EMC測試案例分析——屏蔽電纜屏蔽層是雙端接地還是單端接地？

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該文章主要觀點來自于鄭軍奇老師的作品《emc電磁兼容設(shè)計與測試案例分析》，歡迎購買老師的作品進行反復(fù)拜讀。



本文主要簡要闡述屏蔽電纜屏蔽層是應(yīng)該雙端接地還是應(yīng)該單端接地，對其產(chǎn)生的現(xiàn)象進行分析以及提出解決措施，并總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗。
本案例主要涉及屏蔽層線纜接地以及等電位互聯(lián)問題問題，這個問題在其它的案例分析中也有介紹，如《案例分析——接地方式對輻射發(fā)射的影響》、《EMC的三大法寶之一：接地》、《EMC的三大法寶之一：接地（二）》等，大家可以回顧一下前面的文章。


Part 1



現(xiàn)象描述:
如下圖所示，某系統(tǒng)由兩個產(chǎn)品互聯(lián)組成, 兩個產(chǎn)品之間的互聯(lián)信號電纜采用屏蔽電纜, 在某現(xiàn)場應(yīng)用中, 發(fā)現(xiàn)屏蔽電纜雙端接地后, 系統(tǒng)會出現(xiàn)異常, 而斷開屏蔽電纜屏蔽層的一端接地后, 發(fā)現(xiàn)異常消失?





本案例中，屏蔽雙端接地為什么會出現(xiàn)系統(tǒng)異常呢？是不是屏蔽線纜不一定要雙端接地呢？接下來會詳細解析。


Part 2

   
原因分析：
對于本案例的問題, 經(jīng)過分析后可以得出如下圖所示的干擾原理圖：




圖中屏蔽電纜互聯(lián)于兩個具有金屬外殼的產(chǎn)品之間。
屏蔽電纜左側(cè)接產(chǎn)品1的殼體, 屏蔽電纜的右側(cè)與產(chǎn)品2的殼體不連接。
當干擾從產(chǎn)品1左側(cè)的電纜注入時, 圖中顯示了主要的干擾電流路徑?
干擾電流越大, 產(chǎn)品1中PCB板受到的干擾越大?
屏蔽電纜的右側(cè)接產(chǎn)品2的金屬殼體時, 會使圖中顯示的共模干擾電流變大（因為產(chǎn)品2也會有干擾通過寄生電容Cp流向外殼）, 于是產(chǎn)品1就出現(xiàn)故障（共模干擾超過閾值）?
這就是本案中出現(xiàn)屏蔽電纜雙端接地后, 系統(tǒng)會出現(xiàn)異常, 而斷開屏蔽電纜屏蔽層的一端接地后, 異常消失的原因?


Part 3


處理措施：
從以上現(xiàn)象與原理分析, 似乎屏蔽電纜只能采用單端接地的方式, 但是事實并非如此（只能說明接地方式不對）?
上圖只是分析了一種干擾情況, 即干擾從產(chǎn)品1的左側(cè)電纜注入。
此時, 屏蔽電纜右側(cè)不與產(chǎn)品2的殼體連接, 會降低產(chǎn)品1所受到的干擾?
實際應(yīng)用中, 干擾會從各種途徑進入產(chǎn)品, 如下圖所示的是屏蔽層右側(cè)不接殼體干擾從屏蔽電纜注入時的干擾原理分析圖：



從上圖中我們可以看出，當共模干擾電平注入屏蔽電纜屏蔽層時, 屏蔽電纜的屏蔽層在靠近產(chǎn)品2側(cè)處的電位馬上抬高。
然而, 此時屏蔽電纜內(nèi)導(dǎo)體中的電位并沒有同步抬高。
于是位于屏蔽電纜屏蔽層與內(nèi)導(dǎo)體之間的寄生電容CC 兩端出現(xiàn)了可變的電位差。
導(dǎo)致干擾電流從屏蔽層進入屏蔽電纜內(nèi)導(dǎo)體, 從而沿著電纜流入PCB板, 形成上圖中虛線箭頭線示意的干擾電流。
如下圖所示, 如果將屏蔽電纜右側(cè)的屏蔽層接至產(chǎn)品2的殼體：


那么當共模干擾電平注入屏蔽電纜屏蔽層時, 屏蔽電纜的屏蔽層在靠近產(chǎn)品2側(cè)處的電位與產(chǎn)品2殼體的電位 同步抬高。
最終, 干擾電流無法進入產(chǎn)品2的內(nèi)部，產(chǎn)品2內(nèi)部電路得到保護?
因為從屏蔽電纜屏蔽層沿著CC 進入屏蔽電纜內(nèi)的導(dǎo)體, 流向PCB的電流被圖中虛線箭頭表示的電流旁路（類似于水往低處流）。


由此可見, 屏蔽電纜的另一側(cè)也需要接殼體?
那如何解決前面的問題呢？


這就需要用系統(tǒng)的眼光去看待整個產(chǎn)品系統(tǒng)的EMC問題, 如下圖所示的是整個產(chǎn)品系統(tǒng)的完整EMC設(shè)計解決方案原理圖：



從圖中可以看出，最終的解決方案是改變產(chǎn)品1中PCB板工作地與金屬殼體之間的互聯(lián)關(guān)系。
將PCB的工作地在電纜出/入口的附近與金屬殼體實現(xiàn)等電位互聯(lián)（可以用金屬螺柱）?
等電位互聯(lián)后, 由產(chǎn)品1左側(cè)電纜進入的干擾電流將被旁路在產(chǎn)品1金屬殼體的外側(cè), 干擾電流不再流向產(chǎn)品1的PCB板。
屏蔽電纜右側(cè)屏蔽層接產(chǎn)品2的殼體也將不是問題, 整個系統(tǒng)的EMC問題得到完美解決?






Part 4


思考與啟示：
由以上分析過程我們可以得到以下啟示和結(jié)論：
EMC 問題是一個系統(tǒng)問題, 應(yīng)該從整體進行全局分析, 而不是僅僅關(guān)注個別點, 因此, 產(chǎn)品中某一地方設(shè)計改動后EMC結(jié)果發(fā)生改變, 不能證明此EMC結(jié)果就是這個改動造成的, 只能證明此結(jié)果與其有關(guān)?
屏蔽電纜的屏蔽層應(yīng)該雙端接地, 除非與屏蔽電纜互聯(lián)的產(chǎn)品既不怕干擾也不會產(chǎn)生EMI騷擾 (如無源傳感器), 屏蔽電纜屏蔽層應(yīng)該接被連接產(chǎn)品的金屬殼體, 如果被連接產(chǎn)品是塑料殼體, 則屏蔽層應(yīng)該接被連接PCB板的工作地?
一根屏蔽電纜有兩端, 可以理解為屏蔽電纜左側(cè)的接地是為了左側(cè)的產(chǎn)品, 右側(cè)的接地是為了右側(cè)的產(chǎn)品（就近原則）?

[/ol]學(xué)而時習(xí)之，不亦說乎，與家人們共勉！
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