Figuur 1. Voorbeeld van een temperatuurmeting met een Pt100, T1 = T2 = 10 m kabel, Z0 = 100 ?

Figuur 2. Gestandaardiseerde uitgangsspanningen [in dB] door overdrachtsimpedantie van de afgeschermde 2-draads aansluiting met (blauw) en zonder (zwarte) afsluiting van alle voortplantingsmodi in de kabel.

Figuur 3. Overdrachtsimpedanties van verschillende coaxiale kabelafschermingen. (www.interferentietechnologie.com)

Figuur 4. Voorbeelden van gebruik van ferrietmaterialen rond kabels om de externe resonanties te dempen.

Als we het hebben over een transmissielijn, bijvoorbeeld een coax naar een analoge radio, tv of satellietschotel, of een Ethernet-kabel naar de pc of laptop, dan is het duidelijk dat deze kabels of signaalverbindingen doorgaans worden afgesloten met 50, 75 , 100 of 120 , afhankelijk van de karakteristieke impedantie van de kabel. Voor coaxkabels is dit een eenduidige impedantie omdat er maar één manier van voortplanting van het signaal in de kabel is. Als we het hebben over een afgeschermd getwist paar (STP, CAT-6A of CAT-7), dan zijn er voor elk geleiderpaar (en er zijn 4 paren in een CAT-kabel) twee primaire voortplantingsmodi, namelijk het geval dat de twee draden gelijk aan het schild worden aangestuurd (even of gewone modus) of dat de twee signalen in tegengestelde fase zijn, ook wel differentiële of 'oneven' modus genoemd. Voor dergelijke kabelsystemen weten we dat een onjuiste aansluiting en besturing van dergelijke kabels leidt tot reflecties en resonanties.

Differentiële signaalsystemen gaan vaak uit van een enkele afsluitweerstand of impedantie, terwijl in feite beide voortplantingswijzen moeten worden beëindigd. Dit laatste vereist een T- of π-netwerk om alle propagatiemodi correct (draaiend) te sluiten. In dergelijke toepassingen zijn de signalen waar we het over hebben voor radio op 100 MHz, satelliet op 400 MHz, TV op 40 ... 860 MHz en voor internetverbindingen via ethernet op 10, 100, 1000 Mb/s of zelfs 10 Gb/ s , dus vrij hoge frequentie.

Voor alle andere, vaak minder kritische, elektrische aansluitingen besteden wij geen aandacht aan bovenstaand fenomeen. Alle elektrische verbindingen moeten echter voldoen aan de RF-emissie- en immuniteitsvereisten van slechts kHz tot GHz en er moet een overdracht zijn van het interne signaalsysteem naar het externe signaalsysteem. Dus zelfs bij het lezen van een eenvoudige temperatuursensor buck voorbeeld. een Pt100 met een DC- of een laagfrequent AC-signaal, dergelijke hoogfrequente stoorcomponenten komen toch in het signaalpad terecht via de niet-ideale afscherming van de gebruikte signaalkabel, zie figuur 1. De vraag stellen we ons meestal niet is of Pt100 een impedantie is bij de hogere frequenties die overeenkomt met de karakteristieke impedantie van de gebruikte kabel? De andere vraag die dan ook beantwoord moet worden is wat doen we dan aan de ingang van de meetbrug met betrekking tot impedanties bij de hogere frequenties?

Het antwoord ligt voor de hand: we kijken alleen naar het functionele signaalsysteem en negeren de eigenschappen die bij hogere frequenties in de kabel voorkomen (want die filteren we toch...). In het bovenstaande geval is een Pt100 aangesloten via een afgeschermde tweedraads verbinding en geeft de Pt100 een significante 'mismatch' voor het differentiële signaalpad. Daarnaast is de Pt100 een volledig open impedantie voor alle frequenties in common mode (behalve een kleine parasitaire capaciteit naar de behuizing). Aan de kant van de meetversterker kan de ingang symmetrisch of differentieel of volledig asymmetrisch zijn, dwz de ene kant is verbonden met de signaalreferentie (of voedingsspanning) (dwz lage impedantie bij spanningsregeling en hoge impedantie bij stroomregeling) en de andere aansluiting is in de rest van de meetbrug (= hoge impedantie) De afscherming van de kabel zit vast aan de behuizing van de meetversterker en is al dan niet via een onbekende impedantie verbonden met de signaalreferentie van de meetbrug. Met andere woorden: het totale meetsysteem voor RF is volledig ongedefinieerd! Door de Pt100 te gebruiken met een afgeschermde 3-draads of 4-draads verbinding, wordt de functionaliteit van het circuit verbeterd, maar wordt RF-gematigde beëindiging van alle signaaltransmissiemodi, vaak via een lange kabel, nog ingewikkelder.

