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使用屏蔽线一定优于非屏蔽线吗?【EMC学习】

使用屏蔽线一定优于非屏蔽线吗?【EMC学习】

【现象描述】

某产品使用以太网通信接口,以太网电缆使用屏蔽网线,进行辐射发射测试时发现超标 (CLASS B), 并发现该辐射超标与以太网线有关。相关测试频谱图中可以看出, 150MHz频点已经超过 CLASS B限值。将以太网线改成非屏蔽的普通以太网线后, 意外地发现测试可以通过CLASS B 限值要求, 并且还有一定的裕量。

一般认为,屏蔽电缆中的屏蔽层,具有隔离电缆内部信号向外辐射传输的作用,在EMI 测试中占一定的优势。因此许多产品在设计时,考虑到 EMC 性能,也会适当牺牲一点成本而选择屏蔽电缆。但是本案例中为何会为出现“吃力不讨好”的现象呢?

【原因分析

首先看一下该产品以太网通信接口部分的布局情况,见下图。

使用屏蔽线一定优于非屏蔽线吗?【EMC学习】 博主推荐 第1张

以太网通信接口采用网络变压器,RJ45头外壳到接地端子之间 的 PCB走线,约 6 cm 长。约 6cm接地线存在一定的问题,原因是在高频下并不是很粗的6 cm 的 PCB 布线已经具有较高的阻抗。但是由于产品结构的限制,还是不得不用这种做法。

在该案例的产品中,以太网连接器RJ45 受产品结构形状的限制使其外壳的接地路径所产生的接地阻抗较高,屏蔽电缆屏蔽层或RJ45 连接器金属外壳不能很好地接地,导致接地阻抗较大。

当以太网接口电路的网口变压器和相关共模抑制电路( C21、R22 等)进行共模抑制产生的共模电流流过RJ45外壳的接地线时,在接地线上产生较高的压降Un,而以太网接口屏蔽电缆在Un的驱动下,最后导致以太网电缆的屏蔽层上流过较大的共模电流,流过共模电流的屏蔽层成为了辐射的载体—”天线”。 这是一个典型的共模电压驱动辐射天线模型。

将屏蔽电缆改成非屏蔽的普通电缆后,虽然共模电压依然存在,但是辐射的载体“天线”就不存在了,所以辐射降低了。

【处理措施】

有以下三种方式可以改进该辐射问题:

(1)取消“发射天线”:在不能改进接地效果的情况下,将屏蔽电缆改成非屏蔽电缆。

(2)截断共模电流路径:断开C21、C23与地的连接。

(3)降低接地阻抗,降低共模电压Un: 用金属片代替PCB中的屏蔽层接地线。

(4)本产品最后采用的是"截断共模电流路径:断开C21、C23与地的连接”的方式,即断开C21、C23与屏蔽电缆屏蔽层的直接连接,将C21、C23接至网口变压器的内侧的工作地(数字地)。

【思考与启示】

试图用屏蔽电缆来改善产品EMC特性,一定要保证屏蔽电缆接地良好,否则可能事倍功半。

以太网是一种高速接口电路,很多带有以太网线的产品在EMC测试时,就是因为以太网线导致辐射测试失败。除了电缆接地和选用带有屏蔽的接口连接器外,以太网接口电路的设计也是很重要的一部分。

注:以上用例来自《EMC电磁兼容设计与测试案例分析》

 

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