Виды помех в линиях передачи информации и способы борьбы с ними

на страницах сайта

www.electrosad.ru

В статье "Компьютер как источник помех" я попробовал рассказать о помехах с которыми приходится сталкиваться в ПК. Она была помещена на сайт в 2006 году, но последние неграмотные публикации показали что ее надо доработать, расширив раздел посвященный распространению помех по линиям передачи и борьбе с ними. Это позволит более грамотно применять защиту от помех и избежать терминов "магнитный изолятор", "активный импеданс ферритового элемента".

 

 

Современные узлы ПК используют полупроводниковые микросхемы (чипы) выполненные на основе КМОП и подобных структур и по тонким технологическим процессам, поэтому с более высоким быстродействием. Такие структуры имеют высокое входное сопротивление поэтому для исключения искажений сигнала и согласования линий передачи информации на входе ПК применяются согласующие резисторы. Для передачи информации в ПК в основном применяются два типа линий. Это коаксиальные, двухпроводные линии и экранированные двухпроводные линии.

 

Линии передачи информации

Именно с ростом быстродействия и соответственно полосы частот передаваемых по линиям, ушли в прошлое однопроводные линии, где в качестве обратного проводника использовались - один общий проводник или МАССА прибора или ПК.

Как уже говорилось выше, для передачи информации в ПК применяются коаксиальные и двухпроводные линии. Последние могут быть как параллельная или скрученная пара. Причем последняя применяется чаще на длинных линиях поскольку меньше излучает вовне и имеет меньшие наводки от внешних источников помех..

 

Прохождение сигнала по линии

Прохождение сигнала по линии связи показаны на рис 1.

 

Рисунок 1.

Полезный сигнал идет по линии связи от генератора G к нагрузке Rн и показан стрелками.  Так передается перепад напряжения. Аналогично передается сигнал и по коаксиальной линии. Только с тем отличием, что одним из проводников (обратным) является оплетка кабеля.

Но коаксиальная линия имеет существенное преимущество. Ее экран (оплетка) хоть и не совершенен, его экранирование имеет величину порядка 30 дб, но существенно ослабляет синфазную помеху (примерно на ту же величину).

 

Синфазная помеха

Синфазная помеха на двухпроводной линии передачи наводится, как правило, внешним источником помехи и через взаимную емкостную связь между проводниками линии.

Что касается наведенных помех в линиях передачи информации (сигнала) рекомендую почитать книгу (Список литературы [6])

 

Рисунок 2.

 

Здесь синим цветом показано прохождение полезного (информационного) сигнала по линии, а красным синфазная помеха наведенная на оба проводника линии передачи и распространяющаяся к нагрузке Rн. На Rн происходит суммирование обоих сигналов, что приводит к искажению сигнала.

 

Коаксиальная линия

КЛ используется давно и успешно как для передачи импульсных так и радиочастотных сигналов.

Прохождение сигнала по коаксиальной линии показано на рис. 3.

 

Рисунок 3.

 

На рис. 2 показана передача по коаксиальной линии перепада напряжения (полезного сигнала) - синим цветом и синфазной помехи по оплетке кабеля и центральной жиле в одном направлении - красным цветом.

Как уже говорилось выше производимые сейчас гибкие коаксиальные линии имеют степень экранирования по напряженности электрического поля порядка 30 дб. Данной величины эффекта экранирования достаточно чтобы при уровне помех в бытовых, производственных помещениях и внутри ПК можно было считать что синхронные помехи в коаксиальных кабельных линиях передачи информации отсутствуют.

Но коаксиальные линии имеют свою особенность. За счет конечного ослабления оплетки сигнал изнутри линии просачивается на внешнюю сторону оплетки - образуется так называемая "поверхностная волна". Ее особенность в том, что ее время прохождения по кабелю отличается от времени прохождения полезного сигнала. В результате они приходят к Rн в разный момент времени.

Кроме того на оплетку может наводиться помеха от внешних источников, которая тоже может распространяться по поверхности кабеля и в нагрузке накладываться на полезный сигнал.

Коаксиальная линия, как пишут специалисты по цифровой технике (компьютерщики), имеет существенный недостаток, ее сложно подводить к разъемам. Правда ее сложно подводит к разъемам для этого не предназначенным. Сейчас существуют конструкции разъемов лишенные этого недостатка.

