電氣串?dāng)_分析與應(yīng)用

串?dāng)_的定義：

指當(dāng)信號(hào)在電氣線路上傳播時(shí)，因電場(chǎng)耦合、磁場(chǎng)耦合、電阻耦合導(dǎo)致對(duì)相鄰的線路產(chǎn)生的不期望的噪聲干擾。

串?dāng)_分析

電場(chǎng)耦合

由于兩個(gè)線路之間的等效電容導(dǎo)致的耦合，也叫capacitive coupling(容性耦合）。當(dāng)源電路的阻抗很高時(shí)，產(chǎn)生電場(chǎng)耦合比較常見。

電場(chǎng)耦合特點(diǎn)：

1.源阻抗特別高(無電流）時(shí)起作用

2.在特定條件（弱耦合）下串?dāng)_與信號(hào)頻率有近似正比的關(guān)系

3.增加距離可減小串?dāng)_

磁場(chǎng)耦合

當(dāng)線路中電流發(fā)生變化時(shí)由于電磁感應(yīng)導(dǎo)致相鄰線路中產(chǎn)生電壓或電流。

當(dāng)左邊導(dǎo)體內(nèi)電流變化，會(huì)在其周圍產(chǎn)生變化磁場(chǎng)；右邊的導(dǎo)體切割磁力線，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。

磁場(chǎng)耦合特點(diǎn)：

1.源阻抗比較低（存在電流）時(shí)起作用

2.在特定條件（弱耦合、電阻性負(fù)載）下與信號(hào)頻率存在正比關(guān)系

3.減小互感系數(shù)（增加距離）可減小串?dāng)_

4.減小自感系數(shù)（減小電流回路截面積）可減小串?dāng)_

電流回路

電流回路分析準(zhǔn)則：

準(zhǔn)則一： 電流最終回到電源，構(gòu)成閉合回路

準(zhǔn)則二： 電流總是沿著阻抗（不是電阻！）最小的路徑

電路直流分析原則：

電阻的阻抗等于其直流電阻

電容的阻抗等于無窮大

電感的阻抗等于0

電路交流分析原則：

電阻的阻抗等于其直流電阻

電容的阻抗與信號(hào)頻率相關(guān)（頻率越高，阻抗越?。?/p>

電感的阻抗與信號(hào)頻率相關(guān)（頻率越高，阻抗越大）

交流分析示例

(圖片來源:http://www.learnemc.com/tutorials/Current_Paths/Current_Paths.html)

信號(hào)源發(fā)出頻率可變的電壓信號(hào)，經(jīng)過彎曲的屏蔽電纜接到負(fù)載（電阻）；電纜兩端的屏蔽層連接在導(dǎo)電銅皮上。

信號(hào)頻率較低與信號(hào)頻率較高時(shí)的回流路徑區(qū)別很大；信號(hào)頻率較低時(shí)，電流回路構(gòu)成的環(huán)路面積很大，容易受到外界交變磁場(chǎng)影響產(chǎn)生額外電流。

減小串?dāng)_的方法

1.敏感信號(hào)（如編碼器、指令脈沖信號(hào)）的線路與其回流線要使用雙絞線

2.差分信號(hào)（編碼器、指令脈沖信號(hào)）一定將發(fā)送端與接收端的參考地連在一起

3.伺服驅(qū)動(dòng)器/變頻器的動(dòng)力線（強(qiáng)電）與控制部分（弱電）的線路分開走線，并且保持一定距離

接線圖例

（圖片摘自松下使用說明書A5系列）

注意脈沖信號(hào)無論是差分接法還是集電極開路接法，都需要使用雙絞線

（圖片摘自松下使用說明書A5系列）

注意差分輸入信號(hào)的發(fā)送端與接收端的參考地必須連接

Solidtech運(yùn)動(dòng)卡的差分接線方式圖例：

Solidtech運(yùn)動(dòng)卡的單端接線方式圖例：

應(yīng)用案例

    某客戶使用PCI-9016，1~4軸接大功率松下伺服驅(qū)動(dòng)器，5~6軸接步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器。伺服驅(qū)動(dòng)器上電并使能后，步進(jìn)電機(jī)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)（控制卡并未發(fā)送控制脈沖）?，F(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號(hào)與其公共端信號(hào)分開走線，且相距較遠(yuǎn)。后改用雙絞線，問題得到解決。

參考

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Crosstalk_(electronics)

2. http://www.learnemc.com/tutorials/Magnetic_Field_Coupling/H-Field_Coupling.html

3. http://en.wikipedia.org/wiki/Inductive_coupling

4. http://www.learnemc.com/tutorials/Electric_Field_Coupling/E-Field_Coupling.html

5. http://en.wikipedia.org/wiki/Capacitive_coupling

6. http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E9%9B%BB%E8%B7%AF%E5%88%86%E6%9E%90