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信號(hào)線屏蔽層如何接地?電纜信號(hào)線的屏蔽層接地方式

作者:佚名    文章來源:本站原創(chuàng)    點(diǎn)擊數(shù):    更新時(shí)間:2018/9/30

  信號(hào)地(SG)是各種物理量的傳感器、信號(hào)源零電位以及電路中信號(hào)的公共基準(zhǔn)地線(相對零電位)。
  此處信號(hào)一般指模擬信號(hào)或者能量較弱的數(shù)字信號(hào),易受電源波動(dòng)或者外界因素的干擾,導(dǎo)致信號(hào)的信噪比(SNR)下降。特別是模擬信號(hào),信號(hào)地的漂移,會(huì)導(dǎo)致信噪比下降;信號(hào)的測量值產(chǎn)生誤差或者錯(cuò)誤,可能導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計(jì)的失敗。
  因此對信號(hào)地的要求較高,也需要在系統(tǒng)中特殊處理,避免和大功率的電源地、數(shù)字地以及易產(chǎn)生干擾地線直接連接。尤其是微小信號(hào)的測量,信號(hào)地通常需要采取隔離技術(shù)。
       屏蔽電纜的屏蔽層主要由銅、鋁等非磁性材料制成,并且厚度很薄,遠(yuǎn)小于使用頻率上金屬材料的集膚深度,屏蔽層的效果主要不是由于金屬體本身對電場、磁場的反射、吸收而產(chǎn)生的,而是由于屏蔽層的接地產(chǎn)生的,接地的形式不同將直接影響屏蔽效果。對于電場、磁場屏蔽層的接地方式不同。可采用不接地、單端接地或雙端接地總結(jié):
單端接地:
1) 屏蔽電纜的單端接地對于避免低頻電場的干擾是有幫助的。或者說它能夠避免波長 λ 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電纜長度 L 的頻率干擾。L<λ /20
2) 電纜屏蔽層單端接地能夠避免屏蔽層上的低頻電流噪聲。 這種電流在內(nèi)部導(dǎo)致共模干擾電壓并且有可能干擾模擬量設(shè)備。
3) 屏蔽層的單端接地對于那些對低頻干擾敏感的電路(模擬量電路)來說是可取的。
4) 連續(xù)測量值的上下波動(dòng)和永久偏差表示有低頻干擾。

