EMC設計中的“豬尾巴效應”

電纜屏蔽層與設備金屬外殼等接地點之間連接時，將屏蔽層與被屏蔽的中心導體分開，使得中心導體有一段露出屏蔽層，并且屏蔽層被扭絞成一個辮子形狀的粗導線后再進行連接，形成豬尾巴狀的粗導線，這種連接方法會降低屏蔽電纜的屏蔽效能，這個影響就叫豬尾巴 （pigtail）效應。

圖1

原理解讀

當電纜不存在屏蔽層時，若電纜上流過共模電流，電流的周邊產(chǎn)生磁場，共模電流（圖2中Icm ）通過寄生電容到達參考地，寄生電容中流過電流的前提是兩端有可變電壓。在這個可變電壓的驅(qū)使下，電纜與參考接地板之間引起了可變的電場,于是就產(chǎn)生了EMI輻射。

圖2

當電纜出現(xiàn)屏蔽時（如下圖3所示），屏蔽層給原電纜中心導體上流過的共模電流提供了一條回流路徑，此時，Icm減小或消失。屏蔽層中的回流方向與屏蔽層內(nèi)中心導體電纜中的共模電流方向相反，兩者產(chǎn)生的磁場方向也相反。由于屏蔽層將中心導體緊裹的效應，導致電纜中心導體與屏蔽層之間存在等效重合的效應，這就使屏蔽層內(nèi)中心導體中共模電流產(chǎn)生的磁通與屏蔽層中的回流產(chǎn)生的磁通有抵消的效應，這種抵消的效應就是屏蔽效果。于是EMI輻射降低。

圖3

可見，為了讓屏蔽層發(fā)揮出屏蔽效果，屏蔽層是一定要與產(chǎn)品殼體互連的。如果電纜屏蔽層不做任何連接，那么就意味著EMI共模電流的回流路徑不通。若屏蔽層無法提供中心導體電纜共模電流的回流，電纜輻射就無法降低。

為了更大程度的發(fā)揮屏蔽電纜的屏蔽效果，就要使屏蔽層與中心導體電纜形成最大程度的“對稱效應”，即中心導體電流產(chǎn)生的磁通與屏蔽層上回流產(chǎn)生的磁通相互抵消。這種對稱效應主要靠電纜的物理結構來保證的，當屏蔽層出現(xiàn)“豬尾巴”時，這種對稱被破壞，于是，屏蔽層上回流產(chǎn)生的磁通與中心導體電流產(chǎn)生磁通無法抵消的部分會越來越多，無法抵消的磁通，就是屏蔽效能的降低。

在等效原理圖上表現(xiàn)為差模漏感值的增加。差模電感值的增加會使回流經(jīng)過時產(chǎn)生額外的壓降(圖4中的Vpigtail )，這個壓降又會產(chǎn)生額外的共模電流(圖4中的Icm)引起EMI輻射。

圖4

一根具有完美屏蔽效果的屏蔽電纜，其中心導體與屏蔽層的關系可以等效為一個共模電感，屏蔽電纜的屏蔽層和屏蔽層內(nèi)的導體猶如共模電感的兩路，當存在相反方向的電流時，磁通相互抵消，電感量等于零，如圖5所示。 屏蔽電纜屏蔽效能的失效是因為等效電路中漏感的增大，共模電感的兩路在相反方向的電流通過時，磁通無法全部抵消。

圖5