Ich möchte ein mehradriges Kabel für einige verschiedene Stromkreise verwenden. Was muss ich über Interferenzen zwischen Stromkreisen innerhalb eines Mehrleiterkabels wissen?
Einige der Drähte führen die Vor- und Rückführung der Schrittmotorspule. Ich vermute, dass dies aufgrund großer, sich schnell ändernder Ströme viel EMF emittiert und wahrscheinlich abgeschirmt werden sollte.
Andere Drähte führen die Versorgung, den Rücklauf und den Ausgang des optischen Schalters. Diese Schaltung ist wahrscheinlich rauschtolerant und macht auch nicht viel daraus.
Andere Kabel könnten digitale Hochgeschwindigkeitsdaten übertragen. Diese Schaltungen sind wahrscheinlich anfällig für Rauschen und können auch einige verursachen.
Kann ich diese alle im selben Kabel verlegen? Was muss ich sonst noch beachten?
BEARBEITEN: Nehmen wir an, ich spreche von einem Kabel mit einer einzigen Abschirmung um alle Drähte anstelle von einzeln abgeschirmten Bündeln einiger Drähte.
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Antworten:
Beim Übersprechen zwischen Leitern eines Kabels gibt es zwei Probleme: kapazitive Kopplung und induktive Kopplung.
Induktive Kopplung erfolgt, weil durch einen Draht fließender Strom ein kreisförmiges Magnetfeld um diesen Draht erzeugt. Dies funktioniert auch umgekehrt. Wenn ein Draht einem sich ändernden kreisförmigen Magnetfeld ausgesetzt ist, wird eine Spannung induziert. Wenn daher ein Draht einen sich ändernden Strom führt und ein anderer Draht nahe genug ist, so dass ein Teil des resultierenden kreisförmigen Magnetfelds auch diesen zweiten Draht umgibt, wird im zweiten Draht eine Spannung induziert.
Der effektivste Weg, um dieses Problem zu bekämpfen, besteht darin, sicherzustellen, dass ein gleicher und entgegengesetzter Rückstrom fließt, so dass sich die Magnetfelder aus den beiden Strömen aufheben. Der beste Weg, dies sicherzustellen, ist ein Koaxialkabel. Außerhalb des Kabels heben sich die beiden gleichen und entgegengesetzten Ströme auf und es gibt kein Nettomagnetfeld.
In einem mehradrigen Kabel, wie Sie es beschreiben, erfolgt dies normalerweise mit einem Twisted Pair. An jedem Punkt liegen die beiden Leiter nebeneinander. Weit genug entfernt heben sich die beiden Ströme auf, aus der Nähe jedoch nicht. Ein anderer Draht, der näher an einem Draht des Paares verläuft, nimmt vorzugsweise ein Signal von diesem Draht auf. Deshalb sind die Drähte miteinander verdrillt. Ein gerader Draht neben einem verdrillten Paar befindet sich abwechselnd näher an einem Leiter als an dem anderen des verdrillten Paares. Jedes induziert die entgegengesetzte Spannung, da die Stromrichtung in den beiden Drähten des verdrillten Paares entgegengesetzt ist. Diese werden jedoch über eine ganze Anzahl von Drehungen auf Null gemittelt. In einem ausreichend langen Kabel werden sie normalerweise gut genug gemittelt.
Es gibt jedoch ein weiteres Problem mit Twisted Pair. Angenommen, Sie haben mehrere Twisted Pair im selben Kabel, was wahrscheinlich bei dem von Ihnen beschriebenen Kabel der Fall ist. Wenn die Twists eines Paares mit den Twists eines anderen Paares synchron sind, wird die induzierte Spannung auf lange Sicht nicht mehr aufgehoben. Aus diesem Grund haben Kabel mit mehreren verdrillten Paaren normalerweise für jedes Paar einen anderen Verdrillungsabstand. Angenommen, ein Paar hat 11 Drehungen / Fuß und weitere 13 Drehungen / Fuß. Über einen Fuß wird die induzierte gekoppelte Spannung wieder aufgehoben. Werfen Sie einen Blick auf die CAT5-Kabelspezifikation und Sie werden sehen, dass die verschiedenen Verdrillungsabstände für jedes der vier Paare sorgfältig spezifiziert sind.
Kapazitive Kopplung liegt daran, dass zwischen jeweils zwei Leitern im Universum eine begrenzte Kapazität besteht. Für Dinge, die weit genug voneinander entfernt sind, kann dies normalerweise ignoriert werden. Unterschiedliche Leiter in einem Mehrleiterkabel stehen jedoch über eine lange Distanz aneinander, so dass die kapazitive Kopplung nicht ignoriert werden kann. Die beste Verteidigung gegen kapazitive Kopplung ist eine Abschirmung, aber diese sind teuer und Sie sagen, dass Ihr Kabel keine internen Abschirmungen hat. Twisted Pair hilft hier wieder. Es wird immer noch eine kapazitive Kopplung zwischen Paaren geben, aber mit der oben beschriebenen richtigen Verdrillungsstrategie wird es keine besonders bevorzugte Kopplung zu einem Leiter des Paares geben. Mit anderen Worten, das Verdrehen bewirkt, dass die gesamte Kopplung im Gleichtakt ist, wobei sich der Differenzialmodus größtenteils aufhebt.
Um schließlich zu einer Antwort zu gelangen, stellen Sie sicher, dass jedes Signal von einem separaten Twisted Pair übertragen wird, wobei der Vorwärts- und Rückstrom dieses Signals alle von diesem Paar übertragen werden. Behandeln Sie dann jedes Signal als Differenz. Stellen Sie fest, dass jedem Paar Gleichtaktrauschen hinzugefügt wird, und gehen Sie entsprechend damit um. Die Außenwelt wird ebenfalls Rauschen aufweisen, und aufgrund von Verdrehungen wird dieses Rauschen bei jedem Paar als Gleichtakt angezeigt. Beispielsweise ist 10 Base-T und später Ethernet an jedem Ende teilweise aus diesem Grund und auch zur Vermeidung von Erdschleifen an jedem Ende transformatorgekoppelt.
Alles in allem denke ich, dass es nur verrückt ist, die Spulenströme des Schrittmotors durch dasselbe Kabel wie die Signale zu leiten. Dies wird Probleme verursachen. Ich würde ernsthaft versuchen, Steuersignale und Strom für die Stepper zu senden, aber die Steppertreiber in die Nähe der Schrittmotoren bringen. Dies ermöglicht auch, dass ein lokaler Leistungsspeicherdeckel die Versorgung nach der langen Kabelstrecke wieder auf niedrige Impedanz bringt. Der Widerstand und die Induktivität des Kabels zwischen dem Schritttreiber und dem Schrittmotor erfordern weitere Probleme.
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