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天帝线缆:屏蔽电缆常见问题

但是屏蔽电缆应该怎样端接,怎样的屏蔽电缆才是有效的,等一系列问题是大众普遍关心的问题。

电缆的辐射问题是工程中最常见的问题之一,90%以上的设备(主要是含脉冲电路的设备)不能通过辐射发射试验都是由于电缆辐射造成的。

电缆产生辐射的机理有两种,一种是电缆中的信号电流(差模电流)回路产生的差模辐射,另一种是电缆中的导线(包括屏蔽层)上的共模电流产生的。

电缆的辐射主要来自共模辐射。共模辐射是由共模电流产生的,共模电流的环路面积是由电缆与大地(或邻近其它大型导体)形成的,因此具有较大的环路面积,会产生较强的辐射。共模电流是如何产生的往往是许多人困惑的问题。要理解这个问题,首先明确共模电压是导致共模电流的根本原因,共模电压就是电缆与大地(或邻近的其它大型导体)之间的电压。从共模电压出发,寻找导致共模电流的原因就容易了,而导致一个问题的原因一旦清楚,解决这个问题就不是很困难了。

一、差模电流泄漏导致的共模电流.即使电缆中包含了信号回线,也不能保证信号电流100%从回线返回信号源,特别是在频率较高的场合,空间各种杂散参数为信号电流提供了第三条,甚至更多的返回路径。这种共模电流虽然所占的比例很小,但是由于辐射环路面积大,辐射是是不能忽视的。不要试图通过将电路与大地“断开”(将线路板与机箱之间的地线断开,或将机箱与大地之间的地线断开)来减小共模电流,从而减小共模辐射。将电路与大地断开仅能够在低频减小共模电流,高频时寄生电容形成的通路已经阻抗很小。

二、共模电流主要由杂散电容产生。当然,如果共模辐射的问题主要发生在低频,将线路板或机箱与大地断开会有一定效果。从共模电流产生的机理可知,减小这种共模电流的有效方法是减小差模回路的阻抗,从而促使大部分信号电流从信号地线返回。一般信号线与回线靠得越近,则差模电流回路的阻抗越小。一个典型的例子就是同轴电缆,由于同轴电缆的回流电流均匀分布在外皮上,其等效电流与轴心重合,因此回路面积为零,差模阻抗接近为零,几乎100%的信号电流从同轴电缆的外皮返回信号源,共模电流几乎为零,所以共模辐射很小。另一方面,由于差模电流回路的面积几乎为零,差模辐射也很小,所以同轴电缆的辐射是很小的。对于高频信号,用同轴电缆传述可以避免辐射。实际上,这与我们传统上用同轴电缆传输高频信号,以减小信号的损耗的目的具有相同的本质。因为信号的损耗小了,自然说明泄漏的成份少了,而这部分泄漏就是电缆的辐射。

三、线路板的地线噪声导致的共模电流。信号地线就是信号的回流线,因此,地线上的两点之间必然存在电压,对于高频电路而言,这些就是高频噪声电压,它作为共模电压驱动电缆上的共模电流,导致共模辐射。线路板设计一章中提供的各种减小地线阻抗的设计方法,可以用来减小地线上的噪声,从而减小共模电压。一种推荐的方法是在电缆端口设置“干净地”。所谓干净地就是这块地线上没有可以产生噪声的电路,因此地线上的局部电位几乎相等。如果机箱是金属机箱,将这块干净地与金属机箱连接起来。

四、机箱内电磁波空间感应导致的共模电流。机箱内总是充满了电磁波的,这些电磁波会在电缆上感应出共模电压,另外,电缆端口的附近也会有一些产生高频电磁场的电路,这些电路与电缆之间存在着电容性耦合和电感性耦合,在电缆上形成共模电压。电磁感应产生的共模电压。需要注意的是,机箱内的电磁波大多由电路的差模辐射所致。

而且,当电缆的长度不能减小到波长的一半以下时,减小电缆长度也没明显效果;

电缆屏蔽:目的是为共模电流提供一条环路面积较小的路径。电磁场对电缆的影响电缆处于电磁场中时,电缆上会感应出噪声电压。与电缆辐射的情况相对应,电磁场在电缆上感应出的电压也分为共模和差模两种。共模电压是电磁场在电缆与大地之间的回路产生的,差模电压是电磁场在信号线与信号地线形成的回路中产生的。当电路是非平衡电路时,共模电流会转换成差模电压,对电路形成干扰。由于信号线与信号地线形成的回路面积很小,因此噪声电压仍以共模为主。

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