VẤN ĐỀ GIAO THOA ĐIỆN TỪ TRONG CABLES VÀ CONNECTOR

ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN “VẤN ĐỀ GIAO THOA ĐIỆN TỪ TRONG CABLES VÀ CONNECTOR” GVHD : PGS.TS Tăng Tấn Chiến Học viên : Phạm Hữu Phương Lớp : K25 KĐT.ĐN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ 3 LỜI MỞ ĐẦU 4 CHƯƠNG I EMC TRONG CÁP 5 1.1 Giới thiệu 5 1.2 Ghép điện dung 6 1.3 Ghép điện cảm 7 1.4 Cáp hấp thụ 8 1.5 Cáp Ribbon 12 CHƯƠNG II EMC TRONG CONNECTOR 13 2.1 Hiệu ứng dây nối 13 2.2 Che chắn bộ nối 14 2.3 Kiểm tra bộ nối 15 2.4 Nhiễu biến điệu tương hỗ 18 CHƯƠNG III EMC TRONG DÂY ĐỆM 19 3.1 Knitted wire-mesh Gaskets 19 3.2 Wire- screen Gaskets 20 3.3 Oriented wire mesh 21 3.4 Dẫn đàn hồi 22 3.5 Transparent conductive windows 22 3.6 Conductive adhesive 23 KẾT LUẬN CHUNG 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO 26 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 : Capacitive coupling between two conductor Hình 1.2 : Magnetic coupling between circuits Hình 1.3 : RF absorptive cables Hình 1.4 : RF absorptive cables coaxial cable Hình 1.5 : Cross-section of a ribbon cable Hình 2.1 : Pigtail connection from coaxial line Hình 2.2 : D-subminiature connector Hình 2.3 : Evaluation of connector shield Hình 2.4 : Transfer impedance of coaxial connectors Hình 2.5 : Transfer impedance for conector shielding grades Hình 3.1 : Mesh wire of a double-layered strip of knitted wire-mesh Hình 3.2 : Wire- screen gaskets Hình 3.3 : Oriented wire-mesh gasket Hình 3.4 : Transparent conductive windowns LỜI MỞ ĐẦU Trong thực tế,ngoài việc sử dụng nối đất đúng, bọc chắn,mối nối liên kết, và lọc ,tương thích điện từ trong hệ thống điện và mạch điện tử đạt được bằng việc sử dụng một vài thiết bị khử thành phần giao thoa điện từ Để đạt được tương thích điện từ trong các mạch và các thiết bị cần lựa chọn các phương pháp được kết nối cáp, cáp tín hiệu và cáp điều khiển định tuyến với sự mất mát tín hiệu nhỏ nhất, giảm giao thoa điện từ Trong tự nhiên dạng sóng tín hiệu giao thoa không tuần hoàn hoặc nhất thời, bao gồm thời gian lên nhanh, thành phần tần số cao của tín hiệu giao thoa khó để giảm bằng việc sử dụng những bộ lọc phần tử thụ động riêng bởi vì hiệu ứng ký sinh.Trong điều kiện này, thiết bị hoạt động hoặc các thành phần ghép lai đáp ứng với tốc độ của tín hiệu tương thích điện từ tức thời(EMI) là cần thiết Trong phần này ta sẽ cung cấp một phép tính xét đến mối quan hệ lựa chọn và sử dụng các loại cáp, các mối nối, đệm lót, bộ triệt tăng vọt điện, thiết bị cách ly cho việc đạt được tương thích điện từ CHƯƠNG I EMC TRONG CÁP 1.1 Giới thiệu Việc chọn lựa cáp phụ thuộc vào các thông số khác nhau bao gồm chiều dài của cáp, tổn thất chấp nhận được, tần số và công suất, trường nhiễu và tần số của chúng trong môi trường cáp sẽ được đặt, và khoảng nhiệt độ có thể tiếp xúc với cáp. Trong mạch số, sườn trước của xung lên bị làm méo bởi điện trở cao gây ra bởi hiệu ứng bề mặt ngay cả khi chiều dài của cáp đồng trục nhỏ. Một dây cáp dài, tổn thất do suy hao chèn có thể dẫn đến mất mát tín hiệu. Do sự nhạy cảm của dây nối và cáp dẫn đến tiếp nhận tán xạ, tất cả các dây nối, đặc