Angenommen, ich habe ein gewöhnliches Koaxialkabel zwischen einem Empfänger und einer Antenne. Das Koax hat drei Ströme:
- das gewünschte Signal
- ein genau gleich entgegengesetzter Strom auf der Innenseite der Abschirmung (eigentlich auch das gewünschte Signal)
- Geräusche an der Außenseite des Schildes
Wenn dies nun eine symmetrische Übertragungsleitung wäre (nicht Koax), würde ich das Leiterpaar an einen Differenzverstärker anschließen, der die Gleichtaktspannung ablehnen würde. Ich würde sicher sein, dass die Impedanz von jeder Seite gleich ist, so dass Gleichtaktströme nur Gleichtaktspannungen erzeugen, so dass mein Gleichtaktspannungsunterdrückungs-Differenzverstärker auch Gleichtaktströme effektiv unterdrückt.
Dies ist jedoch nur ein gewöhnlicher Koax mit nur einem Mittelleiter. Die Impedanzen von Abschirmung und Mittelleiter sind nicht gleich. Obgleich das Signal durch die Abschirmung im Koaxialkabel eingeschlossen wird, kann ich diese Trennung der Ströme beibehalten, wenn das Koaxialkabel in meine Empfängerschaltung eintritt? Mit anderen Worten, wie kann ich eine Referenz für meine Empfangsschaltung bereitstellen, die nicht von den Rauschströmen beeinflusst wird (3)? Oder ist das nicht möglich?
Beachten Sie, dass ich nicht nach Alternativen zu Koaxialkabeln oder anderen Koaxialkabeltypen mit mehreren Abschirmungen usw. frage. Ich bin auch nicht sehr besorgt über nicht ideale Geräusche, die durch eine unvollständige Abschirmung usw. in das Koaxialkabel eingebracht werden. Ein praktisches Beispiel für Die besorgniserregende Situation wäre, dass ich eine Antenne über ein Koaxialkabel mit einem Empfänger verbunden habe und das Signal von der Antenne empfangen möchte, aber nicht das Signal vom Koaxialschirm (was auch eine ziemlich gute Monopolantenne sein kann).
simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab
Antworten:
In einigen Anwendungen, in denen die Signalreinheit kritisch ist, wird doppelt abgeschirmtes Koaxialkabel (oder sogar dreifaches Koaxialkabel) verwendet. Die innere Abschirmung überträgt das gleiche Signal wie der Mittelleiter. Dies verringert die Kapazität drastisch und der äußere Schirm ist geerdet. Dies liefert im wesentlichen ein Differenzsignal zum Single-End-Signal am Empfänger mit hoher Gleichtakt-Rauschunterdrückung. Die zusätzliche (n) Abschirmung (en) trägt (tragen) auch dazu bei, das abgestrahlte Rauschen dramatisch zu reduzieren.
In einem Einzelschirmsystem wird das Rauschen auf dem Schirm durch EMI-Filter unterdrückt. Manchmal sind dies einfach Ferritperlen in Reihe mit der Masse oder Gleichtaktdrosseln. Es hängt von der Frequenz des Interesses und der Art des Rauschens ab, welche die beste Lösung ist. Denken Sie daran, dass Sie nur Zeit und Geld investieren müssen, um Frequenzen herauszufiltern, die Ihr System schädigen könnten.
Hier sind einige gute Illustrationen von Murata . Und eine Diskussion von Stormcable über abgeschirmte Koax-Geräuschquellen / -typen sowie verschiedene Koax-Abschirmungslösungen.
EDIT: Ich habe einige Zeit, um zu klären, wie ein Koax-System mit mehreren Abschirmungen funktioniert. Zunächst muss ich betonen, dass Sie Ihr EMI verstehen müssen und wie Ihr Design darauf reagiert. Dies kann oft nur durch Testen des tatsächlichen Designs erfolgen, da Kopplungspfade und die Leistung der Komponenten nicht vollständig modelliert werden können. Während ich nach Lösungen suche, versorge ich Sie mit einer umfassenden Antwort auf eine umfassende Frage.
