多芯ケーブルのワイヤー間の干渉について知っておくべきことは何ですか？

いくつかの異なる回路に多芯ケーブルを使用したいと思います。多芯ケーブル内の回路間の干渉について知っておくべきことは何ですか？

一部のワイヤは、ステッピングモーターのコイルの供給と戻りを行います。これは、大きく、急速に変化する電流により、多くのEMFを放出するのではないかと思います。おそらくシールドする必要があります。

他のワイヤは、光スイッチの供給、戻り、および出力を伝送します。この回路は恐らくノイズに耐性があり、あまりノイズを作りません。

他のワイヤーは高速デジタルデータを運ぶことができます。これらの回路はおそらくノイズの影響を受けやすく、同様にノイズを発生させる可能性があります。

これらすべてを同じケーブルで実行できますか？他に何を検討する必要がありますか？

編集：私が話しているのは、いくつかのワイヤーの個別にシールドされた束ではなく、すべてのワイヤーの周りに単一のシールドがあるケーブルを使用しているとしましょう。

ケーブルの導体間のクロストークには、容量結合と誘導結合の2つの問題があります。

誘導結合は、ワイヤを流れる電流がそのワイヤの周りに円形の磁場を生成するために発生します。これも逆に機能します。ワイヤーがその周りの変化する円形磁場にさらされると、電圧が誘導されます。したがって、1つのワイヤが変化する電流を運んでおり、別のワイヤが十分に近く、結果として生じる円形磁場の一部もこの2番目のワイヤを囲む場合、2番目のワイヤに電圧が誘導されます。

この問題に対処する最も効果的な方法は、2つの電流からの磁場が相殺されるように、等しく反対のリターン電流が流れるようにすることです。これを確実にする最良の方法は、同軸ケーブルです。ケーブルの外側では、2つの等しい反対の電流が相殺され、正味の磁場はありません。

あなたが説明するようなマルチワイヤーケーブルの内部では、これは通常ツイストペアで行われます。任意の時点で、2つの導体は互いに隣接しています。2つの電流は十分離れているとキャンセルされますが、間近ではキャンセルされません。ペアの一方のワイヤーの近くに走っている別のワイヤーは、そのワイヤーからの信号を優先的にピックアップします。これが、ワイヤーがより合わされている理由です。ツイストペアの隣のストレートワイヤは、交互に一方の導体よりもツイストペアのもう一方に近くなります。ツイストペアの2本のワイヤでは電流の方向が逆であるため、それぞれが反対の電圧を誘導します。ただし、これらは平均してツイストの整数値がゼロの場合です。十分に長いケーブルでは、それらは通常、十分に平均化されます。

ただし、ツイストペアには別の問題があります。同じケーブル内に複数のツイストペアがあると仮定します。これは、おそらく説明するケーブルの場合です。あるペアのツイストが別のペアのツイストと同期している場合、誘導電圧は長期的には相殺されなくなります。これが、複数のツイストペアを持つケーブルが通常、各ペアのツイストピッチが異なる理由です。1つのペアが11ツイスト/フィートと別の13ツイスト/フィートを持っているとしましょう。いずれかの足で、誘導された結合電圧が再びキャンセルされます。CAT5ケーブルの仕様を確認すると、4つのペアのそれぞれに異なるツイストピッチが慎重に指定されていることがわかります。

容量性結合は、宇宙の2つすべての導体間に有限の静電容量があるためです。十分に離れている場合、これは通常無視できます。ただし、マルチコンダクターケーブルの異なるコンダクターは、容量結合を無視できないように、長距離にわたって互いに接触しています。容量性結合に対する最良の防御策はシールドですが、それらは高価であり、ケーブルには内部シールドがないと言います。ここでもツイストペアが役立ちます。ペア間には容量結合がありますが、上記の正しいツイスト戦略では、ペアの1つの導体への優先的な結合はあまりありません。つまり、ツイストすると、すべての結合がコモンモードになり、差動モードはほとんど相殺されます。

したがって、最終的にある種の答えを得るには、各信号が別々のツイストペアによって伝送され、その信号の順電流と戻り電流がすべてそのペアによって伝送されることを確認してください。次に、信号を差動として扱います。各ペアに追加されるコモンモードノイズがあることを認識し、それに応じて対処してください。外界にもノイズがあり、ねじれにより、このノイズは各ペアのコモンモードとして表示されます。たとえば、10 base-T以降のイーサネットは、この理由の一部として、またグラウンドループを回避するために、両端でトランス結合されています。

そうは言っても、信号と同じケーブルを介してステッピングモーターのコイル電流を流すことは、単なる問題です。これはトラブルの原因になります。ステッパーの制御信号と電力の送信について真剣に検討しましたが、ステッパードライバーをステッパーモーターの近くに配置しました。これはまた、長いケーブルが走った後、ローカルの電力貯蔵キャップが電源を再び低インピーダンスにすることを可能にします。ステッピングドライバーとステッピングモーター間のケーブルの抵抗とインダクタンスがあると、さらに問題が発生します。