双绞线屏蔽层的正确安装位置

电器工程 能够 屏蔽 LVDS 双绞线
2022-01-28 14:32:42

我有两个 PCB 通过包含 5 根子电缆的电缆连接:

  • 通过定制的同轴电缆(类似于笔记本电脑电源)提供 6v 电源。
  • 2x 100mbps LVDS 通过 100ohm 阻抗屏蔽双绞线。
  • 2x 1mbps CAN 通过相同的 120 欧姆双绞线电缆。

在此处输入图像描述

每条 LVDS 电缆在 RX 端用一个 100 欧姆的电阻端接。他们有带排扰线的箔屏。

每条 CAN 电缆的两端都用一个 120 欧姆的电阻端接。他们有带排扰线的箔屏。

隔离的 24v 电源被传送到左侧电路板,在那里它被切换到 6v(非隔离)。两块板都包含自己的 3.3v DCDC 稳压器(非隔离),用于本地电子设备。

我的问题:

屏蔽层应连接在哪一端?我假设应该在端连接 LVDS 屏蔽,如图所示。

由于CAN总线的两端都是源极,CAN屏蔽的两端是否应该连接到GND?

补充:两块PCB都装在塑料外壳中,没有接地。

3个回答

这是一个难以回答的问题,主要是因为 RF 和 EMI 非常不直观。有人可能会说,如果有人声称了解 EMI,那么他们肯定不了解 EMI。我并不声称完全了解 EMI。我知道很多,但我的知识有一些漏洞。在阅读我的答案时考虑一下。

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。差分驱动器中存在不匹配,导致差分对上的共模“噪声”。这种共模噪声还有一个信号返回路径,在这种情况下,它位于 GND 或屏蔽层上。在一端断开屏蔽层的问题在于,该信号返回路径将位于电源线上——导致巨大的环路面积并由此产生巨大的 EMI。虽然共模噪声返回电流很小,但环路面积却很大,因此在设计中必须考虑到这一点。

在我的一个设计中,我在 18" SATA 电缆上运行了一些 2.5 GHz 信号。对于那些不知道的人,SATA 电缆有两个差分对和两个屏蔽层。两个屏蔽层在末端连接在一起。电缆中除了屏蔽层外没有接地线。在我的设计中,屏蔽层的两端都连接到信号 GND。这个设计效果很好,现在正在量产。它符合 FCC B 类,并且等效 CE 版本,用于电磁兼容,包括辐射发射、RF 敏感性和 ESD 敏感性。

继续进行 SATA 比较,所有 SATA 主板/驱动器都连接了两端的屏蔽层,并且它们在高速下工作正常。SATA 电缆的长度约为 6 英寸到 2 英尺——类似于 OP 使用的电缆。带有 SATA 的系统符合更严格的 EMC 规定。它们每年的出货量为数千万到数亿个。

如果我设计这个系统,我会在两端连接屏蔽。有数以百万计的现代系统证明了这一点。

LVDS 是差分端接的(跨相位),因此不应该有净电流 - 它是平衡的。双绞线为您提供准 TEM 模式传播,因此这里的屏蔽层关注的是纯电场。在您绘制的一端终止以避免引入电流回路。

由于您已经实现了差分 CAN 系统并且是点对点而不是总线,因此与 LVDS 相同的论点适用于此。我会断开 RHS 上的屏蔽连接,但保留 LHS 上的屏蔽连接。

您的电源连接看起来不错。来自电源的所有镜像电流都将流回接近输入的电源。任何信号都没有镜像电流流过,因为它们是差分的和端接的,因此与电源相关的信号接地返回很好。

你没有提到周围是否有其他潜在的攻击者电路/电缆。这可能会改变这个方案。

为了验证,请阅读 Henry Ott 关于这个主题的书“电子系统中的降噪技术”

我遇到了类似安排的问题,其中 RH 3V3 稳压器电路需要更好的去耦,以防止开关模式电流通过两端接地的数据屏幕部分路由。我不是说不要两端接地,如果是切换器,请注意3V3稳压器。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接收器共模“问题”。