DE4217424A1

DE4217424A1 - Two-wire cable for transmission with electromagnetic compatibility - achieves cancellation of interference in alternate half-turns of twisted pair or in opposite halves of transformer core

Info

Publication number: DE4217424A1
Application number: DE19924217424
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Ing Nedtwig
Original assignee: Deutsche Aerospace AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1992-02-26
Filing date: 1992-05-27
Publication date: 1993-12-02

Abstract

Each conductor consists of a strand of resistive material or a core with a resistive sheath. The twist causes cancellation of the interfering effect of e.m. radiation over the length of the cable, through positive and negative effects exerted with equal magnitudes on alternate half-turns. Instead of a simple twisted pair the cable may comprise parallel conductors (1,2) each having a section wound on the toroidal core (3) of a differential transformer whereby the interference component (I1) of the current is cancelled. USE/ADVANTAGE - In motor vehicles, ships and aircraft susceptible to strong e.m. interference, data transmission is safeguarded with additional security by the twist of the conductors in opposite directions.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kabel für EMV-sichere Übertra gung, mit mehreren Leitungen, welche jeweils eine Seele aus einem Widerstandsmaterial oder eine Ader mit einem Seelenmantel aus Widerstandsmaterial aufweisen, nach Hauptpatent DBP . . . (Aktenzeichen P 42 05 779.5).The invention relates to a cable for EMC-safe transmissions gung, with several lines, each a soul made of a resistance material or a wire with a Have soul mantle made of resistance material, according to Main patent DBP. . . (File number P 42 05 779.5).

Kabel werden u. a. zur Übertragung von Schalt- und Steuer signalen als Datenbusse eingesetzt und kommen daher z. B. im Bereich der Elektrotechnik, Fahrzeugtechnik, EMV-Kam mern sowie im Bereich der Überwachungseinrichtungen zur Anwendung, wo starke elektromagnetische Felder eingekop pelte Störspannungen induzieren. Cables are u. a. for transmission of switching and control signals used as data buses and therefore come z. B. in the field of electrical engineering, vehicle technology, EMC cam mers as well as in the area of monitoring facilities Application where strong electromagnetic fields are injected induce interference voltages.

In Kraftfahrzeugen, Schiffen, Booten, Flugzeugen und in kompakten Anlagen werden diese Kabel häufig als elektri sche Steuerleitungen einzeln, paarweise oder mehradrig verlegt. Sie dienen der Übertragung von analogen und/oder von digitalen Steuerbefehlen oder von Meßwerten. Hinsicht lich der Verlegung bestehen häufig Sachzwänge oder Vorga ben der Wirtschaftlichkeit, die eine elektromagnetisch un gestörte Verlegung verhindern.In motor vehicles, ships, boats, airplanes and in compact systems, these cables are often called electrical control cables individually, in pairs or multi-core relocated. They are used for the transmission of analog and / or of digital control commands or of measured values. Terms Often, there are constraints or processes involved in the laying ben the economy, which is an electromagnetic un prevent disrupted laying.

Derzeit werden ungeschirmte Vielfachkabel aus Kupferlitze innerhalb von Anlagen verlegt. Dabei ergeben sich durch Fortfall der Abschirmung gravierende Probleme bei der Si cherstellung der gesetzlich geforderten elektromagneti schen Verträglichkeit (EMV), denn über die Kabel werden einerseits Störspektren, z. B. eines 30 MHz-Taktes, unge dämpft in die Anlage abgestrahlt und andererseits elektro magnetische Störungen durch externe Feldstärken als Störer eingekoppelt. Hinzu kommen noch Beschaltungsmängel der Kupfer-Steuerleitungen der Kabel, die in der Regel am Ende nicht definiert belastet werden, sondern leer laufen und stark schwankende Pegel verursachen. Die Kopplungs- Störungen sind für Elektroniker in der Regel nicht wirt schaftlich und sicher lösbar.Unshielded multiple cables are currently made of copper braid relocated within plants. Thereby result from Elimination of the shielding serious problems with the Si Creation of the legally required electromagnetic compatibility (EMC), because the cables are on the one hand interference spectra, e.g. B. a 30 MHz clock, un dampens radiated into the system and on the other hand electro Magnetic interference from external field strengths as an interferer coupled. In addition, there are circuit deficiencies in the Copper control lines of the cables that usually end up not be charged in a defined way, but run empty and cause fluctuating levels. The coupling Interference is generally not a problem for electronics engineers socially and safely solvable.

