Warum ist bei einem Flachbandkabel für jeden Hinleiter ein Rückleiter besser als ein gemeinsamer Rückleiter?

Fragen Sie sich, welches Kabel wahrscheinlich die geringste Schleifenfläche hat:

Eine große Schleifenfläche hat eine größere Induktivität und kann mehr EM-Störungen emittieren. Es kann auch mehr EM-Störungen empfangen.

Wenn jeder Hinleiter seinen eigenen Rückleiter hat, minimiert dies potenziell die Schleifenfläche jedes Schaltkreises.

Wenn Sie etwas in der Größenordnung von 10 bis 100 kHz übertragen, kann Nummer 1 vollkommen ausreichend sein, aber Nummer 2 hat den Vorteil, dass jedes Signal einen näheren Rückweg hat und daher die Gesamtstromschleife reduziert. Dies ist nützlich, um Strahlungsemissionen (und auch Strahlungsempfindlichkeit ) zu minimieren, ganz zu schweigen von Übersprechen .

Ich würde nicht sagen, dass sie in Nummer 2 perfekt ausbalanciert sind (Signal 1 hat nur Return 1, Signal 2 hat Return 1 und Return 2). Allerdings werden die Signale in dieser Konfiguration besser abgeschirmt.

In Nummer 1 müsste die einzelne Rückleitung alle Rückströme führen und eine sorgfältige Überprüfung erfordern, um sicherzustellen, dass der Pfad für die Strombelastung geeignet ist.

In einer Hochgeschwindigkeitswelt hätte man symmetrische Rückwege sowohl zur Impedanzsteuerung (der Abstand zum Rückweg ist eine wichtige Komponente der Gleisimpedanz) als auch zur Trennung der Rückströme aus verschiedenen Gründen.

1. Die zweite Alternative bietet eine weitaus bessere Abschirmung. Da der Strom in signal Nund return Nin entgegengesetzte Richtungen fließt, heben sich ihre EM-Felder gegenseitig auf. Wenn also im ersten Beispiel signal 1aktiv ist, signal 2ist es stärker dem Übersprechen ausgesetzt als im zweiten Beispiel.

2. Wie der Bildtitel sagt, erzeugt ein einzelner Rückweg ungleiche (und viel größere) Schleifen als dedizierte Rückwege. Wenn das Kabel in Beispiel 1 einer externen EMI-Quelle ausgesetzt ist, signal 1erhält es viermal so viele Interferenzen wie signal 4es wird. Im zweiten Beispiel erhalten beide Signale die gleiche, minimale Interferenzmenge.

Wenn der Weg, den der Strom nimmt, einen Bereich umschließt, entsteht im Grunde genommen eine Induktivität. Induktivität ist wie elektrische Trägheit, sie verhindert, dass sich der Strom schnell ändert (so wie regelmäßige Trägheit Geschwindigkeitsänderungen verlangsamt ), diese elektrische Trägheit rundet Rechteckimpulse ab und dämpft schnelle Signale, schlimmer noch, der Strom will auch dann noch fließen, wenn die Last entfernt wird , wodurch Spannungsspitzen entstehen. Loops fungieren auch als gute Antennen und werden ihre Inhalte überall ausstrahlen. Diese Effekte werden umso schlimmer, je größer die Schleifenfläche (größere Induktivität) ist. Eine Rückführung direkt neben jedem Signal hält den Schleifenbereich wirklich klein und hält die Signalleitungen voneinander isoliert - jede Rückführung ist im Wesentlichen eine Abschirmung.

Ich bin überrascht, dass niemand die differenzielle Signalisierung erwähnt hat. https://en.wikipedia.org/wiki/Differential_signaling

Wenn Sie schnelle klare Signale wünschen, verwenden Sie diese Technik, die eine aktive Verwendung der „Rückleitung“ erfordert. In diesem Fall würden Sie nicht mehrere Treiber der einzelnen Rückleitung benötigen.

Aus der Quelle: "Die Technik minimiert elektronisches Übersprechen und elektromagnetische Interferenz, sowohl Rauschemission als auch Rauschakzeptanz, und kann eine konstante oder bekannte charakteristische Impedanz erreichen, was Impedanzanpassungstechniken ermöglicht, die in einer Hochgeschwindigkeits-Signalübertragungsleitung oder einer hochwertigen symmetrischen Leitung und symmetrisch wichtig sind Schaltung Audiosignalpfad."

Zusätzlich zu den EMI-Problemen weisen parallel verlaufende Drähte eine gewisse kapazitive Kopplung auf. Das kapazitive Koppeln von Signaldrähten an Masse erhöht die Menge an Energie, die durch den Widerstand im Kabel oder in der Signalquelle verloren geht, aber das kann viel einfacher behandelt werden als Übersprechen, das durch kapazitive Kopplung von Signaldrähten untereinander verursacht wird. Bei getakteten parallelen Protokollen, die langsam genug sind, damit sich die Datenleitungen vor dem Eintreffen ihrer Uhr stabilisieren können, muss man sich möglicherweise nicht allzu viele Gedanken über das Übersprechen zwischen Datenleitungen machen, aber moderne Protokolle neigen eher dazu, viele Daten schnell über a zu senden weniger Drähte, als eine kleinere Datenmenge langsamer über jeden einer großen Anzahl von Drähten zu senden.

Das wird ein bisschen kompliziert, wenn Sie sich dadurch besser fühlen, viele Elektronikdesigner sind sich auch nicht ganz darüber im Klaren. Daher die "schwarze Magie" von EMI.

Hier ist ein Artikel, der eine einfache Erklärung dessen versucht, was vor sich geht: http://learnemc.com/identifying-current-paths

Bei "hohen" Frequenzen (größer als einige kHz) beginnt die Induktivität zu dominieren, und der "einfachste" Rückweg für den Strom besteht darin, dem Ansteuerstrom so genau wie möglich in umgekehrter Richtung zu folgen. Dies wäre in Ihrem Beispiel auf einer der Signalleitungen! Bei niedrigen Frequenzen gewinnt der kürzeste Weg, sodass er wahrscheinlich hauptsächlich durch das einzelne Erdungskabel fließen würde.

Je höher die Frequenz und desto schlimmer wird dies, ganz zu schweigen davon, dass Ihr Signal wackelig wird.