雙端接地:
1) 確保到電控柜或者插頭(圓形接觸)的連接經(jīng)過一個(gè)大的導(dǎo)電區(qū)域 (低感應(yīng)系數(shù))。選擇金屬在金屬上比非金屬在非金屬上要好。
2) 由于有些模擬量模塊使用了脈沖技術(shù)(例如:處理器和 A/D 轉(zhuǎn)換器集成在同一模塊中),建議將模擬量信號(hào)彼此間屏蔽,確保正確的等電位連接,只有在這種情況下進(jìn)行雙端接地。
3) 通常金屬箔屏蔽層的傳輸阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于銅編織線的屏蔽層,其效果相差 5-10 倍,不能用作數(shù)字信號(hào)電纜。
4) 偶爾的功能失靈表明有高頻干擾。 這是導(dǎo)線等電位連接無法消除的。
5) 除去電纜的端點(diǎn)以外,屏蔽層多點(diǎn)接地是有利的。
6) 不要將屏蔽層接在插針上,避免“豬尾巴”現(xiàn)象。
7) 要時(shí)刻注意屏蔽層的并聯(lián)阻抗應(yīng)該小于自身阻抗的 1/10。電纜橋架、機(jī)械框架、其它屏蔽層或者其它并行電纜都能夠使系統(tǒng)作到等電位。
8) 如果當(dāng)屏蔽層雙端接地時(shí)電纜屏蔽層發(fā)熱,或者屏蔽層碰到電控柜外殼或者屏蔽總線時(shí)打火,說明等電位連接不可靠。
  信號(hào)電路接地和電源接地的主要目的
  1、保障人身和設(shè)備安全,防止電氣裝置絕緣損壞時(shí)外殼可能帶電,人觸及會(huì)有電擊危險(xiǎn);
  2、系統(tǒng)運(yùn)行需要,如交流電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地、直流系統(tǒng)中的電源正極或中點(diǎn)接地。信號(hào)電路接地的目的:保證信號(hào)具有穩(wěn)定的基準(zhǔn)電位。
  為使電子設(shè)備工作時(shí)有一個(gè)統(tǒng)一的參考電位,避免有害電磁場的干擾,使電子設(shè)備穩(wěn)定可靠的工作,電子設(shè)備中的信號(hào)電路應(yīng)接地,簡稱為信號(hào)地。
  信號(hào)接地與電源接地有什么區(qū)別?
  電源地主要是針對電源回路電流所走的路徑而言的,一般來說電源地流過的電流較大,而信號(hào)地主要是針對兩塊芯片或者模塊之間的通信信號(hào)的回流所流過的路徑,一般來說信號(hào)地流過的電流很小,其實(shí)兩者都是GND,之所以分開來說,是想讓大家明白在布PCB板時(shí)要清楚地了解電源及信號(hào)回流各自所流過的路徑,然后在布板時(shí)考慮如何避免電源及信號(hào)共用回流路徑,如果共用的話,有可能會(huì)導(dǎo)致電源地上大的電流會(huì)在信號(hào)地上產(chǎn)生一個(gè)電壓差(可以解釋為:導(dǎo)線是有阻抗的,只是很小的阻值,但如果所流過的電流較大時(shí),也會(huì)在此導(dǎo)線上產(chǎn)生電位差,這也叫共阻抗干擾),使信號(hào)地的真實(shí)電位高于0V,如果信號(hào)地的電位較大時(shí),有可能會(huì)使信號(hào)本來是高電平的,但卻誤判為低電平。
  當(dāng)然電源地本來就很不干凈,這樣做也避免由于干擾使信號(hào)誤判。所以將兩者地在布線時(shí)稍微注意一下,就可以。一般來說即使在一起也不會(huì)產(chǎn)生大的問題,因?yàn)閿?shù)字電路的門限較高。
  信號(hào)線屏蔽層接地方法及原理
  屏蔽線的一端接地,另一端懸空。當(dāng)信號(hào)線傳輸距離比較遠(yuǎn)的時(shí)候,由于兩端的接地電阻不同或PEN線有電流,可能會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)接地點(diǎn)電位不同,此時(shí)如果兩端接地,屏蔽層就有電流行成,反而對信號(hào)形成干擾,因此這種情況下一般采取一點(diǎn)接地,另一端懸空的辦法,能避免此種干擾形成。兩端接地屏蔽效果更好,但信號(hào)失真會(huì)增大。
  請注意:兩層屏蔽應(yīng)是相互絕緣隔離型屏蔽!如沒有彼此絕緣仍應(yīng)視為單層屏蔽!
  最外層屏蔽兩端接地是由于引入的電位差而感應(yīng)出電流,因此產(chǎn)生降低源磁場強(qiáng)度的磁通,從而基本上抵消掉沒有外屏蔽層時(shí)所感應(yīng)的電壓;而最內(nèi)層屏蔽一端接地,由于沒有電位差,僅用于一般防靜電感應(yīng)。下面的規(guī)范就是佐證:
  《GB 50217-1994電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》——3.6.8 控制電纜金屬屏蔽的接地方式,應(yīng)符合下列規(guī)定:
  (1)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的模擬信號(hào)回路控制電纜屏蔽層,不得構(gòu)成兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地,宜用集中式一點(diǎn)接地。
  (2)除(1)項(xiàng)等需要一點(diǎn)接地情況外的控制電纜屏蔽層,當(dāng)電磁感應(yīng)的干擾較大,宜采用兩點(diǎn)接地;靜電感應(yīng)的干擾較大,可用一點(diǎn)接地。雙重屏蔽或復(fù)合式總屏蔽,宜對內(nèi)、外屏蔽分用一點(diǎn),兩點(diǎn)接地。
  (3)兩點(diǎn)接地的選擇,還宜考慮在暫態(tài)電流作用下屏蔽層不致被燒熔。
  《GB50057-2000建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》——第6.3.1條規(guī)定:……當(dāng)采用屏蔽電纜時(shí)其屏蔽層應(yīng)至少在兩端等電位連接,當(dāng)系統(tǒng)要求只在一端做等電位連接時(shí),應(yīng)采用兩層屏蔽,外層屏蔽按前述要求處理。
  其原理是:1.單層屏蔽一端接地,不形成電位差,一般用于防靜電感應(yīng)。2.雙層屏蔽,最外層屏蔽兩端接地,內(nèi)層屏蔽一端等電位接地。此時(shí),外層屏蔽由于電位差而感應(yīng)出電流,因此產(chǎn)生降低源磁場強(qiáng)度的磁通,從而基本上抵消掉沒有外屏蔽層時(shí)所感應(yīng)的電壓。
  如果是防止靜電干擾,必須單點(diǎn)接地,不論是一層還是二層屏蔽。因?yàn)閱吸c(diǎn)接地的靜電放電速度是最快的。
  但是,以下兩種情況除外:
  1、外部有強(qiáng)電流干擾,單點(diǎn)接地?zé)o法滿足靜電的最快放電。
  如果接地線截面積很大,能夠保證靜電最快放電的話,同樣也要單點(diǎn)接地。當(dāng)然了,真是那樣,也沒有必要選擇兩層屏蔽。
  否則,必須兩層屏蔽,外層屏蔽主要是減少干擾強(qiáng)度,不是消除干擾,這時(shí)必須多點(diǎn)接地,雖然放不完,但必須盡快減弱,要減弱,多點(diǎn)接地是最理想的選擇。比如,企業(yè)中的電纜橋架其實(shí)就是外屏蔽層,它是必須多點(diǎn)接地的,第一道防線,減小干擾源的強(qiáng)度。內(nèi)層屏蔽層(其實(shí),大家不會(huì)買雙層的電纜,一般是外層就是電纜橋架,內(nèi)層才是屏蔽電纜的屏蔽層)必須單點(diǎn)接地,因?yàn)橥獠繌?qiáng)度已經(jīng)減少,盡快放電,消除干擾才是內(nèi)層的目的。
  2、外部電擊和防雷等安全的要求。
  這種情況必須要兩層防護(hù),外層不是用來消除干擾的,是出于安全的考慮的,保證人身和設(shè)備安全的,必須多點(diǎn)接地。內(nèi)層才是防止干擾的,所以必須單點(diǎn)接地。

Tags:信號(hào)線屏蔽層,信號(hào)線,接地  
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