关于电缆和屏蔽体的基本要点

适当的电缆/外壳屏蔽可以将敏感电路和信号“完全限制在屏蔽体内”,屏蔽效果丝毫不受影响。
如图中所示,外壳和屏蔽体必须适当接地,否则会起到天线作用,进而导致辐射干扰和传导干扰变得更糟(而不是变好)。
视干扰类型(拾取/辐射、低频/高频),需以不同的方式来实现适当的电缆屏蔽,并且与电缆长度密切相关。第一步是确定电缆长度在相关频率下属于“长线”还是“短线”。如果电缆长度小于最高干扰频率的1/20波长,那么视为短线。否则,则视为长线
例如,50/60 Hz时,长度小于150英里的所有电缆都属于短线,而这些低频电场的主要耦合机制为容性耦合。因此,对于长度小于150英里的所有电缆,整条电缆上的干扰幅度都相同
如果应用中电缆长度属于长线或需要针对高频干扰提供保护,那么首选方法是将电缆屏蔽体“两端”都连接到低阻抗点。正如下文所述,可以是直接链接(驱动端)或容性连接(接收器端)。如果未接地,未端接的传输线路效应可能导致电缆出现反射和驻波。当频率为10 MHz及以上时,屏蔽体环焊(360°)和金属连接器需要与地之间具有低阻抗连接。
总而言之,要针对低频(<1 MHz)电场干扰提供保护,可以在一端将屏蔽体接地。对于高频干扰(>1 MHz),首选方法是将屏蔽体两端都接地,即在屏蔽体和连接器之间使用360°环焊,而连接器和外壳之间保持金属间导通。不过,在实际操作中,屏蔽体两端都直接接地时有一点需要注意,就是这样做会构成低频接地环路,如图9所示。
不过,在实际操作中,屏蔽体两端都直接接地时有一点需要注意,就是这样做会构成低频接地环路。
只要两个系统A1和A2相距较远,各系统的地电位(即VN)通常都存在差异。此电位差的频率通常为线路频率(50或60 Hz)及其倍数。但是,如果屏蔽体按照图中所示两端都直接接地,那么屏蔽体中会出现噪声电流IN。在完美平衡的系统中,系统的共模抑制能力无穷大,因此这一电流不会在接收器A2处产生任何差分误差。然而,驱动器、其阻抗、电缆和接收器中永远不可能实现完美平衡,因此会有一部分屏蔽电流以差分噪声信号形式出现在A2的输入端。下面针对各示例说明屏蔽体正确接地方式。
如上所述,电缆屏蔽体会受低频和高频干扰影响。良好的设计要求:如果电缆相对于干扰频率为长线(射频干扰通常就是如此),则屏蔽体两端都应接地
图10所示为远程无源RTD传感器通过屏蔽电缆连接到电桥和调理电路。正确的接地方式如图中上部所示,其中屏蔽体在接收端接地。
不过,出于安全考虑,该屏蔽体的远端可能也要接地。这种情况下,可以利用低电感陶瓷电容(0.01uF至0.1uF)在接收端接地,这样仍可提供高频接地。该电容可用作屏蔽体上射频信号的地,但却会阻止低频线路电流在屏蔽体中流动。这种技术通常称为“混合接地”
图11所示为使用有源远程传感器和/或其它电子器件的情况。这两种情况下,无论是平衡驱动器(上部)还是单端驱动器(下部),混合接地都同样适合。两种情况下,电容"C"会断开低频接地环路,同时为图中右侧A2接收端的屏蔽电缆提供有效的射频接地。
此外,对于所使用的源端接电阻RS,还有一些细微之处应当注意。在平衡驱动和单端驱动情形下,平衡线路上的驱动信号均由净阻抗RS产生,而后者又作为两个RS/2分散在两个双绞引脚上。在图中上部的全差分驱动情形下,这点比较直观,一个取值为RS/2的电阻与A1的互补输出串联。
在图中下部的单端驱动情形下,注意仍然使用了两个RS/2电阻,其中一个电阻与两个引脚串联。此处,接地哑回路引脚电阻可以为差分线路提供阻抗平衡的接地连接驱动,从而帮助提高系统整体抗扰度。注意,这种实施方案仅适用于A2处具有平衡接收器的那些应用,如图所示。
同轴电缆与屏蔽双绞线的不同之处在于,信号电流回路要穿过屏蔽体。因此,理想的状况是在驱动端将屏蔽体接地,而在差分接收器(A2)端则允许屏蔽体悬空,如图12的上部所示。不过,为使这种技术有效,接收器必须是差分类型且必须具有良好的高频CM抑制能力
然而,接收器可能是单端类型,如标准单运放型电路中的典型元件。图12中的下部示例就是如此,因此这种情况下就必须将同轴电缆屏蔽体两端都接地

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作者:南峰说

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