Что следует знать о помехах между проводами в многожильном кабеле?

Есть две проблемы с перекрестными помехами между проводниками кабеля: емкостная связь и индуктивная связь.

Индуктивная связь возникает из-за того, что ток, протекающий по проводу, создает круговое магнитное поле вокруг этого провода. Это также работает в обратном порядке. Если провод подвергается воздействию изменяющегося кругового магнитного поля вокруг него, в нем будет индуцироваться напряжение. Следовательно, если по одному проводу течет изменяющийся ток, а другой провод находится достаточно близко, так что часть результирующего кругового магнитного поля также окружает этот второй провод, то во втором проводе индуцируется напряжение.

Самый эффективный способ борьбы с этой проблемой — убедиться, что протекают равные и противоположные обратные токи, чтобы магнитные поля двух токов уравновешивались. Лучший способ обеспечить это – коаксиальный кабель. Вне кабеля два равных и противоположных тока компенсируются, и нет чистого магнитного поля.

Внутри многожильного кабеля, как вы описываете, это обычно делается с помощью витой пары. В любой точке два проводника находятся рядом друг с другом. На достаточном расстоянии два потока гасят друг друга, но вблизи — нет. Другой провод, идущий ближе к одному из проводов пары, будет предпочтительно принимать сигнал от этого провода. Вот почему провода скручены вместе. Прямой провод рядом с витой парой будет попеременно ближе к одному проводнику, чем к другому проводнику витой пары. Каждый индуцирует противоположное напряжение, поскольку направление тока противоположно в двух проводах витой пары. Однако они усредняются до нуля по любому целому числу поворотов. В достаточно длинном кабеле они обычно достаточно хорошо усредняются.

Однако есть еще одна проблема с витой парой. Предположим, у вас есть несколько витых пар в одном кабеле, что, вероятно, имеет место в кабеле, который вы описываете. Если крутки одной пары синхронизированы с крутками другой пары, то индуцированное напряжение больше не компенсируется в долгосрочной перспективе. Вот почему кабели с несколькими витыми парами обычно имеют разный шаг скручивания для каждой пары. Допустим, у одной пары 11 витков на фут, а у другой 13 витков на фут. Над любым футом индуцированное связанное напряжение снова гаснет. Взгляните на спецификацию кабеля CAT5, и вы увидите, что различные шаги скручивания для каждой из четырех пар тщательно указаны.

Емкостная связь возникает из-за того, что между любыми двумя проводниками во Вселенной существует некоторая конечная емкость. Для вещей, достаточно далеких друг от друга, этим обычно можно пренебречь. Однако разные проводники в многожильном кабеле соприкасаются друг с другом на большом расстоянии, так что нельзя игнорировать емкостную связь. Лучшая защита от емкостной связи — это экран, но он дорогой, и вы говорите, что ваш кабель не имеет внутренних экранов. Здесь снова помогает витая пара. Между парами по-прежнему будет емкостная связь, но при правильной стратегии скручивания, как описано выше, не будет особой предпочтительной связи с одним проводником пары. Другими словами, скручивание приведет к тому, что вся связь будет синфазной, а дифференциальная мода в основном компенсируется.

Итак, чтобы, наконец, получить какой-то ответ, убедитесь, что каждый сигнал передается по отдельной витой паре, а прямой и обратный токи этого сигнала передаются по этой паре. Затем обработайте любой сигнал как дифференциальный. Поймите, что к каждой паре будет добавлен синфазный шум, и примите соответствующие меры. Внешний мир также будет иметь шум, и из-за скручивания этот шум будет проявляться как синфазный сигнал на каждой паре. 10 base-T и более поздние версии Ethernet, например, имеют трансформаторную связь на каждом конце отчасти по этой причине, а также во избежание контуров заземления.

Все это говорит о том, что я думаю, что пропускать токи катушки шагового двигателя по тому же кабелю, что и сигналы, просто безумие. Это вызовет проблемы. Я бы серьезно рассмотрел возможность отправки управляющих сигналов и питания для шаговых двигателей, но поместил драйверы шаговых двигателей рядом с шаговыми двигателями. Это также позволяет использовать крышку локального резервуара питания, чтобы снова снизить импеданс источника питания после длинной прокладки кабеля. Имея сопротивление и индуктивность кабеля между драйвером шагового двигателя и шаговым двигателем, возникает больше проблем.