biệt là những tín hiệu mang mức điện áp thấp và những tín hiệu nhạy cần được che chắn cho toàn bộ băng tần hoạt động. Triệt giao thoa điện từ trong cáp thường được thực hiện bằng cách che chắn và hấp thụ điện áp nhiễu tần số cao (RF) trong chiều dài cáp. Vỏ chắn bện (For braided shields), trở kháng truyền tỉ lệ nghịch với số lượng (một lần, hai lần hoặc ba lần) ở tần số thấp. Tại tần số trên 500kHz, trở kháng truyền sẽ giảm về độ lớn (20db) với sự tăng của số lá chắn bảo vệ. Trở kháng truyền của một cáp bọc xoắn đơn không thay đổi trên các dải tần từ 1kHz đến 100kHz và tăng với tốc độ khoảng 10dB mỗi thấp kỷ trong dải tần số từ 500kHz đến 5MHz. Uỷ ban kỹ thuật điên quốc tế (IEC) khuyến nghị giới hạn trở kháng truyền tối đa tại 30MHz và tại 3GHz và hiệu quả tối thiểu cho cáp đồng trục xoắn thể hiện trong bảng :

GVHD: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN “VẤN ĐỀ GIAO THOA ĐIỆN TỪ TRONG CABLES VÀ CONNECTOR” GVHD : PGS.TS Tăng Tấn Chiến Học viên : Phạm Hữu Phương Lớp : K25 KĐT.ĐN HVTH: Phạm Hữu Phương 1 GVHD: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 : Capacitive coupling between two conductor Hình 1.2 : Magnetic coupling between circuits Hình 1.3 : RF absorptive cables Hình 1.4 : RF absorptive cables coaxial cable Hình 1.5 : Cross-section of a ribbon cable Hình 2.1 : Pigtail connection from coaxial line Hình 2.2 : D-subminiature connector Hình 2.3 : Evaluation of connector shield Hình 2.4 : Transfer impedance of coaxial connectors Hình 2.5 : Transfer impedance for conector shielding grades Hình 3.1 : Mesh wire of a double-layered strip of knitted wire-mesh Hình 3.2 : Wire- screen gaskets Hình 3.3 : Oriented wire-mesh gasket Hình 3.4 : Transparent conductive windowns HVTH: Phạm Hữu Phương 2 GVHD: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN LỜI MỞ ĐẦU Trong thực tế,ngoài việc sử dụng nối đất đúng, bọc chắn,mối nối liên kết, và lọc ,tương thích điện từ trong hệ thống điện và mạch điện tử đạt được bằng việc sử dụng một vài thiết bị khử thành phần giao thoa điện từ Để đạt được tương thích điện từ trong các mạch và các thiết bị cần lựa chọn các phương pháp được kết nối cáp, cáp tín hiệu và cáp điều khiển định tuyến với sự mất mát tín hiệu nhỏ nhất, giảm giao thoa điện từ Trong tự nhiên dạng sóng tín hiệu giao thoa không tuần hoàn hoặc nhất thời, bao gồm thời gian lên nhanh, thành phần tần số cao của tín hiệu giao thoa khó để giảm bằng việc sử dụng những bộ lọc phần tử thụ động riêng bởi vì hiệu ứng ký sinh.Trong điều kiện này, thiết bị hoạt động hoặc các thành phần ghép lai đáp ứng với tốc độ của tín hiệu tương thích điện từ tức thời(EMI) là cần thiết Trong phần này ta sẽ cung cấp một phép tính xét đến mối quan hệ lựa chọn và sử dụng các loại cáp, các mối nối, đệm lót, bộ triệt tăng vọt điện, thiết bị cách ly cho việc đạt được tương thích điện từ HVTH: Phạm Hữu Phương 3 GVHD: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN CHƯƠNG I EMC TRONG CÁP 1.1 Giới thiệu Việc chọn lựa cáp phụ thuộc vào các thông số khác nhau bao gồm chiều dài của cáp, tổn thất chấp nhận được, tần số và công suất, trường nhiễu và tần số của chúng