In zahlreichen derartigen Anlagen werden neben den elek trischen und elektromagnetischen Anforderungen auch häufig solche der mechanischen Zuverlässigkeit wie Zugfestigkeit, Biegefähigkeit und Korrosionsschutz gestellt.In numerous such systems, in addition to the elec trical and electromagnetic requirements also frequently those of mechanical reliability such as tensile strength, Flexibility and corrosion protection provided.

Die handelsüblichen Kupferkabel haben dabei eine hohe elektrische Leitfähigkeit, sodaß die Signale zum Informa tionsaustausch über viele Kilometer ohne Verstärker über tragen werden könnten. Diese spezielle Eigenschaft ist in kurzen, kompakten Anlagen wie z. B. in Kraftfahrzeugen nicht erforderlich. Die außergewöhnlich hohe elektrische Leitfähigkeit ist hierbei mit verantwortlich für die stö renden Ein- und Auskoppelungen elektromagnetischer Felder, insbesondere für Serien/Parallel-Resonanzen mit Pegel schwankungen von bis zu 60 dB.The commercially available copper cables have a high one electrical conductivity, so that the signals to informa exchange over many kilometers without an amplifier could be worn. This special property is in short, compact systems such as B. in motor vehicles not mandatory. The exceptionally high electrical Conductivity is also responsible for the stö coupling and decoupling of electromagnetic fields, especially for series / parallel resonances with level fluctuations of up to 60 dB.

Die vorbekannte Methode der Ummantelung von Kupferseelen mit absorbierenden Materialien ist ebenfalls nicht preis wert und hat den Nachteil, daß Resonanzeffekte durch Stoß stellen im Impedanzverlauf der Leitungen nicht unterdrückt werden.The previously known method of sheathing copper souls with absorbent materials is also not price worth and has the disadvantage that resonance effects due to impact places in the impedance curve of the lines are not suppressed will.

Aus dem Artikel von Hans Weisser: "EMV-Feldstärkemeßsystem von 1 MHz bis 10 GHz", in: Elektronik Industrie 7 (1989), Seite 54 ist schließlich ein EMV-Feldstärkemeßsystem be schrieben, bei dem ein Sensor zur Messung der Feldstärke über ein etwa 1 m langes Spezialkabel mit einer Meß- und Auswerteeinheit verbunden ist. Zur Erhöhung der EMV-Stör strahlfestigkeit ist dieses Kabel aus mehreren, mit Koh lenstoffimprägnierten Kunststoffleitungen aus Polytetra fluoräthylen (PTFE) gefertigt, wobei die in den Kunststoff eingebrachten Kohlenstoffpartikel eine (verlustbehaftete) Leitfähigkeit der Leitung bewirken, wodurch die Sensor signale im Prinzip weitgehend störstrahlungsarm, d. h. "EMV-sicher" zur Meß- und Auswerteeinheit (und umgekehrt) übertragen werden können. Der längenspezifische Wider standswert dieser imprägnierten PTFE-Leitungen beträgt durchschnittlich etwa 66 kΩ/m. Zum Schutz vor mechanischer Beschädigung bzw. Zerstörung und zu Isolationszwecken sind die PTFE-Leitungen zusätzlich mit einer Ummantelung aus einem Material versehen, das für Hochfrequenz- und Mikro wellenstrahlung weitgehend durchlässig ("transparent") ist. Häufig ergeben sich jedoch Probleme mit der Qualität der über das Kabel übertragenen Signale. Ursache hierfür sind nicht vernachlässigbare Unterschiede in der Konzen tration der Kohlenstoffpartikel längs des Kabels infolge der in der Praxis nur sehr schwer realisierbaren gleich mäßigen (homogenen) Aufnahme der Kohlenstoffpartikel längs des Kabels durch das PTFE-Material während des Imprägnierungsprozesses. Dies führt dazu, daß bei kon fektionierten Kabeln des gleichen Typs der Widerstandswert der einzelnen Kabel sehr stark um den Durchschnitts- bzw. Mittelwert schwanken kann. Da prinzipiell auch die Nutzsi gnale bei der Übertragung durch das Widerstandsmaterial des jeweils verwendeten Kabels bedämpft werden, haben diese nicht vernachlässigbaren Unterschiede in den Wider standswerten einzelner Kabel zur Folge, daß mit manchen Kabeln die durch den Anwendungsfall vorgegebenen Toleranz grenzen der zulässigen Nutzsignaldämpfung eingehalten wer den können, mit anderen Kabel des gleichen Typs dagegen nicht.From the article by Hans Weisser: "EMC field strength measurement system from 1 MHz to 10 GHz ", in: Electronics Industry 7 (1989), Page 54 is finally an EMC field strength measurement system wrote in which a sensor for measuring the field strength about a 1 m long special cable with a measuring and Evaluation unit is connected. To increase EMC interference This cable consists of several, with Koh Oil-impregnated plastic lines made of Polytetra Fluorethylene (PTFE) manufactured, which in the plastic introduced carbon particles a (lossy) Conductivity of the line causing the sensor signals in principle largely low in interference radiation, d. H. "EMC-safe" to the measuring and evaluation unit (and vice versa) can be transferred. The length-specific contradiction value of these impregnated PTFE lines on average about 66 kΩ / m. To protect against mechanical Damage or destruction and for insulation purposes the PTFE lines also with a jacket a material that is suitable for high frequency and micro wave radiation largely transparent ("transparent") is. However, quality problems often arise of the signals transmitted over the cable. Cause of this are not negligible differences in the concentration tration of carbon particles along the cable as a result equal to that which is very difficult to achieve in practice moderate (homogeneous) absorption of the carbon particles lengthways of the cable through the PTFE material during the Impregnation process. This means that at con assembled cables of the same type of resistance value of the individual cables very strongly around the average or Mean may fluctuate. In principle, the Nutzsi signals during the transmission through the resistance material of the cable used are damped these non-negligible differences in the cons values of individual cables result in that with some Cables the tolerance specified by the application limits of the permissible useful signal attenuation you can, however, with other cables of the same type Not.

