DE2258672A1 - Anordnung zur breitbandigen entstoerung von elektrischen leitungen - Google Patents

Anordnung zur breitbandigen entstoerung von elektrischen leitungen

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DE2258672A1
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interference
attenuators
suppression
frequency
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Application number
DE19722258672
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English (en)
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Otto Beholz
Alfons Dipl-Ing Freiburg
Dieter Dr-Ing Stoll
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B3/00Line transmission systems
    • H04B3/02Details
    • H04B3/30Reducing interference caused by unbalanced currents in a normally balanced line
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/42Networks for transforming balanced signals into unbalanced signals and vice versa, e.g. baluns
    • H03H7/425Balance-balance networks
    • H03H7/427Common-mode filters
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/01Frequency selective two-port networks
    • H03H7/0123Frequency selective two-port networks comprising distributed impedance elements together with lumped impedance elements
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/01Frequency selective two-port networks
    • H03H7/06Frequency selective two-port networks including resistors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

  • Anordnung zur breitbandigen Entstörung von elektrischen Leitungen Bei der Entwicklung von modernen Systemen für Meßwert-und Datenverarbeitung sind drei wesentliche Forderungen einzuhalten: 1) Unbedingte Betriebssicherheit 2) Hohe und hochste Genauigkeit 3) Verarbeitung eines möglichst breiten Frequenzbereichs.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung, die der Erfüllung der Forderung nach Verarbeitung eines möglichst breiten Frequenzbereichs dient. Die sich daraus ergebende Problematik betrifft die Störsicherheit eines elektrischen Systems. über dessen Leitungen bekanntlich der wesentliche Teil der Störungen in das System selbst gelangt. Derartige Störungen sind insbesondere dann kritisch, wenn ihre Frequenz in die Nähe der Arbeitsfrequenzen des jeweiligen Systems reicht.
  • Es sind mehr oder weniger aufwendige,Schaltungen bekannt, die jeweils mehr empirisch dem betreffenden System angepaßt sind und die Störsicherheit des Systems erhöhen. Bezüglich elektronischer Meßgeräte ist es bekannt, solche mit erdfreiem Eingang und Ausgang zu konzipieren, so daß die normalerweise über Erdschleifen in ein Mengerät einfließenden Störungen ausgeschaltet sind. Bezüglich der Erhöhung der Störsicherheit von Logikschaltungen ist es bekannt, Störung und Signal durch Schwellertschaltungen, insbesondere auch durch Miller-Integratoren, zu separieren.
  • Bei größeren und komplexeren Systemen,beispielsweise der Datenverarbeitung, können einerseits jedoch keine Erdschleifen vermieden werden und andererseits kann auch nicht durch eine Einzelmaßnahme wie beispielsweise die Einfügung eines Integrationselements der gewünschte Grad an Störsicherheit erreicht werden.
  • So ist es bereits bekannt geworden, Übertragungsleitungen in Datenverarbeitungsanlagen mittels Ringkernen zu verdrosseln. Durch diese Maßnahme kann jedoch jeweils nur in einem ganz bestimmten, durch die Materialeigenschaften des betreffenden Ringkerns festgelegten Frequenzbereich.
  • eine Unterdrückung der Störungen erreicht werden. In bestimmten Frequenzgebieten findet somit bei bestimmten Kernen keine Störunterdrückung statt.
  • Dieser bekannten Maßnahme haftet ferner der Nachteil an, daß die Störenergie nicht absorbiert wird. In den verdrosselten Leitungen werden zwar die Störströme an einer weiteren Ausbreitung gehindert, in benachbarten, nicht verdrosselten Leitungen können die abgeblockten Störströme jedoch wirksam werden, und zwar zusätzlich zu den ohnehin vorhandenen Störungen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Anordnung zu schaffen, die diese Nachteile vermeidet, indem sie in einem breiten und lückenlos geschlossenen Frequenzbereich Störungen nicht nur bezüglich ihrer Wirksamkeit unterdrückt, sondern auch absorbiert.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Leitungen von einer Mehrzahl von benachbart angeordneten ferromagnetischen Dampfungrgliedern unterschiedlicher Verlusteigenschafte umschlossen sind, von denen jedes einzelne in einem bestininten Frequenzbereich wirksam ist. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Einzelheiten der Erfindung werden unter Zugrundelegung der Zeichnungen anhand der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
  • In der Zeichnung sind im einzelnen dargestellt: in Fig. la eine Signalkabelverdrosselung gemäß Stand der Technik; in Fig. Ib ein Ersatzschaltbild für eine Gleichtaktstörung gemäß der Anordnung nach Fig. ta; in Fig. 2a eine erfindungsgemäße Anordnung zur breitbandigen Entstörung elektrischer Leitungen; in Fig. 2b ein Ersatzschaltbild für eine Gleichtaktstörung gemäß der Anordnung nach Fig. 2a; in Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Auswahl der als Dämpfungsglieder verwendeten Ringkerne.
