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【实例】扁平带状电缆之信号线与接地线排列方式分析


扁平带状电缆信号线和接地线排列不当就会引起EMI的问题。要如何排列才是最佳?通过下面这个案例,一起来摸清扁平带状电缆信号线与接地线排列的来龙去脉。

众所周知,信号故障在国防、航天和工业设备等应用中一直都是常见的问题,这是因为PVC和TPE电缆的在长期接触恶劣环境的侵蚀后性能会减退。扁平带状电缆的出现很好的解决了这一问题,扁平带状电缆是专为恶劣环境而设计,在经过多次侵并且仍可保持极高的柔性,是应用于小体积,坚固耐用产品中的理想选择。这也是当今市场上唯一一种满足M49055/11和M49055/12军用规范要求的解决方案,适用于机载航空电子设备和工业设备等恶劣环境下的应用。扁平带状电缆的特点是在-65至 200°C的温度范围内具有极高的耐久性,能够很好耐受酸、酒精、醛类、基质、酯类、烃类(脂肪族、芳烃和卤化烃)、酮和氧化剂造成的影响。挤压成型的电缆所封装的每条导线都带有绝缘层,不会分层,而低损耗介电常数(2.1)则可确保在最低的损耗下实现最优的信号传输效果。那么问题来了,扁平带状电缆信号线和接地线排列不当就会引起EMI的问题。要如何排列才是最佳?通过下面这个案例,一起来摸清扁平带状电缆信号线与接地线排列的来龙去脉。

图(a)是MD700的主板与前面板相连所用的扁平带状电缆,这种排列方式就存在很多的问题,例如:1、信号线与它们的地回流线之间形成了很大的环路面积,这将导致辐射和敏感度问题;2、所有信号线使用同一个地回流路径,这就产生公共阻抗耦合;3、导线之间存在串扰问题等。由于这样的结构带来的问题太多,现在这种结构的传输线已基本不被使用了,如果要用,就应该把地线分配到电缆的中心位置上的导线,这样能尽量减小环路面积。在设计的时候,也考虑过使用(b)信号线和地线交替排列和(c)地线—信号线—信号线—地线这两种结构。图(b)是一个较好的配置,因为每根导线都紧挨着一个分离的地线,这种排列结构带来的好处就是,环路面积很小,公共阻抗耦合被消除额,并且所有导线之间的串扰被减到最小。图(c)的结构也是每一个信号紧挨一个地线,也有很小的闭合环路面积,但因为两个信号导线共用一个地线,所以会有一些公共阻抗耦合,并且串扰要比图(b)这种结构要高。但在很多应用中,这两种结构可以提供足够的性能了。但美中不足的是,这两种结构所需导线太多,如在此产品中,激光头连接器的信号线就有20根,如果采用这两种结构的话,就会需要30多根连接线。所以上面两种结构在此产品中未能得到采用。最后来讲讲图(d)所示的结构,即在整个电缆宽度范围内使用一个地平面。在这种情况下,环路面积是由信号导线与它下面的地平面之间的间距来决定的。由于这个尺寸小于电缆中线到线的间距,所以环路面积就小于图(b)中交替结构电缆的环路面积,所以本产品的主板上传输线结构均选用这种结构。

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