trong môi trường cáp sẽ được đặt, và khoảng nhiệt độ có thể tiếp xúc với cáp. Trong mạch số, sườn trước của xung lên bị làm méo bởi điện trở cao gây ra bởi hiệu ứng bề mặt ngay cả khi chiều dài của cáp đồng trục nhỏ. Một dây cáp dài, tổn thất do suy hao chèn có thể dẫn đến mất mát tín hiệu. Do sự nhạy cảm của dây nối và cáp dẫn đến tiếp nhận tán xạ, tất cả các dây nối, đặc biệt là những tín hiệu mang mức điện áp thấp và những tín hiệu nhạy cần được che chắn cho toàn bộ băng tần hoạt động. Triệt giao thoa điện từ trong cáp thường được thực hiện bằng cách che chắn và hấp thụ điện áp nhiễu tần số cao (RF) trong chiều dài cáp. Vỏ chắn bện (For braided shields), trở kháng truyền tỉ lệ nghịch với số lượng (một lần, hai lần hoặc ba lần) ở tần số thấp. Tại tần số trên 500kHz, trở kháng truyền sẽ giảm về độ lớn (20db) với sự tăng của số lá chắn bảo vệ. Trở kháng truyền của một cáp bọc xoắn đơn không thay đổi trên các dải tần từ 1kHz đến 100kHz và tăng với tốc độ khoảng 10dB mỗi thấp kỷ trong dải tần số từ 500kHz đến 5MHz. HVTH: Phạm Hữu Phương 4 GVHD: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN Uỷ ban kỹ thuật điên quốc tế (IEC) khuyến nghị giới hạn trở kháng truyền tối đa tại 30MHz và tại 3GHz và hiệu quả tối thiểu cho cáp đồng trục xoắn thể hiện trong bảng : 1.2 Ghép điện dung Một trường hợp đơn giãn của việc ghép điện dung giữa hai sợi cáp như hình 1.1. Điện dung C 12 là điện dung giữa sợi cáp 1 và 2. Điện dung C G1 là điện dung giữa sợi cáp 1 và đất. Điện dung C G2 là điện dung giữa sợi cáp 2 và đất, và R là điện trở của mạch 2 đến đất. Điện dung C G2 bao gồm điện dung giữa sợi cáp 2 đến đất và ảnh hưởng của các mạch kết nối đến sợi cáp 2. Mạch tương đương của việc ghép được thể hiện ở hình 1.1. Xem điện áp V 1 trên sợi cáp 1 là nguồn gây nhiễu và sợi cáp 2 là mạch bị nhiễu. Bất cứ điện dung kết nối trực tiếp đến nguồn, như C G1 trong hình 1.1 có thể bỏ qua vì nó không ảnh hưởng đến nhiễu ghép. Điện áp nhiễu V N được tạo ra giữa sợi cáp 2 và đất có thể được thể hiện như sau : HVTH: Phạm Hữu Phương 5 Bảng 1.1 GVHD: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN 1.3 Ghép điện cảm Khi dòng điện I chạy trong sợi cáp, nó sinh ra từ thông Φ , tỷ lệ thuận với dòng điện. Hằng số tỷ lệ là điện cảm L; vì thế, chúng ta có thể viết HVTH: Phạm Hữu Phương 6 Hình 1.1 GVHD: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN LI T =Φ Với T Φ là từ thông tổng và I là dòng điện tạo ra dòng cảm ứng. Viết lại công thức trên, chúng ta có độ tự cảm của một sợi cáp I L T Φ = Điện cảm phụ thuộc vào sơ đồ mạch và đặc tính từ của môi trường. Khi dòng điện chạy trong một mạch sinh ra một dòng cảm ứng trong mạch 2, tồn tại một hỗ cảm M 12 giữa mạch 1 và 2 được tính như sau : 1 12 12 I M Φ = HVTH: Phạm Hữu Phương 7 Hình 1.2 GVHD: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN 1.4 Cáp hấp thụ (absorptive cable) Ứng dụng trong các nhà máy tự động và vi tính hóa văn phòng, các loại cáp lọc thông thấp triệt giao thoa điện từ có thể được thiết kế trong đó các tín hiệu nhiễu bị suy giảm, tán xạ và ghép ký sinh giữa các đường cũng nhỏ nhất. Ngoài việc che chắn cáp dẫn để