  • In Fig. la ist ein Ausschnitt einer Datenübertragungsstrecke dargestellt, wobei Hin- und Rückleiter zwischen zwei Geräten G1 und G2 eines Datenverarbeitungssystems mittels eines Ringkerns K miteinander verdrosselt sind. Entsprechend der Darstellung führen der obere und der untere Leiter jeweils gegensinnig gerichtete Nutzsignalströme gleichen Betrag iN denen aufgrund der zwischen den Geräten G1 und G2 wirksamen Erdschleife zwei gleichgroße, gleichsinnige Störkomponenten ie/2 überlagert sind, die den Gleichtaktstörstrom e bilden.
  • Fig. lb zeigt das Ersatzschaltbild für den Gleichtaktstörstrom ie, wobei die Erdschleife über eine Kapazität C geschlossen ist, die mit der durch den Ringkern verkörperten Induktivität L eine Serienresonanz bildet.
  • Sieht man von den geringen Leitungs- und Kondensatorverlusten der Erdschleife ab, so wird im Falle der Serienresonanzfrequenz die Impedanz der Erdschleife zu Null.
  • Im allgemeinen läßt sich die Impedanz einer Ringkerndrossel durch die Reihenschaltung eines reellen Widerstandes und eines Blindwiderstandes darstellen. Im Falle. der Serienresonanzfrequenz ergibt sich nun für die Summe der Blindwiderstände der Erdschleife der Wert Null, wogegen- der reelle Widerstand der Ringkerne erhalten bleibt.
  • Entsprechend der Darstellung von Fig. la ist noch ein drittes Gerät G3 dargestellt, das gemäß der Verdrosselung nach dem Stand der Technik zusätzlich zur eigenen Störung noch die der zwischen den Geräten G1 und G2 wirksamen Erdschleife verarbeiten muß.
  • Aus der Forderung nach- einer sehr breitbandigen Wirkung eines Filters, sowie nach Absorption der Störenergie ergibt sich die in Fig. 2a dargestellte erfindungsgemäße Anordnung.
  • Um zu vermeiden, daß die Impedanz der Erdschleife im Bereich der Resonanzfrequenzen Null wird, muß ein Ringkern gewählt werden, der über einen breiten Frequenzbereich einen möglichst hohen reellen Widerstand aufweist.
  • In Fig. 2a ist eine Übertragungsstrecke dargestellt, die grundsätzlich gleicheVerhältnisse aufweist und gleichen Bedingungen unterworfen ist wie die Übertragungsstrecke nach Fig. la. In erfindungsgemäßer Weise sind hierbei jedoch mehrere Ringkerne nebeneinander angeordnet, die sich in erster Linie durch ihre Naterialeigenschaften unterscheiden.
  • Fig. 2b zeigt das Ersatzschaltbild der Anordnung nach Fig. 2a, wobei zusätzlich zum Ersatzschaltbild nach Fig. lb ein Serienwiderstand R5 vorgesehen ist.
  • Entsprechend dem jeweiligen Material haben die verschiedenen Ringkerne auch jeweils unterschiedliche physikalische Eigenschaften. Die im gegebenen Zusammenhand interessierende Eigenschaft betrifft die Abhängigkeit des Serienwiderstands Rs von der Betriebsfrequenz f, also die frequenzabhängigen Verluste.
  • Anhand des Diagramms nach Fig. 3 ist zu zeigen, wie die Ringkerne im einzelnen ausgewählt werden. Bei diesem Diagramm ist auf der Abszisse im logarithmischen Maßstab die Betriebsfrequenz f, auf der Ordinate im linearen Maßstab der Serienwiderstand Rs aufgetragen. Wie bereits erwähnt, kommt es darauf an, zur Vermeidung von Serienresonanzfrequenzen jeweils einen möglichst großen Serienwiderstand R5 zu haben.
  • Entsprechend dem Diagramm nach Fig. 3 wählt man somit für die Frequenzbereiche f < f1 f1 < f< f2 f2 > f jeweils die Ringkerne, deren Serienwiderstand R5 im fraglichen Frequenzbereich den relativ höchsten Wert aufweist.
  • Auf die in Fig. 2adargestellte Anordnung übertragen, läßt sich somit folgende Aussage treffen: Im Frequenzbereich f < f1 dient der Ringkern K1 zur Vermeidung der Resonanzfrequenzen. Im Frequenzbereich f1 < f < f2 dient dazu der Ringkern K2 und im Frequenz--bereich f> f2 der Ringkern K3.
  • Zu niedrigen Frequenzen hin ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe nicht durch einen Ringkern alleine zu lösen.
  • Der Serienwiderstand R5 der Ringkerne ist, wie auch dem in Fig. 3 dargestellten Diagramm zu entnehmen ist, bei niedrigen Frequenzen so klein, daß in diesem Frequenzbereich Serienresonanzen auftreten können.
  • Um jedoch auch bei niedrigen Frequenzen eine hohe Störsicherheit gegen Resonanzen zu erzielen, wird ein Ringkern KR als Transformator zwischen den Leitern und einem ohm'schen Widerstand fl benutzt. Dadurch wird in niedrigen Frequenzbereichen ein Wirkwiderstand eingekoppelt, der ebenfalls der Vermeidung von Serienresonanzfrequenzen dient.
  • Die Erfindung ermöglicht es, ein Gleichtaktfilter zu konziperen, dessen Wirkungsbereich ein sehr breites Frequenz-',Jnd umfarJt und as sowohl für Signal- als auch Netzleitungen verwendet werden kann. Dabei können gegebenenfalls Ringkerne zusç3menge'cleDt werden und/oder in verschiedenen Kanunern eines metailischcn Gehäusen untergebracht werden. Darüber hinaus können die Leitungen auch mehrfach durch den Kern geführt, also um den Kern gewickelt werden, wodurch sich die Impedanz einer Erdschleife ebenfalls beeinflussen läßt.
  • Durch die erfindungsgemäße Anordnung mehrerer Ringkerne und die daraus resultierende Absorption der Störenergie werden auch die zwischen zwei funktionell zusammenwirkenden Geräten einer Anlage über eine Erdschleife eingeprägten Störungen nicht in anderen verbundenen Geräten wirksam.

