Digamos que eu tenha um cabo coaxial comum entre um receptor e uma antena. Esse cabo coaxial terá três correntes:
- o sinal desejado
- uma corrente exatamente igual à outra no interior da blindagem (realmente, também o sinal desejado)
- barulho do lado de fora do escudo
Agora, se essa fosse uma linha de transmissão balanceada (não coaxial), eu conectaria o par de condutores a um amplificador diferencial, que rejeitaria a tensão em modo comum. Eu teria certeza de que a impedância de cada lado é igual, de modo que as correntes de modo comum criam apenas tensões de modo comum, para que meu amplificador diferencial de rejeição de tensão de modo comum efetivamente também rejeite correntes de modo comum.
Mas isso é apenas um cabo coaxial comum, com apenas um condutor central. As impedâncias da blindagem e do condutor central não são iguais. Embora o sinal esteja preso dentro do cabo coaxial pela blindagem, posso manter essa separação de correntes quando o cabo coaxial entrar no circuito do meu receptor? Em outras palavras, como faço para fornecer uma referência ao meu circuito receptor que não é afetado pelas correntes de ruído (3)? Ou isso não é possível?
Observe que não estou perguntando sobre alternativas ao cabo coaxial ou outros tipos de cabo coaxial com vários escudos etc. Também não estou muito preocupado com ruídos não ideais introduzidos no cabo coaxial por um escudo imperfeito etc. Um exemplo prático de a situação preocupante seria que eu tenho uma antena conectada a um receptor por algum cabo coaxial e desejo receber o sinal da antena, mas não o sinal da blindagem coaxial (que também pode ser uma boa antena monopolar).
simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab
Respostas:
Em algumas aplicações em que a pureza do sinal é crítica, é usado um cabo coaxial de blindagem dupla (ou mesmo triplo). A blindagem interna transmite o mesmo sinal que o condutor central. Isso torna a capacitância drasticamente menor e a blindagem externa é aterrada. Essencialmente, isso fornece um diferencial para o sinal final único no receptor, com alta rejeição de ruído no modo comum. As blindagens adicionais também ajudam a reduzir drasticamente o ruído irradiado.
Em um sistema de blindagem única, o ruído na blindagem é suprimido pelos filtros EMI. Às vezes, trata-se simplesmente de esferas de ferrite em série com os motivos ou bloqueadores de modo comum. Depende da frequência de interesse e do tipo de ruído qual é a melhor solução. Lembre-se de que você só precisa gastar dinheiro e tempo se preocupando em filtrar as frequências que podem prejudicar seu sistema.
Aqui estão algumas boas ilustrações de murata . E uma discussão do stormcable sobre fontes / tipos de ruído coaxial blindado, bem como diferentes soluções de blindagem coaxial.
Edição: Eu tenho algum tempo para esclarecer como funciona um sistema coaxial com blindagem múltipla. Primeiro, devo enfatizar que você precisa entender seu EMI e como seu design é sensível a ele. Geralmente, isso só pode ser feito testando o design real, pois é impossível modelar completamente os caminhos de acoplamento e o desempenho dos componentes. Portanto, no processo de encontrar soluções, estou fornecendo uma resposta ampla para uma pergunta ampla.
O sinal central se beneficia de alguma filtragem de ruído nos modos comum e não comum devido às múltiplas blindagens externas. Quem já trabalhou com cabo coaxial sabe que não são escudos perfeitos e sempre vazam. A solução de blindagem múltipla oferece um bom equilíbrio entre a rejeição de EMI de modo comum e não comum (desde que sejam finalizadas corretamente para o aplicativo). Adicionar a recepção diferencial fornece uma filtragem de modo mais comum, com a perda de um pouco de rejeição de modo não comum, sobre a qual Andy Aka pergunta.
Então, como combinar uma versão mais ruidosa do sinal com uma versão mais limpa ajuda? Este seria um caso de ruído no modo não comum. Em um sistema com várias blindagens, o ruído no modo não comum é muito menor devido à blindagem extra. Portanto, o barulho que Andy está curioso sobre menos de um problema. No entanto, se o seu sistema é hiper sensível a esse interferente não comum, o uso do sinal diferencial tornará as coisas piores. Seria melhor, neste caso, usar o sinal não diferencial referenciado a uma versão filtrada do sinal de aterramento externo, e apenas colocar o sinal blindado interno em uma carga terminada que corresponda intimamente à carga de impedância do condutor central. Isso pressupõe que seu projeto não se beneficiaria mais com a rejeição adicional de ruído no modo comum.
