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為什么屏蔽層要“單端接地”

嘉峪檢測(cè)網(wǎng)        2025-03-29 10:35

屏蔽線是使用金屬網(wǎng)狀編織層把信號(hào)線包裹起來的傳輸線,編織層一般是紅銅或者鍍錫銅。

屏蔽線是為減少外電磁場(chǎng)對(duì)電源或通信線路的影響,而專門采用的一種帶金屬編織物外殼的導(dǎo)線。這種屏蔽線也有防止線路向外輻射電磁能的作用。

 

屏蔽層的主要功能是:

 

阻擋外部干擾(保護(hù)屏蔽層內(nèi)部信號(hào)線) (如電磁場(chǎng)、靜電噪聲)侵入信號(hào)線。

導(dǎo)走內(nèi)部信號(hào)產(chǎn)生的干擾 (防止信號(hào)線向外電磁輻射)(如信號(hào)高頻輻射)。

EMC是指電子設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能夠正常工作,且不會(huì)對(duì)該環(huán)境中其他設(shè)備產(chǎn)生不可接受的電磁干擾(EMI)能力,同時(shí)亦能耐受該環(huán)境中的電磁干擾(EMS)而不影響其功能性能的狀態(tài)。簡(jiǎn)而言之,EMC是設(shè)備既不成為“害群之馬”,也不做“驚弓之鳥”的能力。

屏蔽層需要接地,外來的干擾信號(hào)可被該層導(dǎo)入大地。

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(所謂趨膚效應(yīng)是指電流在導(dǎo)體截面的分布隨頻率的升高而趨于導(dǎo)體表面分布,頻率越高,趨膚深度越小,即頻率越高,電磁波的穿透能力越弱),屏蔽層的效果主要不是由于金屬體本身對(duì)電場(chǎng)、磁場(chǎng)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。

 

不接地會(huì)怎樣?

 

如果屏蔽層不接地,其抗干擾能力會(huì)顯著下降,甚至可能引發(fā)新的問題:

無(wú)法有效導(dǎo)出干擾電流 :

外部電磁場(chǎng)(如無(wú)線電波、電機(jī)噪聲)會(huì)在屏蔽層上感應(yīng)出電荷,但這些電荷無(wú)法通過接地釋放,可能通過電容耦合 進(jìn)入信號(hào)線。

內(nèi)部信號(hào)的高頻噪聲(如數(shù)字信號(hào)的邊沿輻射)也無(wú)法通過屏蔽層導(dǎo)走,導(dǎo)致對(duì)外輻射干擾其他設(shè)備。

屏蔽效果大幅降低 :

低頻干擾(<1MHz) :不接地的屏蔽層對(duì)磁場(chǎng)幾乎無(wú)屏蔽作用,外部交變磁場(chǎng)會(huì)穿透屏蔽層,干擾內(nèi)部信號(hào)線。

高頻干擾(>1MHz) :雖然高頻電場(chǎng)可通過屏蔽層的電容耦合部分衰減,但無(wú)法形成閉合的低阻抗路徑,屏蔽效果遠(yuǎn)弱于接地狀態(tài)。

可能成為“天線” :未接地的屏蔽層可能因長(zhǎng)度和頻率形成諧振結(jié)構(gòu),像天線一樣接收或輻射電磁波,反而放大干擾。

靜電積累風(fēng)險(xiǎn) :在干燥環(huán)境中,屏蔽層可能因摩擦或感應(yīng)積累靜電,導(dǎo)致高壓放電,損壞設(shè)備或引發(fā)安全隱患。

 

多點(diǎn)接地,地環(huán)路電流的形成

照道理來說多點(diǎn)接地,接地阻抗更好,泄流路徑更多。

(1)降低接地阻抗

低頻場(chǎng)景 :通過多點(diǎn)接地可縮短電流路徑,減少導(dǎo)體電阻。

高頻場(chǎng)景 :利用分布電容和電感形成并聯(lián)諧振,降低高頻接地阻抗。

(2)分散泄流路徑

雷擊或靜電放電(ESD)時(shí),多點(diǎn)接地可將大電流分散到不同路徑,避免局部過載。

(3)減少地電位抬升

大功率設(shè)備(如變頻器、電機(jī))的瞬態(tài)電流通過多點(diǎn)接地分散,降低單個(gè)接地點(diǎn)電位波動(dòng)。

以上往往都是理論上的優(yōu)勢(shì),在實(shí)操層面很難保障多點(diǎn)接地時(shí)能有極好的接地阻抗。

多點(diǎn)接地帶來的問題是更多的,所以我們謹(jǐn)慎采用。

(1)接地電位差 ,形成  地環(huán)路干擾(Ground Loop)

當(dāng)屏蔽層兩端接地時(shí),若兩個(gè)接地點(diǎn)之間存在電位差(例如設(shè)備間接地電阻不同,或附近有大電流設(shè)備導(dǎo)致地線電壓波動(dòng)),屏蔽層中會(huì)形成閉合回路電流(地環(huán)路電流)。

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(duì)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。

(2)高頻諧振風(fēng)險(xiǎn)

分布參數(shù)效應(yīng) :屏蔽層的多點(diǎn)接地與電纜長(zhǎng)度可能形成 傳輸線諧振 (諧振頻率),在諧振頻率附近,屏蔽層阻抗急劇升高,反而降低屏蔽效果。

(3)共模噪聲放大

多點(diǎn)接地可能為共模噪聲(如開關(guān)電源噪聲)提供多個(gè)耦合路徑,導(dǎo)致系統(tǒng)級(jí)干擾。

 

 

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來源:硬十

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