CN108337016A - 一种产生附加串扰的远端串扰消除方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种产生附加串扰的远端串扰消除方法，属于抑制信号串扰噪声的领域。通过提取传输线的电磁参数，根据感性耦合与容性耦合大小对比，在传输线系统的远端添加串扰“补偿”电路，从而在远端产生一“附加串扰”，达到消除或一定程度抑制串扰的作用，本发明解决了传输线在弱耦合且为电气短线的情况下，多导体传输线的远端串扰对信号完整性的影响。

Description

一种产生附加串扰的远端串扰消除方法
技术领域
本发明属于抑制信号串扰噪声领域，主要是涉及一种产生“附加串扰”的远端串扰消除技术。
背景技术
随着现代电气、电子技术的发展，复杂系统内的电磁干扰问题越来越突出。串扰是导线相互之间产生的一种电磁干扰现象，从电路角度看它是由导线间的互容和互感引起的；从电磁波的角度来看，则是由导线间高频的交变电流在空间产生的位移电流和电磁感应所致。当电缆线束工作频率较高，耦合路径较长时，被干扰线上可能产生较强的串扰噪声，这将对线缆连接的下级设备产生干扰、谐波等不良影响，严重时可能导致系统可靠性降低、信号传输失效等，最终导致信号传输质量下降。
串扰的抑制或者消除技术一直是串扰的研究重点。屏蔽和双绞差分通常是抑制串扰的主要手段。此外，通信编码、无源滤波器等辅助方案也可以用于继续减少传输线之间的串扰对信号传输质量的影响。目前，串扰的有源消除技术尚未被大量研究或设计，因此可以设计一种的产生“附加串扰”的“补偿”电路，并将其用于消除远端串扰，其中，远端是指靠近下级设备的一端，近端是指靠近源端的一端。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种产生附加串扰的远端串扰消除方法，该方法能够用于消除远端串扰。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
1.产生“附加串扰”的远端串扰消除方法中，“附加串扰”的产生方法。首先对传输线提取电磁参数，根据感性耦合与容性耦合强弱对比，选择适当的“补偿”电路，得到“附加串扰”。
2.“补偿”电路的设计方法。当感性耦合强于容性耦合时，在传输线远端加入RC相位补偿电路和RL正相电路；当感性耦合强于容性耦合时，在传输线远端加入RC相位补偿电路和RL反相电路。
具体的，一种产生附加串扰的远端串扰消除方法，在传输线系统中，对于传输线为弱耦合且为电气短线的情况下，根据感性耦合与容性耦合强弱对比，在传输线远端加入RC相位补偿电路与RL正/反相电路，所述RC相位补偿电路用于弥补负载端与电源端的相位差，同时根据感性耦合与容性耦合强弱对比选择RL正/反相电路，从而在远端产生“附加串扰”，“附加串扰”与原传输线系统固有的串扰相互抵消，从而达到消除串扰的目的。
当感性耦合强于容性耦合时，在传输线远端加入RC相位补偿电路和RL正相电路，对远端串扰进行抑制。
当感性耦合弱于容性耦合时，在传输线远端加入RC相位补偿电路和RL反相电路，对远端串扰进行抑制。
本发明相比现有技术，具有以下有益效果：
本发明通过提取传输线的电磁参数，根据感性耦合与容性耦合大小对比，在传输线系统的远端添加串扰“补偿”电路，从而在远端产生一“附加串扰”，达到消除或一定程度抑制串扰的作用，其解决了传输线在弱耦合且为电气短线的情况下，多导体传输线的远端串扰对信号完整性的影响。
附图说明
图1为“单干扰+单受扰”传输线模型；
图2为链参数矩阵表征的(2+1)端口网络；
图3为串扰消除原理图；
图4为RC相位补偿电路图；
图5为RL正(反)相电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
一种产生附加串扰的远端串扰消除方法，如图1所示为“单干扰+单受扰”传输线模型，多导体传输线模型串扰消除方法与此类似，其中传输线的长度为l，干扰线上的源由噪声源US和源电阻RS组成，RNE与RFE表示受扰线上的近端负载和远端负载。从图1中可以看出，具体步骤为：
1.将图1端口中的端口处的电压电流用链参数矩阵表征(如图2所示)，链参数矩阵可以表示为:
其中，U(0)和U(l)分别代表近端端口电压和远端端口电压，IG(0)表示干扰线近端端口电流，IG(l)表示干扰线远端端口电流，UG(0)表示干扰线近端端口电压，UG(l)表示干扰线远端端口电流，IR(0)表示受扰线近端端口电流，IR(l)表示受扰线远端端口电流，UR(0)表示受扰线近端端口电压，UR(l)表示受扰线远端端口电压，表示传输线的链参数矩阵，端口电流也有相同的表示方法。可以看出，近端端口与远端端口之间存在着由链参数矩阵表征的函数关系。