 

Свойства ферритов

Для работы в устройствах подавления помех в кабельных линиях применяются ферриты, относящиеся к классу материалов называемых магнитодиэлектриками. Даже с большой натяжкой назвать их "магнитными изоляторами" нельзя.

 

Рисунок 4.

На рис.4 показаны частотные характеристики ферритов.

Зависимость от частоты:

  1. μ' - магнитной проницаемости - сплошная линия,
  2. tgδ - тангенс угла потерь - пунктирная линия.

Привожу их для того чтобы Вы поняли, они имеют конечные рабочие частоты. Другие типы ферритов (высокочастотные) имеют другие граничные частоты, но их ход полностью аналогичен.

Вообще ферриты нормально работают до частот сотен мегагерц. Но у таких ферритов низкая диэлектрическая проницаемость μ' и их эффективность при применении в рассматриваемых приложениях снижается.

На частотах до граничной частоты работы феррита они работают в режиме заградительного фильтра (см. далее), а на более высоких частотах ферриты работают на поглощение ВЧ помех и перевода их энергии в тепло. Потому что для частот выше граничной возрастают потери в них за счет появляющихся в них токах.

 

Борьба с помехами в кабельных линиях
Существующие способы подавления исходящих и входящих ВЧ помех в линиях передачи информации ПК используют давно известный способ уже давно применяемый в радиотехнике. Это ферритовые трубки, они защищают внешние линии подключения к компьютеру  от высокочастотных помех. Они эффективно подавляют ВЧ помехи, распространяющиеся по поверхности коаксиальных линий (поверхностная волна) и синфазные помехи в двухпроводных линиях, подчеркиваю, как от исходящих, так и от внешних помех.

Данное решение является продолжением хорошо известного и показанного на рис. 5.

 

Рисунок 5.

 

Аналогично выполняется фильтрация линий USB порта непосредственно на системной плате, отличается только тем что помехи фильтруются в 4х проводной линии.

 

Рисунок 5.1.

 

Как в показанном на рис. 5 и 5.1, так и при использовании ферритовых трубок защита осуществляется за счет включения в линию передачи последовательной индуктивности, которая существенно снижает синфазную помеху, но не влияет на сам сигнал. Данное решение аналогично работает и с коаксиальным кабелем, существенно снижая поверхностную волну.

Это совсем не "существенный активный импеданс", а смешанный, на частотах ниже граничной частоты феррита - это чисто индуктивный импеданс, а на более высоких частотах это сопротивление потерь и энергия помехи поглощается материалом трубки и переходит в тепло .

Эффективность ферритового кольца тем выше чем больше витков намотано на нем (чем выше индуктивность).

Главное и ферритовое кольцо и трубка должны находиться как можно ближе к приемнику сигнала. Если линия двунаправленная то надо ставить две ферритовые трубки на концах кабеля, непосредственно у разъемов. Пример такого применения трубок показан ниже.

 

 

Сейчас ферритовые трубки широко продаются и можно их поставить там где Вы обнаружите наличие помех (например - посторонних шумов).

 

Заключение

Применение описанных фильтров снижает уровень помех излучаемых ПК.

Применив показанное на рис. 5 решение я избавился (по крайней мере вывел за порог слышимости) от нудного гула в колонках.

А применение ферритовых трубок на всех кабелях дало возможность слушать, на весьма чувствительный радиоприемник, в метре - полутора от ПК радиостанции работающие в длинноволновом диапазоне на ферритовую антенну. Ранее это можно было делать на расстоянии не менее 3-5 м.

 

Ссылки на статьи по данной теме на сайте:

  1. Компьютер как источник помех 
  2. Виды помех в линиях передачи информации и способы борьбы с ними ,
  3. Борьба с помехами передаваемыми по линиям передачи информации и резонансами в них
  4. Борьба с помехами, самовозбуждениями и паразитными связями в электронных схемах и резонансами в них

 

А. Сорокин

февраль 2009 г.

Яндекс.Метрика

<<назад>> <<в начало>> <<на главную>>

Попасть прямо в разделы сайта можно здесь:

При полном или частичном использовании материалов ссылка на "www.electrosad.ru" обязательна.
Ваши замечания, предложения, вопросы можно отправить автору через
гостевую книгу или
почтой.

Copyright © Sorokin A.D.

2002-2012