bảo vệ chống bức xạ ghép nối, một bộ lọc và giảm nhiễu có thể được trải dài trên toàn bộ chiều dài dây dẫn kết nối bằng cách phủ dây dẫn cáp bằng hợp chất hấp thụ tần số cao như vật liệu đàn hồi trộn với bột lossy ferit để triệt nhiễu truyền tải điện, kết quả này dẫn đến hấp thụ năng lương nhiễu tần số cao rò rỉ khắp chiều dài cáp và dẫn đến cải thiện hiệu suất tương thích điện từ khi so sánh với cáp cấu trúc chuẩn. Hình 1.3 biểu diễn một số dạng của cáp triệt EMI HVTH: Phạm Hữu Phương 8 GVHD: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN Hấp thụ năng lượng rò rỉ của RF trong cáp khử EMI là kết quả chính của mất mát từ trong bột ferit, sự suy giảm tăng đều đặn theo tần số và tỉ lệ với chiều dài cáp. Lợi thế chính của cáp hấp thụ RF là năng lượng RF rò rỉ tiêu tan bằng cách chuyển đổi thành nhiệt. Vì vậy dòng rò cao tần không chuyển hướng đến mạch nối đất nơi mà chúng có khả năng tạo ra vòng tiếp đất vì chung trở HVTH: Phạm Hữu Phương 9 Hình 1.3 GVHD: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN kháng đất. Những cáp này do đó được bảo vệ từ cả nhiễu chế độ chung và chế độ vi sai. Hình 1.4 biểu diễn kiểu cáp đồng trục lọc thông thấp hấp thụ tần số cao (RF) và mạch tương đương của nó. Trong đó R là điện trở phân bố không đổi của lớp bọc điện trở, L và C là cuộn cảm phân bố và tụ điện phân bố tương ứng. Độ suy giảm α của năng lượng nhiễu cao tần trên cáp được xác định bởi: mdB R L R L LC         +         = 2 22 2 1 2 22 12 686.8 ω ω α HVTH: Phạm Hữu Phương 10 Hình 1.2 Hình 1.4 [...]... tích cực và thụ động được sử dụng để giảm thiểu giao thoa điện từ Cáp và bộ nối và những nguồn nhiễu giao thoa điện từ lớn trong tất cả hệ thống điện tử Chúng hoạt động như những anten bức xạ năng lượng Chúng không chỉ bức xạ năng lượng có định hướng mà còn bức xạ rất nhiều năng lượng không định hướng Vì vậy để giãm nhiễu giao thoa điện từ trong cáp người ta thường dùng các biện pháp che chắn và hấp... gương và giải phim polyester, cung cấp hiệu quả che chắn giao thoa điện từ cao với đặc tính truyền sáng tốt Miếng đệm được đặt trong các thiết bị như bộ hiển thị nơi mà các bức xạ nhiễu điện từ vào ra các thiết bị phải đươc giảm thiểu Lớp phủ trong suốt dẫn điện có điện trở suất bề mặt 14 Ω in 2 và truyền ánh sáng khoảng 70% trong quang phổ nhìn thấy được Hiệu quả bọc chắn của cửa sổ là 20-30dB cho từ. .. khắc phục giao thoa điện từ Thay vào đó nối đất, bọc chắn, kết nối, lọc cáp và kết nối và một loạt các thành phần khử EMI tất cả đều cần thiết cho việc tìm kiếm giải pháp thỏa đáng cho những vấn đề về giao thoa điện từ HVTH: Phạm Hữu Phương 25 GVHD: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN Em xin trân trọng cảm ơn Thầy giáo PGS.TS Tăng Tấn Chiến đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức quý giá cho em Trong quá... cung cấp che chắn rò rỉ điện từ cũng như môi trường Lưới che chắn giao thoa điện từ (EMI) được gấp nếp trong khung nhôm rắn tạo thành một dạng khác của miếng đệm để đảm bảo cố định cho lưới che chắn EMI 3.2 Wire- screen Gaskets (vòng đệm dây lưới) Dây lưới dệt nhôm được nhúng cao su đàn hồi có thể che chắn cả EMI và môi trường