A redução de ruído adicional usando o sinal diferencial a que me refiro nos comentários é a rejeição de ruído no modo comum. O condutor central e a blindagem interna podem atuar como uma linha equilibrada. As linhas têm impedância semelhante ao terra (idealmente, elas seriam as mesmas, mas isso é difícil de ser feito em um sistema coaxial); portanto, os campos ou correntes interferentes induzem a mesma tensão nos dois fios. Como o receptor responde apenas à diferença entre os fios, ele não é influenciado pela tensão de ruído induzida.
A EMI é um assunto complexo e a internet tem muitas opiniões barulhentas. Para obter mais detalhes sobre o ruído e seus efeitos, e filtrando os dois links que forneci, são excelentes recursos baseados na solução de problemas reais de EMI.
EDIT # 2 (Aqui está uma resposta mais específica após a discussão no chat com Phil): Nesta aplicação analógica de baixa potência, Phil indica que ele tem um ADC de 50Mhz, amostragem de 7 MHz a 30 MHz com uma faixa dinâmica de -55dBm a -110dBm, com um número não especificado. filtro passa-baixo que o precede. Quando ele executa uma FFT, ele vê fontes de ruído provenientes de uma direção que está no ponto nulo de sua antena. A suposição é de que isso deve ser retirado do cabo coaxial, no entanto, eles também podem ser de outras fontes internas ao projeto ou externas, incluindo a própria antena, porque receberão sinais mesmo em pontos nulos. Portanto, neste ponto, sua preocupação é estritamente as fontes de ruído dentro da banda. Ele precisa encontrar a fonte disso metodicamente:
Tenha cuidado com seu alcance dinâmico. Se um único sinal for superior a -55dBm, ele poderá gerar o que parece ruído espúrio em outras frequências misturadas pelos amplificadores AGC quando você estiver tentando amplificar um sinal menor.
Se o item 2 revelar um ruído alto inaceitável, essa fonte de ruído precisará ser isolada. Pode ser uma fonte de alimentação, uma fonte interna de ruído para a placa de circuito impresso ou ser captada dentro da sala. Blindagem, folhas de ferrite macia e contas de ferrite podem ser uma solução aqui, dependendo da fonte.
Se o item 3 não mostrar melhorias, tente alterar a posição das ferritas ao longo do cabo.
As esferas de ferrite também podem ser projetadas no PCB para separar os motivos no cabo coaxial e no PCB na frequência de interesse. Isso causará uma leve perda de energia devido a um reflexo na banda passante, no entanto, a redução de ruído mais do que compensará a perda de energia. O link muratta fornecido acima tem muita discussão sobre o uso de ferrites de PCB para a supressão de ruído.
Às vezes, como um experimento rápido, insiro um barril coaxial feito especialmente para quebrar a conexão do terra no escudo. São apenas dois conectores coaxiais femininos com o pino central soldado juntos. Você terá uma perda de energia e algum vazamento, mas deve informar rapidamente se o caminho do escudo é um problema ou não.
Uma observação sobre a medição nesta banda. Existem muitas fontes de ruído transitório que vêm e vão. Para não arrancar os cabelos durante o teste, use a função MAX HOLD para sua FFT. Execute essa retenção máxima da FFT por 20 a 30 segundos, observando onde os transitórios ocorrem e quanto tempo você precisará executar a retenção máxima para garantir que está vendo tudo. Tente executar os testes o mais rápido possível para que a fonte de ruído não tenha tempo para desligar e confundir seus resultados. Lembre-se de que esses transientes mudarão em tempo, frequência, energia, portanto, monitore-os de perto para entender sua fonte.
O FFTS é limitado na resolução com base na largura de banda de entrada e na taxa de amostragem. Dois esporões diferentes que estão próximos e de fontes diferentes podem se parecer com um sinal. Às vezes, vários transientes na mesma frequência podem ser difíceis de isolar - você pode ter um ruído interno a 8Mhz a -55dBm e um transiente irradiado espalhado por cima a -60dBm. Você pode eliminar a fonte irradiada com uma ferrita e se perguntar por que ainda há um ruído de 8Mhz lá e pensar que a ferrita não funcionou. É um negócio complicado e demorado.
Mais uma observação sobre essa configuração usando uma FFT. Como existe apenas um filtro passa-baixo físico, você não pode usar a FFT para aumentar o zoom em um estímulo de 10Mhz a -90dBm, enquanto você tem outros estímulos / sinais mais fortes, digamos, a 23Mhz. Você provavelmente violará a faixa dinâmica do ADC e gerará um ruído falso falso. Os analisadores de espectro têm uma variedade de filtros comutados para impedir que isso aconteça, de modo que o que você vê na tela é a faixa dinâmica da medição.
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