Das Center-Signal profitiert aufgrund der mehreren äußeren Abschirmungen von einigen Gleichtakt- und Nicht-Gleichtakt-Rauschfiltern. Jeder, der mit Koax gearbeitet hat, weiß, dass sie keine perfekten Schutzschilde sind und immer auslaufen. Die Multi-Shield-Lösung bietet ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Gleichtakt- und Nicht-Gleichtakt-EMI-Unterdrückung (vorausgesetzt, sie sind für die Anwendung ordnungsgemäß terminiert). Das Hinzufügen des differenziellen Empfangs bietet eine stärkere Gleichtaktfilterung bei einem Verlust einer kleinen Nicht-Gleichtaktunterdrückung, nach der Andy Aka fragt.
Wie hilft es also, eine rauschintensivere Version des Signals mit einer saubereren Version zu kombinieren? Dies wäre ein Fall von Nicht-Gleichtaktrauschen. In einem mehrfach abgeschirmten System ist das Nicht-Gleichtaktrauschen aufgrund der zusätzlichen Abschirmung viel geringer. Also ist der Lärm Andy neugierig auf weniger ein Problem. Wenn Ihr System jedoch überempfindlich auf diesen Nicht-Gleichtaktstörer reagiert, wird die Verwendung des Differenzsignals die Situation verschlimmern. In diesem Fall ist es am besten, das nicht differenzielle Signal zu verwenden, das auf eine gefilterte Version des äußeren Erdungssignals bezogen ist, und das innere abgeschirmte Signal nur an eine abgeschlossene Last anzulegen, die eng mit der Impedanzlast des Mittelleiters übereinstimmt. Dies setzt voraus, dass Ihr Design nicht mehr von der zusätzlichen Gleichtakt-Rauschunterdrückung profitiert.
Die zusätzliche Rauschunterdrückung durch Verwendung des Differenzsignals, auf das ich mich in den Kommentaren beziehe, ist die Gleichtakt-Rauschunterdrückung. Der Mittelleiter und die innere Abschirmung können als symmetrische Leitung wirken. Die Leitungen haben eine ähnliche Impedanz gegenüber Erde (im Idealfall sind sie die gleichen, was in einem Koaxialsystem jedoch schwierig ist), sodass die Störfelder oder -ströme in beiden Drähten die gleiche Spannung induzieren. Da der Empfänger nur auf die Differenz zwischen den Drähten reagiert, wird er nicht von der induzierten Rauschspannung beeinflusst.
EMI ist ein komplexes Thema und das Internet hat viele laute Meinungen. Weitere Informationen zu Rauschen und seinen Effekten sowie zum Filtern der beiden von mir bereitgestellten Links sind hervorragende Ressourcen, die auf einer echten EMI-Fehlersuche basieren.
BEARBEITEN # 2 (Hier ist eine genauere Antwort nach der Chat-Diskussion mit Phil): In dieser analogen Low-Power-Anwendung gibt Phil an, dass er einen 50-MHz-ADC hat, der 7 MHz bis 30 MHz mit einem Dynamikbereich von -55 dBm bis -110 dBm abtastet Tiefpassfilter davor. Wenn er eine FFT ausführt, sieht er Rauschquellen aus einer Richtung, die sich im Nullpunkt seiner Antenne befindet. Die Annahme ist, dass dies vom Koax aufgenommen werden muss, sie können jedoch auch von anderen Quellen innerhalb des Designs oder außerhalb einschließlich der Antenne selbst stammen, da sie Signale auch an Nullpunkten empfangen. Daher geht es ihm an dieser Stelle ausschließlich um In-Band-Geräuschquellen. Er muss die Quelle dieser methodisch finden:
Achten Sie auf Ihren Dynamikumfang. Wenn ein einzelnes Signal höher als -55 dBm ist, kann es bei anderen von den AGC-Verstärkern gemischten Frequenzen zu Störgeräuschen kommen, wenn Sie versuchen, ein kleineres Signal zu verstärken.
