Что я должен знать о помехах между проводами в многожильном кабеле?

Я хочу использовать многожильный кабель для нескольких различных цепей. Что мне нужно знать о помехах между цепями в многожильном кабеле?

Некоторые из проводов будут доставлять и возвращать катушку шагового двигателя. Я подозреваю, что из-за больших, быстро меняющихся токов это будет излучать много ЭДС и, вероятно, должно быть экранировано.

Другие провода будут нести оптический переключатель питания, возврата и вывода. Эта схема, вероятно, нечувствительна к шуму и не очень хороша.

Другие провода могут нести высокоскоростные цифровые данные. Эти схемы, вероятно, чувствительны к шуму и могут также создавать некоторые.

Могу ли я запустить все это в одном кабеле? Что еще мне нужно рассмотреть?

РЕДАКТИРОВАТЬ: Давайте предположим, что я говорю об использовании кабеля, который имеет один экран вокруг всех проводов, вместо отдельных экранированных пучков из нескольких проводов.

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

Индуктивная связь происходит потому, что ток, протекающий через провод, создает вокруг него круговое магнитное поле. Это также работает в обратном порядке. Если провод подвергается воздействию изменяющегося кругового магнитного поля вокруг него, будет индуцировано напряжение. Следовательно, если один провод несет переменный 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.

Наиболее эффективный способ борьбы с этой проблемой состоит в том, чтобы обеспечить равный и противоположный обратный ток, протекающий так, чтобы магнитные поля двух токов подавлялись. Лучший способ обеспечить это - коаксиальный кабель. За пределами кабеля два равных и противоположных тока отменяются, и чистого магнитного поля нет.

Внутри многожильного кабеля, как вы описали, это обычно делается с помощью витой пары. В любой точке два проводника находятся рядом друг с другом. Достаточно далеко, два течения отменяются, но близко они этого не делают. Другой провод, идущий ближе к одному проводу пары, будет преимущественно принимать сигнал с этого провода. Вот почему провода скручены вместе. Прямой провод рядом с витой парой будет поочередно ближе к одному проводнику, чем к другой витой паре. Каждый индуцирует противоположное напряжение, так как направление тока противоположно в двух проводах витой пары. Тем не менее, они усредняются до нуля по любому целому числу поворотов. В достаточно длинном кабеле они обычно достаточно хорошо усредняются.

Есть еще одна проблема с витой парой. Предположим, у вас есть несколько витых пар в одном кабеле, что, вероятно, относится к описанному вами кабелю. Если изгибы одной пары синхронизированы с изгибами другой пары, то индуцированное напряжение больше не отменяется в долгосрочной перспективе. Вот почему кабели с несколькими витыми парами обычно имеют различный шаг скручивания для каждой пары. Допустим, у одной пары 11 витков / фут, а у других 13 витков / фут. В течение любой ноги индуцированное связанное напряжение снова исчезает. Взгляните на спецификацию кабеля CAT5, и вы увидите, что для каждой из четырёх пар тщательно указаны разные значения шага кручения.

Емкостная связь обусловлена ​​тем, что между каждыми двумя проводниками во вселенной существует некоторая конечная емкость. Для вещей достаточно далеко друг от друга это обычно можно игнорировать. Тем не менее, разные проводники в многожильном кабеле находятся на большом расстоянии друг от друга, так что емкостную связь нельзя игнорировать. Лучшая защита от емкостной связи - экран, но он дорогой, и вы говорите, что у вашего кабеля нет внутренних экранов. Здесь снова помогает витая пара. Между парами все еще будет емкостная связь, но при правильной стратегии скручивания, как описано выше, не будет особой преференциальной связи с одним проводником пары. Другими словами, скручивание приведет к тому, что вся связь будет в общем режиме, а дифференциальный режим в основном отменяется.

Итак, чтобы наконец получить какой-то ответ, убедитесь, что каждый сигнал передается отдельной витой парой, а прямой и обратный ток этого сигнала все переносится этой парой. Затем обработайте любой сигнал как дифференциальный. Поймите, что к каждой паре будет добавлен синфазный шум, и примите соответствующие меры. Во внешнем мире также будет шум, и из-за скручивания этот шум будет отображаться как общий режим для каждой пары. Например, 10 base-T и более поздние Ethernet-сети имеют трансформаторную связь на каждом конце частично по этой причине, а также во избежание контуров заземления.

Все это говорит, я думаю, что токи катушек шагового двигателя через тот же кабель, что и сигналы, просто сумасшедшие. Это вызовет проблемы. Я бы серьезно посмотрел на отправку сигналов управления и питания на шаговые двигатели, но расположил драйверы шаговых двигателей рядом с шаговыми двигателями. Это также позволяет локальному колпачку силового резервуара снова обеспечивать низкий импеданс источника питания после длительной прокладки кабеля. Сопротивление и индуктивность кабеля между шаговым приводом и шаговым двигателем создает дополнительные проблемы.