2.远端串扰传递函数可以表示为：
其中，HFE(ω)表示远端串扰传递函数，表示受扰线远端端口电压相量，表示干扰线近端端口电压相量。
对于干扰线与受扰线间为弱耦合且在电气短线(l<<λ)时，λ表示电磁波波长，HFE可近似为
其中，j表示虚数单位，ω表示角频率，cm表示互容，lm表示互感，RL表示干扰线远端电阻。
3.对于某一确定的传输线系统，HFE为定值，而为干扰线近端电压。若欲使图2中则设法在R线远端产生一“附加串扰”使得
则远端串扰得到抑制。
4.根据图3，在干扰线与受扰线远端添加“补偿电路”，其结构HX由两部分构成，第一部分为HX1，即RC相位补偿电路(图4)，其目的为来弥补负载端与电源端的相位差。对于传输线为均匀无损的情况下，干扰线首末两端相位差为
K≈e-jβl (4)
其中，K表示干扰线首末两端相位差，β表示相位常数。
RC相位补偿电路的传递函数为
其中，HRC(ω)表示相位补偿电路的传递函数，Uo表示输出电压，Ui表示输入电压，C表示电容，R、R1、R2均表示相位补偿电路中的第一、第二、第三电阻。
对于某一频率ω，只要选择合适的R、R1、R2与C，使：
即实现了相位补偿功能。
5.“补偿电路”的第二部分为RL幅值补偿电路，根据HX2的正负来选择不同的补偿电路，其中HX2＝-HFE。
当HX2>0时，选择RL正相电路(图5a)，其传递函数H1(ω)为
选取合适的RL正相电路的参数与端口负载，使H1(ω)＝-HFE(ω)，即消除了远端串扰。
当HX2<0时，选择RL反相电路(图5b)，其传递函数H2(ω)为
选取合适的RL反相电路的参数与端口负载，使H2(ω)＝-HFE(ω)，即消除了远端串扰。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种产生附加串扰的远端串扰消除方法，其特征在于：在传输线系统中，对于传输线为弱耦合且为电气短线的情况下，根据感性耦合与容性耦合强弱对比，在传输线远端加入RC相位补偿电路与RL正/反相电路，所述RC相位补偿电路用于弥补负载端与电源端的相位差，同时根据感性耦合与容性耦合强弱对比选择RL正/反相电路，从而在远端产生“附加串扰”，“附加串扰”与原传输线系统固有的串扰相互抵消，从而达到消除串扰的目的。
2.根据权利要求1所述产生附加串扰的远端串扰消除方法，其特征在于：当感性耦合强于容性耦合时，在传输线远端加入RC相位补偿电路和RL正相电路，对远端串扰进行抑制；
当感性耦合弱于容性耦合时，在传输线远端加入RC相位补偿电路和RL反相电路，对远端串扰进行抑制。
3.根据权利要求2所述产生附加串扰的远端串扰消除方法，其特征在于：对传输线系统端口中的端口处的电压电流用链参数矩阵表征，链参数矩阵表示为：
其中，IG(0)表示干扰线近端端口电流，IG(l)表示干扰线远端端口电流，UG(0)表示干扰线近端端口电压，UG(l)表示干扰线远端端口电流，IR(0)表示受扰线近端端口电流，IR(l)表示受扰线远端端口电流，UR(0)表示受扰线近端端口电压，UR(l)表示受扰线远端端口电压，表示传输线的链参数矩阵；
远端串扰传递函数表示为：
其中，HFE(ω)表示远端串扰传递函数，表示受扰线远端端口电压相量，表示干扰线近端端口电压相量；
对于干扰线与受扰线间为弱耦合且在电气短线l<<λ时，λ表示电磁波波长，HFE为：
其中，j表示虚数单位，ω表示角频率，cm表示互容，lm表示互感，RL表示干扰线远端电阻；
对于某一确定的传输线系统，HFE为定值，而为干扰线近端电压；若欲使则设法在R线远端产生一“附加串扰”使得：
则远端串扰得到抑制。
4.根据权利要求3所述产生附加串扰的远端串扰消除方法，其特征在于：干扰线首末两端相位差为：
K≈e-jβl
其中，K表示干扰线首末两端相位差，β表示相位常数；
RC相位补偿电路的传递函数为：
其中，HRC(ω)表示相位补偿电路的传递函数，Uo表示输出电压，Ui表示输入电压，C表示电容，R、R1、R2均表示相位补偿电路中的第一、第二、第三电阻；
对于某一频率ω，选择R、R1、R2与C，使：
即实现了相位补偿功能。
5.根据权利要求4所述产生附加串扰的远端串扰消除方法，其特征在于：当HX2>0时，HX2表示RL幅值补偿电路，选择RL正相电路，其传递函数H1(ω)为：
选取RL正相电路的参数与端口负载，使H1(ω)＝-HFE(ω)，即消除了远端串扰；
当HX2<0时，选择RL反相电路，其传递函数H2(ω)为：
选取RL反相电路的参数与端口负载，使H2(ω)＝-HFE(ω)，即消除了远端串扰。
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