关于电缆屏蔽的讨论...

本文是Joe Gwinn对千兆以太网数据线缆如何屏蔽的一些看法。这些数据线缆（两对平衡电缆，150）上载有每秒1.25×109（也即是1.25千兆）比特的数据流，我们用一对作为发送，而另一对作为接收，对150平衡电缆进行了全面的屏蔽。下面我们将讨论屏蔽电缆是在一端接地，还是两端都接地的问题。

Joe：
　　针对如何将屏蔽体接地（用金属片或使用电容）、过大的地电流将烧坏屏蔽体等问题，根据我在对低电平信号进行保护使其免受地环路干扰的经验，我建议：采用电阻而不是电容。
　　特别地，机壳与地之间的电压波动，很少超过10V，要是把100、1W的碳膜电阻串接在屏蔽体的任一端，另一端直接接到机壳上，这样地电流被箝制在0.1A，正好在屏蔽体可承受的范围内。双绞线可以使屏蔽体免遭EMC等其它因素的影响，适当的差动接收器可以很好地抑制10V左右的电源频率和谐波共模电压。
　　事实上，我发现实验室中的电压波动仅仅几个伏特，均采用10、1W串联碳膜电阻在大型建筑物和船上观测到的结果也仅有几伏。因此我针对有效值10V的电压设计。
　　对于哪端硬接地，哪端用串联电阻，这个未在通信信号上试过，但我认为接收端应硬接地，因为接收机是处理极低电平信号的，所以零阻抗接地比100接地效果好得多，因为屏蔽体对付的是高阻抗噪声源，与这些噪声源阻抗相比，100不算大。但在甚高频也许例外。因此，100电阻可用一电容旁路，这可防止单用100电阻引起的ESD击穿。
　　顺便说一下，地噪声可以是电源频率的三倍，要是用户系统有大量输入电容，5V电源将从三相基本电源系统的三根引线馈送出。在飞行器自动控制系统中，我在240Hz的频率上测量到2.4V有效值的电压，直到绿色和白色地线被分开才消失，有效的源阻抗大约1左右，我没记错的话，其波形很类似正弦波。当其能够驱动电流通过VME总线的逻辑地时，系统状态立即翻转。当我把一根地线与另一条地线碰到一起时，我看到有火花冒出，意识到自己遇到了麻烦。

答Joe （JOHNSON博士）

　　我不同意你所建议的在屏蔽体一端使用电阻来获得有效的电磁屏蔽，这在高速数字电路场合并不适用。在高速数字中，欲使屏蔽体发挥其作用，必须在机壳两端与屏蔽体之间进行低阻抗连接，且连接阻抗要在屏蔽体作用的频率范围内都很低。相对高速连接器来说，屏蔽连接功效的度量称之为地线传输阻抗或屏蔽传输阻抗，这是个至关重要的参数，在你提到的例子中，在一端上的地线传输阻抗将达到100，使屏蔽体无效。
　　在低速场合，包括高阻抗电路系统，围绕导体的大部分近场能量是电场模式（与磁场模式相对），屏蔽体仅需在一端接地，这时，屏蔽体作为一个包围导体的法拉第盒，阻止电场的进出。
　　在高速场合，包括高阻抗电路系统，围绕导体的大部分近场能量处于磁场模式，因此，仅磁场屏蔽会起作用，这即是两点接地屏蔽的作用。两端接地的屏蔽体允许高频电流在其内环流，这将抵消信号线中的电流，这些起反作用的电流产生磁场，进而抵消来自信号导体的磁场，从而取得磁场屏蔽效果。为了使磁场屏蔽正确地发挥作用，必须让电流可从电缆两端进出。因此就要求屏蔽电缆两端具有到机壳的低阻抗连接。
　　有办法使地线传输阻抗在高频时仍处于比较低的水平，但同时在60Hz时出现非常高的阻抗。这些方法是：屏蔽体以电容方式耦合到机壳，这用于需要高频屏蔽但要抑制60Hz电流环流的场合。
　　为了使容性耦合的屏蔽体正常工作，电容的阻抗在工作频率段要很低。比如，要是信号线通过70阻抗耦合到屏蔽体（这是电缆共模阻抗为75的另一种情形），屏蔽体通过0.1的阻抗线接到地上，我们会在屏蔽体上测量到一个电压，该电压等于0.0013倍共模信号电压，此例中的屏蔽体可以有57dB的屏蔽效能。
　　为了保证屏蔽体能应用在千兆位以太网络中，因此，要求地线传输阻抗（这是电缆屏蔽层与机箱之间的阻抗）在625MHz时小于0.1，如果对比BERG Metacug屏蔽连接器规范，你会发现这种做法是不符合要求的。这种屏蔽连接器提供了一个直接连接屏蔽层与机箱的金属件，并且在整个连接器中，它包围着信号线导体。
　　为了用容性耦合屏蔽获得同样的效果，电容的有效串联自感应小于16pH（皮亨），引线元件是不可能有这样小的电感的，必须用具有极低自感系数的分布电容。例如可能通过在连接器外壳与机壳之间加一片薄衬垫来获得，我们经常看到这种连接器的有关介绍，但却没有遇到一例应用在实际工作中。
　　我不赞成在工作中应用容性耦合屏蔽，原因如下：1、这样做将增加复杂度 2、没有实例证明它有作用 3、这不会超出实际应用的范围。记住：我们这里所讨论的铜线连接在近距离设备之间，它仅长25m，它可专用于要连接到同一接地点的设备之间，且有意地将它接地在同一点，在设备之间将没有大的循环地电流。对于较长的连接，我们提供其它连接方式，这些方式根本不需要在任何一端接地（多模光纤、单模光纤、5类非屏蔽双绞线）。屏蔽体两端直接接地是正确的。

我虽然是个新手，2位前辈的高论我不是看的全懂，但我很喜欢你们这样的专业讨论，我看了，学了，思考了~谢了！！！

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