và có thể cung cấp hiệu quả che chắn điện trường từ 7 đến 100 dB trên tần... tục điện giữa bề mặt mối nối Đặc tính điện của dây đệm được lựa chọn gần giống với tấm chắn để duy trì một bậc cao của độ dẫn điện tại mặt phân cách và để tránh lỗ hổng không khí hoặc khe hở trở kháng cao Hiệu suất của EMC gaskets phụ thuộc vào hình dạng tiếp giáp, điện trở tiếp xúc và lực được đặt vào các khớp, chúng là cáp điều khiển rò rỉ điện từ dãy tần số từ vài kHz đến hàng chục GHz Đặc trưng tính... CHƯƠNG II EMC TRONG CONNECTOR Việc che chắn hiệu quả giữa cáp bảo vệ và vỏ bọc chắn được bảo vệ bằng việc sử dụng cáp kết nối đồng trục được bảo vệ ở cả hai đầu của đầu nối dây cáp, duy trì một phân bố đều của dòng điện dọc bảo vệ xung quanh chu vi lá chắn và giảm rò rỉ năng lượng từ, điều này cũng loại trừ tia lửa điện tại tiếp giáp khi mạch truyền công suất lớn Chúng ta cần xem xét một số vấn đề liên quan... những vỏ bọc mối nối, tiếp xúc cửa và cáp Để có hiệu quả che chắn thì lực nén yêu cầu tại mối nối đệm từ 30 kPa đến 400 kPa phụ thuộc hình dạng của các dải Dải hai lớp của vỏ bọc lưới thép cũng có ích cho đầu nối dây cáp được dùng để ứng dụng che chắn giao thoa điện từ, nối đất và mạch tĩnh điện Lớp vỏ được bọc thép, lớp ở giữa được tráng đồng và lõi được bọc thiếc như trong Hình 3.1 HVTH: Phạm Hữu Phương... tương hỗ bậc 7 có thể được phát sinh từ khớp nối, từ tạp chất trong đường dây và từ tiếp xúc cáp đồng trục Sản phẩm biến điệu tương hỗ có thể được phát sinh từ hiệu ứng phi tuyến tại tiếp xúc giữa hai kim loại giống và khác nhau Thông thường, sự khác biệt về 40 dB giữa mức sản phẩm bậc 3 và bậc 4 được quan sát bằng cách sử dụng hai nguồn tín hiệu trong phạm vi từ 3 đến 4GHz Điều quan trọng cần lưu... những dây tốt được nhúng và gắn cao su silicon rắn dạng tấm như trong Hình 3.2 Hình 3.3 HVTH: Phạm Hữu Phương 22 GVHD: PGS.TS TĂNG TẤN CHIẾN Thiết kế này được ứng dụng trong quân đội, công nghiệp và thương nghiệp với yêu cầu che chắn giao thoa điện từ và nối đất tại tiếp giáp với môi trường kín Dây định hướng (oriented wire) cũng được gắn vào một ô kín silicon cao su đàn hồi 3.4 Dẫn đàn hồi Miếng đệm... Nhiễu biến điệu tương hỗ Mối nối phẳng liền trong liên kết và nối đất, hoặc trong kết nối cáp đồng trục và ống dẫn sóng, dạng tiếp giáp không tuyến tính phụ thuộc vào điều kiện ăn mòn của chúng và ảnh hưởng của sự hoạt động, tiếp giáp như vậy có thể tạo ra nhiễu biến điệu tương hỗ trong tín hiệu truyền Nó đã được quan sát thấy rằng mức năng lượng sản phẩm bậc 3 (trong máy thu) phát sinh bởi mất mát liên . Mối nối phẳng liền trong liên kết và nối đất, hoặc trong kết nối cáp đồng trục và ống dẫn sóng, dạng tiếp giáp không tuyến tính phụ thuộc vào điều kiện ăn mòn của chúng và ảnh hưởng của sự. TRONG CÁP 1.1 Giới thiệu Việc chọn lựa cáp phụ thuộc vào các thông số khác nhau bao gồm chiều dài của cáp, tổn thất chấp nhận được, tần số và công suất, trường nhiễu và tần số của chúng trong. như là một điểm chung và dây dẫn còn lại là tín hiệu dẫn khi vấn đề giao thoa điện từ không quá xấu. CHƯƠNG II EMC TRONG CONNECTOR Việc che chắn hiệu quả giữa cáp bảo vệ và vỏ bọc chắn được bảo