Der Erfindung nach dem Hauptpatent liegt die Aufgabe zu grunde, ein Kabel anzugeben, mit dem Signale möglichst EMV-sicher, d. h. möglichst unbeeinflußt von Störstrahlun gen übertragen werden können.The invention is based on the main patent, the task reasons to specify a cable with which signals as possible EMC-safe, d. H. as unaffected by interference as possible gene can be transferred.

Die erfindungsgemäße Lösung nach dem Hauptpatent sieht hierfür vor, daß das Kabel mindestens eine Seele aus einem Widerstandsmaterial aufweist oder mindestens eine Ader mit einem Seelenmantel aus Widerstandsmaterial. The solution according to the main patent sees to ensure that the cable has at least one core from one Has resistance material or at least one wire with a soul mantle made of resistance material.

Durch die erfindungsgemäße Lösung nach dem Hauptpatent wird vor allem erreicht, daß die Widerstandsschicht längs des Kabels homogen ausgebildet ist und damit verbunden die Streuung der Widerstandswerte um den Durchschnitts- bzw. Mittelwert herum für Kabel des gleichen Typs minimal ist. Dies hat zum einen zur Folge, daß Kabel auf Widerstandsma terial nach dem Hauptpatent ohne große Schwierigkeiten für die einzelnen Anwendungsfälle vorab spezifiziert werden können, und zum anderen, daß mit den derart spezifizierten Kabeln die durch den Anwendungsfall vorgegebenen Toleranz grenzen der zulässigen Nutzsignaldämpfung garantiert auch eingehalten werden können, und zwar unabhängig davon, wel ches individuelle Kabel des spezifizierten Typs tatsäch lich verwendet wird.By the solution according to the invention according to the main patent is achieved above all that the resistance layer lengthways of the cable is homogeneous and connected to it Scattering of the resistance values around the average or Average around for cables of the same type is minimal. On the one hand, this has the consequence that cables have a resistance value material according to the main patent without great difficulty for the individual applications are specified in advance can, and on the other hand that with those so specified Cables the tolerance specified by the application limits of the permissible useful signal attenuation are also guaranteed can be complied with, regardless of which actual cable of the specified type Lich is used.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Störstrahlfestigkeit des Kabels nach dem Hauptpatent wei ter zu erhöhen.The object of the present invention is that Radiation immunity of the cable according to the main patent white ter increase.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 wiedergege ben. Der Anspruch 2 enthält eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung.The achievement of this task is by characteristic features of claim 1 reproduced ben. Claim 2 contains an advantageous training the invention.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the figures explained. Show it:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kabels; Figure 1 shows a first embodiment of the cable according to the invention.