Wenn # 2 ein unannehmbar hohes Rauschen aufweist, muss diese Rauschquelle isoliert werden. Es kann sich um eine Stromversorgung, eine interne Geräuschquelle für die Leiterplatte oder um die Aufnahme im Raum handeln. Abschirmende, weiche Ferritbleche und Ferritperlen können hier je nach Quelle eine Lösung sein.
Wenn Nr. 3 keine Verbesserung zeigt, versuchen Sie, die Position der Ferrite entlang des Kabels zu ändern.
Ferritperlen können auch in die Leiterplatte integriert werden, um die Erdung von Koax und Leiterplatte bei der gewünschten Frequenz zu trennen. Dies führt zu einem leichten Leistungsverlust aufgrund einer Reflexion im Durchlassbereich, die Rauschunterdrückung gleicht jedoch den Leistungsverlust mehr als aus. Die oben bereitgestellte Muratta-Verbindung hat viele Diskussionen über die Verwendung von PCB-Ferriten zur Rauschunterdrückung.
Manchmal füge ich als schnelles Experiment ein speziell angefertigtes Koaxialgehäuse ein, das die Erdverbindung im Schirm unterbricht. Dies sind nur 2 Koax-Buchsen, bei denen der mittlere Stift zusammengelötet ist. Sie werden einen Stromausfall und ein gewisses Leck bekommen, aber es sollte Ihnen schnell sagen, ob der Abschirmungspfad ein Problem darstellt oder nicht.
Ein Hinweis zum Messen in diesem Band. Es gibt viele vorübergehende Geräuschquellen, die kommen und gehen. Verwenden Sie eine MAX HOLD-Funktion für Ihre FFT, um zu verhindern, dass Sie sich beim Testen die Haare herausziehen. Führen Sie diese maximale FFT-Haltezeit 20 bis 30 Sekunden lang aus, und achten Sie dabei darauf, wo die Transienten auftreten und wie lange Sie die maximale Haltezeit ausführen müssen, um sicherzustellen, dass Sie alles sehen. Versuchen Sie, die Tests so schnell wie möglich hintereinander durchzuführen, damit die Geräuschquelle keine Zeit hat, sich auszuschalten und Ihre Ergebnisse zu verwechseln. Denken Sie daran, dass sich diese Transienten in Bezug auf Zeit, Frequenz und Leistung ändern werden. Überwachen Sie sie daher genau, um ihre Quelle zu verstehen.
FFTS sind in der Auflösung basierend auf der Eingangsbandbreite und der Abtastrate begrenzt. Zwei verschiedene Spurs, die nahe beieinander liegen und aus verschiedenen Quellen stammen, können wie ein Signal aussehen. Manchmal ist es schwierig, mehrere Transienten auf derselben Frequenz zu isolieren. Möglicherweise tritt ein internes Rauschen bei 8 MHz bei -55 dBm und ein abgestrahlter Transient bei -60 dBm auf. Sie könnten die Strahlungsquelle mit einem Ferrit beseitigen und sich fragen, warum dort immer noch ein 8-MHz-Rauschen auftritt, und denken, der Ferrit hat nicht funktioniert. Es ist knifflig und zeitaufwändig.
Ein weiterer Hinweis zu diesem Setup mit einer FFT. Da es nur einen physischen Tiefpassfilter gibt, können Sie mit der FFT einen 10-MHz-Impuls bei -90 dBm nicht vergrößern, während Sie bei 23 MHz andere stärkere Impulse / Signale haben. Sie werden wahrscheinlich den Dynamikbereich des ADC verletzen und ein falsches Störgeräusch erzeugen. Spektrumanalysatoren verfügen über eine Vielzahl von geschalteten Filtern, um dies zu verhindern. Auf dem Bildschirm wird der dynamische Bereich der Messung angezeigt.
quelle