Binnen een afgeschermde kabel worden de karakteristieke impedantie, de voortplantingssnelheid en eventuele verliezen in de signaaloverdracht bepaald door de gebruikte geleiderisolatie (diëlektricum), de constructie van de signaalgeleiders en hun oppervlaktegeleiding en totale doorsnede van deze kabel.

Dit eenvoudige Pt100-voorbeeld is niet uniek. Denk ook aan een AC/DC-lichtnetadapter die via een kabel wordt aangesloten op een te voeden apparaat, zoals een tablet of laptop. In bijna alle gevallen van AC/DC-voedingsadapters is de laatste differentiële component over de DC-uitgang een capaciteit en is ook de eerste component aan de belastingszijde, na eventuele polariteitsdiodes en zekeringen. De signaal-/stroomaansluiting bestaat dus uit een aan beide zijden kortgesloten verbindingskabel voor RF-differentieel. Hoe dergelijke AC/DC-stroomadapters zich in de gewone modus voorstellen, verschilt van leverancier tot leverancier en moet worden opgevraagd en/of gemeten. Hetzelfde geldt ook voor de laadzijde, al hebben bijna alle laptops en tablets hun '0' op de behuizing. Bij een 'eigen' ontwerp wordt dit als bekend beschouwd.

Uit figuur 2 is te zien dat de ongewenste transmissie op sommige frequenties met 20 ... 30 dB kan worden verminderd door een juiste beëindiging van de propagatiemodi in de kabel, dit alleen bij een aantal RC-netwerken die de functionaliteit niet beïnvloeden helemaal niet. Zo'n oplossing is vaak minder kritisch dan het toepassen van allerlei filteringen rondom de versterker.

Het omzetten van (stoor)signalen van binnen de afgeschermde kabel naar signalen buiten de afgeschermde kabel vindt plaats via de overdrachtsimpedantie, ZT, die per type afscherming verschilt, zie figuur 3. De overdrachtsimpedantie is de verhouding tussen de spanning die is intern de karakteristieke impedantie die aan het uiteinde van een (coaxiale) kabel wordt geïnduceerd als gevolg van een externe stroom door de mantel of afscherming van deze kabel: ZT = Uind./Isheath [Ω/m]. Voldoende informatie hierover is te vinden in allerlei EMC-handleidingen [Coenen/Goedbloed, Vance, Tsaliovich, Paul] en op internet. In sommige gevallen wordt ook wel 'afschermingseffectiviteit' genoemd, maar dit is een beschrijving van een totale overdracht van de kabelafscherming waarvan de overdrachtsimpedantie een onderdeel is.

Voor de meeste afgeschermde signaalkabels met een enkele afscherming is de overdrachtsimpedantie vergelijkbaar met die van een RG-58-kabel. Bij lage frequenties wordt het puur bepaald door de DC-weerstand van de mantel en bij hogere frequenties neemt het proportioneel toe als een inductieve term in de overdrachtsimpedantie.

Het externe circuit bepaalt ook de totale overdracht van de signalen binnen de kabel naar de signalen aan de buitenkant. Aan de buitenkant van de kabel zien we eigenlijk alleen de buitenmantel van de kabel in relatie tot zijn omgeving. Dit kan in een kabelbundel of een kabelgoot zijn of vrij in de lucht hangen, op de grond liggen enzovoort. Ook deze kabel gedraagt ​​zich als een transmissielijn met een constante doorsnede ten opzichte van zijn omgeving. Alleen in dit geval bepaalt de buitenisolatie van de afgeschermde kabel slechts ten dele de karakteristieke impedantie, de voortplantingssnelheid en eventuele verliezen in deze externe signaaloverdracht.

In het 'worst case' geval hangt de kabel als een draadantenne in de lucht, waarvan de uiteinden weer RF "kortgesloten" kunnen worden tegen metalen behuizingen die geaard zijn of eventueel maar aan één kant geaard zijn, bv een laptop via een afgeschermde Ethernet-kabel een printer.

In beide gevallen wordt de interactie met de omgeving gegeven door de lengte van de kabel waarbij de optimale ontvangst voor de 'dubbel geaarde' kabel optreedt bij de oneven veelvouden van de halve golflengte: 1/2, en in het geval dat één uiteinde 'zweeft' ' op de oneven veelvouden van de halve golflengte: 1/4. Omdat het externe circuit slecht gedefinieerd is, kunnen de optredende resonanties enigszins afwijken van de berekende waarden. Vaak worden ferrietmaterialen gebruikt om dergelijke externe kabelresonanties te onderdrukken, die vervolgens rond de kabel worden geplaatst, zoals in figuur 4.