Claims (4)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e
    S Anordnung zur breitbandigen Entstörung elektrischer Leitungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen von einer Nehrz&hl von benachbart angeordneten ferromagnetischen Dämpfungsgliedern unterschiedlicher Verlust eigenschaften umschlossen sind, von denen jedes einzelne in einem bestimmten Frequenzbereich wirksam ist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung hochfrequenter Störungen Dämpfungsglieder mit materialbedingten Verlusteigenschaften vorgesehen sind.
  3. 3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ~gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung niederfrequenter Störungen Dämpfungsglieder mit transformatorisch eingekoppelten ohm'schen Widerständen oder komplexen Widerständen mit hohem Verlustanteil vorgesehen sind.
  4. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch rekennzeichnet, daß als Dämpfungsglieder Ringkerne vorgesehen ind.
    Leerseite
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3629106A1 (de) * 1985-09-18 1987-03-26 Smiths Industries Plc Vorrichtung zur verminderung elektromagnetischer interferenzen
DE4142341A1 (de) * 1991-12-20 1993-06-24 Siemens Ag Stoerschutzfilter fuer elektrische geraete/systeme mit symmetrisch betriebenen leitungen
DE19600308A1 (de) * 1996-01-05 1997-07-10 Siemens Matsushita Components Induktives Bauelement zur Bedämpfung von Gleich- und Gegentaktstörungen

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