“Pigtail”有多大影响？【EMC学习】

【现象描述】

某工业控制产品，其信号输出端口使用屏蔽电缆，对该产品进行辐射发射测试时发现，辐射虽然在CLASS B 限值线下但是余量不足，经过初步定位，去掉信号输出电缆后辐射很低，满足 CLASSB 要求，并有 6 dB 以上的余量。

【原因分析】

从测试结果可知，辐射较高的频点集中在150~230 MHz之间，又由于该产品的尺寸较小，只有电缆的长度与较高辐射频点的波长可以比拟，因此该产品辐射较高肯定与电缆有关。屏蔽电缆的连接方式，如下图所示。

该产品使用屏蔽电缆，但是电缆的屏蔽层在接近产品信号端口的地方拧成 Pigtail（猪尾巴）状，长约 10 cm。Pigtail是屏蔽电缆设计与使用时常见的 EMC问题。

Pigtail 的存在，相当于在屏蔽层上串联了一个数十nH的电感，它能够在接口的电缆屏蔽层上因屏蔽层电流的作用而产生一个共模电压。随着频率的增大，Pigtail连接的等效转移阻抗也将迅速增大，这样会使屏蔽电缆全然失去屏蔽效果。Pigtail的存在犹如一个共模电压△U, 并且△U驱动着与Pigtail直接相连的信号线屏蔽层，形成辐射。

【处理措施】

将Pigtail缩短为1cm。

【思考与启示】

(1)屏蔽电缆的屏蔽层一定要360°搭接处理。

(2)如果从风险的概念来评估，据经验，30MHz以上的频率下，屏蔽层电缆具有零长度的“Pigtail”” ,则没有风险；1cm长度的“ Pigtail”” 存在30％风险；3cm长度的”” Pigtail”存在 50％风险；5 cm长度的“Pigta il””存在70％风险。

(3)所有电缆受其寄生电阻、电容、电感影响。先看下面几个简单的例子。可以帮助对读者有个感性的认识：

• 直径1mm的导线，在160MHz时，其电阻是直流状态时的 50倍还要多，这是趋肤效应的结果，迫使 67％的电流在该频率处流动千导体最外层 5µm厚度范围内。

• 长度为25mm,直径为1mm的导线具有大约1pF左右的寄生电容。这听起来似乎微不足道，但在176MHz时呈现大约1kΩ的负载作用。若这根25mm长的导线在自由空间中，由理想的峰－峰电压为5 V、频率为16MHz的方波信号驱动，则在16 MHz的11次谐波处，仅驱动这根导线就有0.45mA的共模电流，这是一个导致辐射发射失败的危险电流。

• 连接器中的引脚长度大约为10 mm ,直径为1mm ,这根导体具有大约10 nH左右的自感。这听起来也是微不足道的，但当通过它向母板总线传输16MHz 的方波信号时，若驱动电流为4 mA, 则连接器件上的电压跌落大约在40 mV 左右，足以引起严重的信号完整性和/或EMC方面的问题。

• 1m长的导线具有大约 1µH左右的电感，把它用于设备接地，便会影响浪涌保护器和滤波器的效果。

• 滤波器的100mm长的地线的自感可达100nH, 当频率超过 5MHz时，会导致滤波器失效。

• 经验数据：对于直径2mm以下的导线，其寄生电容和电感分别是：1pF/英寸和1nH/亳米（对不起没有统一单位，但这更容易记忆）。

注：以上用例来自《EMC电磁兼容设计与测试案例分析》