[参考译文] THVD2450：屏蔽为接地

Mark、您好！

屏蔽电缆可提高 RS-485电缆的抗噪性能并减少辐射发射。 屏蔽层通常连接到一端具有低阻抗的实心接地(底盘接地或金属外壳)、另一端具有串联 RC 网络、以防止接地回路电流。 电缆屏蔽还可以为突发和浪涌瞬变提供重要保护。 如果您担心屏蔽耦合到器件信号接地的感应噪声、最好通过一些电阻将系统的机箱接地与信号接地隔离。  

本应用报告的第9节简要介绍了此主题：

AN-1057保护 RS-485接口的十种方法

请告诉我、这是否有意义、或者您对此主题有任何疑问。

此致、
Eric

Mark、您好！

我也将参与讨论、并进一步探讨 Eric 提到的一些主题、因为此主题有些灰暗、答案因应用而异。 对于所有应用程序来说，实施这种方法实际上并不是一种正确的方法，我将尝试提供一些更深层次的信息，这些信息可能对您可能遇到的其他应用程序有所帮助。

首先、是否可以将屏蔽层用作接地？

通常是、但需要考虑一些注意事项。 首先、您将其称为屏蔽导线、我将其解释为不仅仅是屏蔽导线。 我会考虑沿任何常规导体的线路连接一根导线。 电缆中有不同类型的接地屏蔽。 从 EMI 屏蔽的角度来看、假设电缆不会处于会随着时间的推移而减弱和撕裂箔屏蔽的持续弯曲环境中、则更好地使用箔屏蔽。 将箔屏蔽连接到连接器也可能很困难、有时电缆上会添加一根漏线、这是一根与屏蔽层物理接触的未涂层导线、可以更轻松地将电气连接到箔屏蔽层。 根据频率成分的不同、这些漏极导线可能会变得感性、形成电流环路并自行辐射 EMI。 在连接器内部保持尽可能短的保护层非常重要、最好将整个箔屏蔽层连接到通过连接器和 PCB 承载此保护层的连接器上。 某些箔屏蔽可能非常薄、如果箔是电缆中唯一的接地连接、某些应用可能会导致箔的电流承载能力成为一个重要因素。

编织线也常用作屏蔽层、但其效果不如箔片有效、并且编织线之间可能有小间隙、以便辐射进入或退出电缆。 但是、如果使用它们、它们也应尽可能靠近 PCB 进行连接。 具有此类屏蔽的电缆中可能也可能包含漏极导线、但适用的因素与箔相同。

如果使用了漏极线、则只适合低频模拟应用。 这些漏极线对高速数字信号的接地连接不是很好。 您的 RS-485应用很可能不被视为高速数字应用、但有些系统具有相当高的数据速率和具有快速压摆率的信号、其行为方式与低频模拟信号相比、更像是高速数字信号。 对于高速应用、可能需要使用带有金属外壳的连接器、以便完全连接到电缆屏蔽层。

Eric 提到了接地环路电流的使用。 屏蔽层和设备机箱或电路板之间仅在一端使用低阻抗连接的方法、而在另一端使用较高阻抗连接的方法、仅适用于低速应用。 高速应用对更高的频率很敏感、接地屏蔽需要在其作为屏蔽层运行的频率范围的两端都具有低阻抗。 这也称为接地传输阻抗。 由于阻抗对系统中的电容和电感之比很敏感、因此该阻抗将随频率而变化。 如果屏蔽仅在一端具有低阻抗连接、则返回电流将看到电感接地、并且在较高频率下是一个较差的屏蔽。 如果系统之间需要创建多条接地路径、例如电缆内的专用接地导线以及阻抗更高的接地屏蔽、则会形成接地环路并产生更多问题。 一些电流将流经低阻抗接地导体、一些电流将流经更高阻抗屏蔽。 这可以设置电流环路、从而导致低频噪声耦合到信号中、并可由系统检测到、并应避免。 如果屏蔽层是您的唯一接地连接、则使用它作为接地端是可以的。 但是、还有另一根接地线、因此您需要小心以避免形成环路。

但是、有一个有效的理由在电缆的一端实现低阻抗连接、在电缆的另一端实现更高阻抗或 RC 连接、以用于低速应用。 导体周围的大多数近场能量处于电场模式、而不是用于低速高阻抗电路的磁场模式。 屏蔽层充当导体周围的法拉第笼、可防止电场进入或退出屏蔽层、并且只需要一个接地连接。

但是、对于具有低阻抗电路的高速应用、信号导体周围的大部分近场能量都处于磁场模式、只有磁场屏蔽可以在该应用中工作。 磁耦合会产生高频电流，使其在屏蔽层中循环，并相对于充当反作用力的信号电流移动。 这有助于消除磁场、从而提供磁屏蔽效果。 但这需要在屏蔽层的两端进行低阻抗连接、以便屏蔽层电流可以轻松地进出电缆。

我还要指出，高频系统不仅具有高数据速率，而且是信号上升和下降时间的产物。 需要高频成分才能在开关信号中创建快速压摆率。 如果信号具有快速压摆率、则即使它用于数据速率较慢的情况、也可以将其视为高速信号。

您的问题意味着一端具有单个接地屏蔽连接的低频应用 如果您希望实现此类连接、则应同时使用电阻器和电容器、而不仅仅是电容器。 仅使用电容器将充当两个系统之间直流电流的直流块、您实际上要做的是通过直流并过滤更高频率的内容。 使用电阻器和电容器可让您通过电阻器的直流电流并吸收电容器中的高频率。

在这篇信息性文章中、我只想提及与您的应用相关或可能无关的另一个方面。 这是屏蔽层中包含多少个信号的问题。 您提到您使用的是屏蔽双绞线电缆。 这可以是一根屏蔽的双绞线电缆、一根单独屏蔽多根双绞线的电缆、或者一根包含多根双绞线的电缆、这些双绞线都包含在整个电缆的公共屏蔽层中。 理想情况下、完全连接在两端的屏蔽层将形成完全对称的屏蔽层、不会辐射任何东西。 这可防止多根屏蔽双绞线电缆之间的串扰。

但是、如果公共屏蔽层中的多根导线由于它们之间共用的公共接地而可能发生串扰、如果这些导线也不是直接发生的。 一个信号导体耦合到接地端的噪声会间接地在另一个导体中产生电流。 在这里、我认为您认为使用屏蔽层作为接地连接是一个不好的主意。 在这方面，你是对的，但还有其他因素需要考虑，我刚才提到过。 理想情况下、您将具有单独屏蔽的双绞线、每个电缆具有与 RS-485相同的单对、或者具有多个单独屏蔽的双绞线。

我知道、在相当高的层面上、信息可能与您的应用相关、也可能与您的应用无关、具体取决于频率成分。 但我希望它能提供信息。

此致、

Jonathan