【導(dǎo)讀】通訊一般都是使用屏蔽雙絞線,例如PROFIBUS使用屏蔽雙絞線,西門子的工業(yè)以太網(wǎng)也使用工業(yè)雙絞線。為什么使用雙絞線?屏蔽線應(yīng)該怎樣接地?雙端接地是否為了等電位?這些問題可能一直困擾著許多工程師,今天我們就談一下屏蔽雙絞線的作用。
(一)屏蔽線為什么使用雙絞線?
干擾主要分電場(chǎng)干擾和磁場(chǎng)干擾,所以通信電纜首先需要屏蔽電場(chǎng)和磁場(chǎng)的干擾,其次還需要考慮,大部分使用屏蔽雙絞線的通信信號(hào)都是高頻的,需要過濾高頻的干擾信號(hào)(有用信號(hào)是高頻的,對(duì)高頻的干擾是敏感的)。為什么使用雙絞線?
(1)雙絞線減少了信號(hào)回路的面積,也就是縮減了感應(yīng)回路的面積,減少了天線效應(yīng),抑制磁場(chǎng)干擾;
(2)通過雙絞線,磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電壓在局部因極性相反而相互抵消,如下圖所示:
所以使用雙絞線起到了自屏蔽作用,主要針對(duì)的是磁場(chǎng)干擾。
(二)屏蔽線是單端接地還是雙端接?
下面進(jìn)行簡(jiǎn)單分析,首先可以參考下圖:
上圖中的干擾源是Uq,通過分布電容Ck耦合到平行布線電纜的屏蔽層上的A點(diǎn),然后又通過屏蔽層與通信電纜的分布電容C耦合到電纜上的a點(diǎn),Ce是屏蔽電纜與地間的分布電容,最后耦合到a點(diǎn)的干擾電壓為:Ua=Uq*Ck/(Ck+Ce)(注:前提是有一定的頻率)圖中示例是沒有接地,所以屏蔽層不接地是沒有效果的,將A點(diǎn)接地,耦合到A點(diǎn)的電壓為0,就不能再耦合到通信電纜的a點(diǎn),所以在理想情況下單端接地就可以了。如下圖所示:
如果干擾源的頻率升高,例如大于20kHz時(shí)或電纜長(zhǎng)度大于λ/20時(shí),接地電阻和屏蔽層的阻抗應(yīng)該考慮的是感抗,電阻可以忽略不計(jì)了,這樣總的接地阻抗變大。這時(shí)A點(diǎn)的電壓又隨著干擾頻率的升高而增加了,所以在高頻時(shí)應(yīng)該雙端或者多端接地,或者盡量多接地(但是多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)不方便),如下圖所示:
雙端接地是為了屏蔽高頻干擾,而通信信號(hào)大部分是高頻信號(hào),對(duì)高頻干擾信號(hào)敏感,所以大部分通信電纜都是雙端接地的(有的信號(hào)對(duì)高頻和低頻信號(hào)都敏感),同樣,對(duì)于高頻磁場(chǎng)干擾,也是通過屏蔽層形成電流回路,形成反向磁場(chǎng),與干擾磁場(chǎng)相互抵消,這里不再介紹了。所以不接地是無效的!是否需要等電位,答案也是確定的,否則地環(huán)流會(huì)影響屏蔽效果,所以在雙端接地前必須進(jìn)行等電位的綁定,不能使用屏蔽層作為等電位綁定導(dǎo)線。
審核編輯:湯梓紅
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原文標(biāo)題:【干貨】通訊使用屏蔽雙絞線的作用
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