranowania. (KKP)