數據傳輸穩定性的研究

張澤宇

長春光學精密機械與物理研究所，吉林長春 130033

屏蔽層對來自導線或電纜外部的干擾電磁波和內部產生的電磁波均起著吸收能量、反射能量、和抵消能量的作用從而具有減弱干擾的功能。本文分析了數據在傳輸過程中，電纜屏蔽接地的作用，減少外界的電磁波對電纜導體的“磁電感應”，也就是我們所說的干擾，是信號在電纜線中保持不變的傳輸，以減少傳輸的誤差。

1 屏蔽電纜線

1.1 屏蔽電纜線結構

屏蔽電纜線結構圖如圖1所示。

圖1 屏蔽電纜線結構圖

屏蔽電纜線具有兩層結構（外層結構及內層結構），內層結構是真正的信號傳輸層，用于傳輸工作信號；外層結構是屏蔽層，一般采用鋁網或銅網結構，用于屏蔽干擾信號，提高抗干擾能力。

1.2 屏蔽線的原理

由于強電或低壓線路在通過電流的時候會在周圍產生磁場，而這些磁場又隨著電流的變化而變化，所以處于磁場區的電纜雖然沒有移動，卻相當于進行著切割磁力線運動。根據法拉第老人家發現的定理，會在電纜上產生感應電流。為了避免在線纜上產生感應電流，所以在線纜的外面加包了一個屏蔽層，于是屏蔽線就誕生了。

屏蔽簡單的原理應該就是物理上的電荷的特性，集中在帶電體的外表面，在電纜外增加一層金屬網使干擾產生的電荷集中在金屬網的外表面，這樣里面的電纜就不會受到干擾。

2 屏蔽線接法

實際工作中，屏蔽層的接法很重要，如接法錯誤不僅不會產生屏蔽效果，還會引入新的干擾，如果屏蔽層沒有有效的接地，會在屏蔽層上形成環形電流，會導致屏蔽層上不同點的電勢不相同，造成干擾噪聲傳播，所以一般都需要屏蔽層接地。

2.1 地線概念

2.1.1 獨立地線

獨立地線從概念上來說就是將某一設備單獨設置地線，不予其它設備共用，獨立地線一般采用專用接地電纜，要求符合國標要求。國標規定對于計算機系統的接地地線標準，應該是小于4歐姆。

2.1.2 等電位

等電位是將系統各個部分的金屬外殼用符合國標的線纜大面積連成一體，盡可能多的連接多個表面，形成一個連接面，面積越大，效果越好。

2.1.3 信號地

信號地是以其內部信號傳輸的地線，原則上不與大地線相連，采用懸浮的工作方式；如將其與大地線相連可能引入地線干擾。

2.2 一端接地

當信號線傳輸距離較遠時，由于信號兩端接地電阻不同，兩端的接地點電位會有所不同，如將兩端的屏蔽都接地，會造成在屏蔽層中有環流現象產生，環流現象會造成信號干擾，降低信號傳輸質量，在這種情況下，一般采用一端接地法，即只將一端接地，另一端懸空的方法避免干擾。單層屏蔽一端接地，不形成電位差，放靜電放電速度是最快的，一般用于防靜電感應。一端接地的，為什么還要接地呢？因為屏蔽層屏蔽的電波單向導入地中，就不會形成二次環電流了，進一步減少干擾。

在模擬信號傳輸系統中，抗模擬信號信號干擾是必須重視的問題，通常采用的做法將所有部分集中在一點上，集中一點接地。當接地無法抗干擾時，采用電容、電阻及電感進行抗干擾處理。

電氣接地要求單獨制作一定要和建筑接地分開，以防止建筑物遭受雷擊時影響電氣設備，可以和設備接地用一套接地系統，但是接地點應距離設備接地2.5米以外，以防止相互干擾。

一端接地對射頻屏蔽不好，尤其是電纜超過1/8波長時，甚至比不加屏蔽線還差。

一端接地示意圖如圖2所示

圖2 一端接地示意圖

2.3 兩端接地

對電纜屏蔽兩端同時接地，目前主要是如下考慮的：一端接地會在屏蔽層中產生電壓差，該壓差會形成屏蔽層干擾源，加大干擾危害；采用兩端接地可以有效地平衡電纜兩端的壓差，抗拒干擾。

雙端接地一定要檢測兩端的電位，必須確保等電位連接，如果不等電位，在屏蔽層上會有電流存在，不利于抗干擾。

雙端接地能很好地屏蔽射頻信號，易受地環路電流的影響。雙端接地示意圖如圖3所示。

圖3 雙端接地示意圖

2.4 雙層屏蔽

雙層屏蔽是采用特殊的雙層屏蔽電纜，其具有兩層屏蔽層，而且兩層屏蔽層之間時絕緣的，通常采用的做法是外層兩端接地；內層采用等電位接地。

3 結論

本文詳細介紹了在數據傳輸過程中，屏蔽電纜如何正確的接地，既可以保護自身設備不受外界電磁干擾，同時不成為對外干擾源，具有很高的實際應用價值。

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