Als de externe kabelresonanties samenvallen met een of meer interne kabelresonanties, treedt er maximale (onbedoelde) interactie op tussen de interne en externe schakelingen. In de praktijk zijn dergelijke situaties slechts zelden te voorspellen, behalve dat ze zich af en toe voordoen. Uit de praktijk zijn voldoende gevallen bekend waarin door het verlengen of verkorten van een signaalkabel een storingsprobleem is weggenomen, maar ook dat dergelijke maatregelen slechts zelden reproduceerbaar zijn.

In een groot aantal gevallen is het gebruik van ferrietmaterialen niet zinvol, maar wordt 'slechts' specifiek afgedwongen om tijdens een (vrijgave)test aan de formele EMC-eisen te voldoen. Of dergelijke maatregelen ook in de praktijk voldoende soelaas bieden, is nooit structureel onderzocht.

Een sterke onbedoelde interactie tussen het interne en externe kabelcircuit komt zeer vaak voor bij tal van signaalinterfaces: LF-meetsignalen, audio, DC-voedingen, motoraandrijvingen en motoren, en dergelijke en wordt in de praktijk grotendeels bepaald door de uiteindelijke toepassing en kabelgeleiding .

Het aanbrengen van ferrietmaterialen op de kabel heeft alleen invloed op het externe circuit, niet op het interne! Een gigabit kabel met ferriet eromheen kan toch ongestoord een gigabit doorgeven.

Door een kabel met een goede afscherming te kiezen, kan de onbedoelde interactie tussen het interne en externe kabelcircuit tegen hoge kosten worden verminderd.

Door RF-afsluiting van de signaalvoortplantingsmodi voor alle signalen in de kabel, kunnen interne resonanties worden vermeden of onderdrukt. Het gebruik van sommige RC-netwerken, aangepast aan de kabelimpedanties, kan zeer effectief zijn.

Door dergelijke interne kabelresonanties te onderdrukken, kan de interne signaal- en stroomfiltering aanzienlijk worden vereenvoudigd, wat resulteert in lagere productkosten en een lager filtervolumeclaim in het ontwerp.

Deze hele discussie is van toepassing op een passief netwerk, namelijk kabels, impedanties en RC-netwerken. Omdat passieve netwerken wederkerig zijn, helpen deze maatregelen om zowel ongewenste RF-emissies te verminderen als de RF-immuniteit te vergroten.

Hier kun je een reactie achterlaten op het bericht. Om spam te voorkomen worden reacties pas gepubliceerd na beoordeling door de redactie.

Het veiligheidsrelais myPNOZ combineert veiligheid op maat met slimme productkenmerken. Het bestaat…

Waymo, de autonome voertuigtak van Alphabet, heeft laten zien hoe zijn zelfrijdende…

Met radarsystemen bewaakt u ook veilig beschermde gebieden wanneer optische sensoren hun limieten bereiken...

Onderzoekers van de Seoul National University in Zuid-Korea hebben een kameleonachtige robot ontwikkeld...

40 jaar geleden debuteerden The Rolling Stones met hun iconische album Tattoo You. Boston Dynamics…

Een stuk gegolfd rubber kan functioneren als een eenvoudige computer, die geheugen weergeeft en de mogelijkheid om tot twee te tellen weergeeft. “Simpele materialen kunnen informatie verwerken, en daar willen we de…

De wereldwijde investeringen in de halfgeleiderindustrie zijn dit jaar met ongeveer 34% gestegen, de sterkste procentuele stijging sinds 2017 (41%), berekende IC Insights. Er is $ 152 miljard uitgegeven,...

Ideeënfabriek De Idealisten lanceren een Nationale Oproep voor Ideeën. Alle Nederlanders worden opgeroepen om 'een idee in te dienen dat op de plank blijft liggen en nu mensen kan helpen'. Het doel is de beste ideeën om…

Lineaire actuator specialist DINGS' heeft onlangs de DLM serie geïntroduceerd. Een mooie en voordelige oplossing...

Naar digitaal magazine 1, Elektronica productie >>

Naar alle digitale tijdschriften >>

Het hoofdthema Industrial Transformation belicht de thema's digitalisering en duurzaamheid.

Disclaimer/privacyverklaring Contact Colofon Inschrijven Adverteren E-mail nieuwsbrief Sitemap

Vraag en aanbod Wie levert Constructor Elektro-Data A&B Kunststof en Rubber

© 2010-2019 MYbusinessmedia Holding bv Alle rechten voorbehouden