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kabels. Fig. 2 shows a second embodiment of the cable according to the invention.

Das in Fig. 1 gezeigte Kabel besteht (beispielhaft) aus zwei Leitungen 1 und 2, die jeweils eine Seele aus einem Widerstandsmaterial oder eine Ader mit einem Seelenmantel aus Widerstandsmaterial aufweisen und miteinander ver drillt sind.The cable shown in Fig. 1 consists (by way of example) of two lines 1 and 2 , each having a core made of a resistance material or a wire with a core jacket made of resistance material and are drilled together.

Die Verdrillung der beiden Leitungen 1 und 2 hat zur Folge, daß von außen auf das Kabel auftreffende elektroma gnetische Strahlung längs des Kabels weitgehend aufgehoben wird (symbolisch angedeutet durch die Folge von Plus- und Minuszeichen).The twisting of the two lines 1 and 2 has the result that electromagnetic radiation incident on the cable from outside is largely canceled out along the cable (symbolically indicated by the sequence of plus and minus signs).

Das in Fig. 2 gezeigte Kabel besteht (beispielhaft) aus zwei Leitungen 1 und 2, die mit gegenläufigem Wicklungs sinn über einen Differenzübertrager in Form eines Ring kerns 3 gezogen sind und dadurch eine Signalleitung mit Gleichtaktunterdrückung bilden, in der die durch Störein flüsse hervorgerufenen elektrischen Ströme I₁ auf den bei den Leitungen 1 und 2 sich kompensieren, während die Ströme 12 und 13 des zu übertragenden Nutzsignals in bei den Leitungen 1 und 2 gegensinnig, d. h. "ungestört" fließen.The cable shown in Fig. 2 consists (by way of example) of two lines 1 and 2 , which are drawn with opposite winding sense via a differential transformer in the form of a ring core 3 and thereby form a signal line with common mode rejection in which the electrical currents caused by interference Currents I₁ on the lines 1 and 2 compensate each other, while the currents 12 and 13 of the useful signal to be transmitted flow in opposite directions in lines 1 and 2 , ie "undisturbed".

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungs beispiele beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere über tragbar. So ist es z. B. möglich, anstelle des in Fig. 1 bzw. Fig. 2 gezeigten einen Leitungspaares mehrere solcher Leitungspaare miteinander zu verdrillen bzw. über ein Dif ferenzübertrager mit gegenläufigen Wicklungssinn zu zie hen. The invention is not limited to the exemplary embodiments described, but analogously to other portable. So it is z. B. possible instead of the one in FIG. 1 or FIG. 2 a pair of lines to twist several such line pairs with each other or via a dif ferential transformer with opposite winding sense to hen.

Auch ist es möglich, längs eines solchen Kabels mehrere Differenzübertrager anzuordnen. Schließlich ist möglich, in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 anstelle von zu Paa ren zusammengefaßten Einzelleitungen Leitungen zu verwen den, die ihrerseits aus verdrillten Einzelleitungen (z. B. gemäß Fig. 1) bestehen und paarweise mit gegenläufigem Wicklungssinn über den bzw. die Differenzübertrager gezo gen sind.It is also possible to arrange several differential transformers along such a cable. Finally, it is possible in the exemplary embodiment in FIG. 2 to use lines instead of individual lines combined to pairs, which in turn consist of twisted individual lines (e.g. according to FIG. 1) and in pairs with opposite winding sense via the differential transformer or transformers have moved.

Claims

1. Cable for EMC-safe transmission, with several lines, each with a core made of a resistance material or a core with a core made of resistance material, according to the main patent. . . (File number P 42 05 779.5), characterized . that the Lei lines ( 1 , 2 ) are twisted together and / or in pairs with opposite winding sense over at least one diffe rence transmitter ( 3 ) are drawn.

2. Cable according to claim 1, characterized in that the Differential transformer designed in the form of a ring core is.