连接双绞线屏蔽的正确位置


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我有两个通过包含5个子电缆的电缆连接的PCB:

  • 通过定制同轴电缆(类似于笔记本电脑电源上的电缆)提供6v电源。
  • 通过100ohm阻抗屏蔽双绞线获得2个100mbps LVDS。
  • 通过相同的120ohm双绞线电缆传输2x 1mbps CAN。

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每条LVDS电缆的RX端都用100欧姆电阻端接。他们有带排扰线的铝箔屏幕。

每条CAN电缆的两端都用120欧姆电阻器端接。他们有带排扰线的铝箔屏幕。

隔离的24v电源被输送到左侧的板上,然后将其降低到6v(非隔离)。这两块板都有用于本地电子设备的自己的3.3v DCDC稳压器(非隔离)。

我的问题:

屏蔽应在哪端连接?我假设LVDS屏蔽层应在端连接,如图所示。

由于CAN总线是源的两端应二者的CAN屏蔽的端部被连接到GND?

补充:两块PCB都装在塑料盒中,没有接地。


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这是一个很棒的图形。
阿卜杜拉·卡拉曼2013年

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@Rocketmagnet:我很想知道您使用什么软件制作图形?
古斯塔沃·利托夫斯基2013年

3
@GustavoLitovsky-我使用了Altium的原理图编辑器。它有几个简单的线条和矩形绘图工具。这需要时间,但是却可以提供很好的文档。
Rocketmagnet

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@AanindoGhosh有时,最好使屏蔽层靠近干扰源而不是电源。 示例:工业机器上的传感器通过电缆连接到DAQ。工业机械会产生干扰。在这种情况下,我会将屏蔽层连接到嘈杂机器附近的地面。在DAQ一侧,我将通过一个电容器(例如100pF)将屏蔽层连接到DAQ接地。
尼克·阿列克谢耶夫

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@jippie-嗯,刚读完Ott:“在100kHz以上,必须将屏蔽层的两端都接地。...通常的做法是:使用数字电路将电缆屏蔽层的两端都接地。”
Rocketmagnet

Answers:


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这是一个很难回答的问题,主要是因为RF和EMI如此难以置信。有人可能会说,如果有人声称了解EMI,那么他们肯定会不了解EMI。我并不声称完全了解EMI。我对此有很多了解,但是我的知识有些不足。阅读我的答案时请考虑一下。

我主要担心的是LVDS以及实际上任何其他不使用隔离变压器的差分信号方法都不是完全差分的。差分驱动器中的不匹配会导致差分对上出现共模“噪声”。这种共模噪声还具有信号返回路径,在这种情况下,该路径将在GND或屏蔽层上。屏蔽层一端断开的问题在于,该信号返回路径将位于电源线上,从而导致较大的环路面积并因此产生较大的EMI。虽然共模噪声返回电流很小,但环路面积却很大,因此在设计中必须加以考虑。

在我的一种设计中,我在18英寸SATA电缆上运行了约2.5 GHz信号。对于那些不知道的人,一条SATA电缆中有两个差分对和两个屏蔽。两个屏蔽的两端都连接在一起。除屏蔽层外,电缆中没有GND线。在我的设计中,屏蔽层的两端均连接到信号GND。此设计效果很好,现已批量生产,符合FCC B级,并且等效的CE版本,用于电磁兼容,包括辐射,RF敏感性和ESD敏感性。

继续进行SATA比较,所有SATA主板/驱动器的两端都连接了挡板,并且它们在高速下也可以正常工作。SATA电缆的长度约为6英寸至2英尺-与OP所使用的相似。带有SATA的系统符合更严格的EMC法规。而且,它们每年的出货量达到数千万至数亿个。

在设计此系统时,我将在两端连接屏蔽。有数百万个现代系统证明了这一功能。


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LVDS是差分端接的(跨相),因此不应有净电流-它是平衡的。双绞线为您提供了近似TEM模式的传播,因此这里屏蔽层的关注纯粹是电场。如您所画的那样在一端终止,以避免引入电流环路。

由于您已经实现了差分CAN系统,并且将要点对点而不是总线化,因此适用于LVDS的相同论点。我会断开RHS上的屏蔽连接,但保持LHS上的屏蔽连接。

您的电源连接看起来不错。来自电源的所有图像电流都将流回接近输入电源的位置。任何信号都不会产生图像电流,因为它们是差分且端接的,因此与电源相关的信号接地回路很好。

您没有提及周围是否还有其他潜在的攻击者电路/电缆。可能会改变这个方案。

为了进行验证,请阅读亨利·奥特(Henry Ott)关于该主题的书“电子系统中的降噪技术”


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(可能不适用于CAN),但我被教导要在发射端将屏蔽层接地:屏蔽层上吸收的任何噪声都会导致接地电流靠近坚固的发射器而不是敏感的接收器。
Brian Drummond 2013年

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很好,因为Ott表示没有ONE解决方案,所以您必须分析主导模式。但是,这是Tx吗?我认为,打破镜像电流的替代路径更为重要。
占位符

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对于250mm的长度,除非在绝对恶劣的EMI环境下,否则1Mbps CAN不需要任何屏蔽。假设情况并非如此,为什么不跳过CAN搁置呢?
HikeOnPast

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@HikeOnPast-因为我已经定制了电缆。我必须使用定制电缆,因为显然不可能购买阻抗为120欧姆的细长双绞线电缆。
Rocketmagnet

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@Rocketmagnet,知道了。在那种情况下,至少对于CAN总线,屏蔽端接实际上并不重要。从组装的角度来看,做最简单的事情。
HikeOnPast 2013年

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我在类似的布置中遇到了问题,其中RH 3V3调节器电路需要更好的去耦,以防止开关模式电流通过部分接地的数据屏蔽线的部分路径。我并不是说不要两端都接地,只是要小心3V3稳压器(如果是开关)。该问题表现为偶尔的数据损坏,我怀疑是通过数据屏幕的电源电流耦合到双绞线中的两条线并导致了接收器共模“问题”。


也许这很密集,但是“ RH”是什么?
Photon 2013年

RH =右手,即该家伙在右手边的绘图上的调节器
Andy aka

好的,那很有道理。我所能想到的只是“红帽”(但这不是Linux问题)和“相对湿度”。
光子
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