数据传输稳定性的研究

张泽宇

长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033

屏蔽层对来自导线或电缆外部的干扰电磁波和内部产生的电磁波均起着吸收能量、反射能量、和抵消能量的作用从而具有减弱干扰的功能。本文分析了数据在传输过程中，电缆屏蔽接地的作用，减少外界的电磁波对电缆导体的“磁电感应”，也就是我们所说的干扰，是信号在电缆线中保持不变的传输，以减少传输的误差。

1 屏蔽电缆线

1.1 屏蔽电缆线结构

屏蔽电缆线结构图如图1所示。

图1 屏蔽电缆线结构图

屏蔽电缆线具有两层结构（外层结构及内层结构），内层结构是真正的信号传输层，用于传输工作信号；外层结构是屏蔽层，一般采用铝网或铜网结构，用于屏蔽干扰信号，提高抗干扰能力。

1.2 屏蔽线的原理

由于强电或低压线路在通过电流的时候会在周围产生磁场，而这些磁场又随着电流的变化而变化，所以处于磁场区的电缆虽然没有移动，却相当于进行着切割磁力线运动。根据法拉第老人家发现的定理，会在电缆上产生感应电流。为了避免在线缆上产生感应电流，所以在线缆的外面加包了一个屏蔽层，于是屏蔽线就诞生了。

屏蔽简单的原理应该就是物理上的电荷的特性，集中在带电体的外表面，在电缆外增加一层金属网使干扰产生的电荷集中在金属网的外表面，这样里面的电缆就不会受到干扰。

2 屏蔽线接法

实际工作中，屏蔽层的接法很重要，如接法错误不仅不会产生屏蔽效果，还会引入新的干扰，如果屏蔽层没有有效的接地，会在屏蔽层上形成环形电流，会导致屏蔽层上不同点的电势不相同，造成干扰噪声传播，所以一般都需要屏蔽层接地。

2.1 地线概念

2.1.1 独立地线

独立地线从概念上来说就是将某一设备单独设置地线，不予其它设备共用，独立地线一般采用专用接地电缆，要求符合国标要求。国标规定对于计算机系统的接地地线标准，应该是小于4欧姆。

2.1.2 等电位

等电位是将系统各个部分的金属外壳用符合国标的线缆大面积连成一体，尽可能多的连接多个表面，形成一个连接面，面积越大，效果越好。

2.1.3 信号地

信号地是以其内部信号传输的地线，原则上不与大地线相连，采用悬浮的工作方式；如将其与大地线相连可能引入地线干扰。

2.2 一端接地

当信号线传输距离较远时，由于信号两端接地电阻不同，两端的接地点电位会有所不同，如将两端的屏蔽都接地，会造成在屏蔽层中有环流现象产生，环流现象会造成信号干扰，降低信号传输质量，在这种情况下，一般采用一端接地法，即只将一端接地，另一端悬空的方法避免干扰。单层屏蔽一端接地，不形成电位差，放静电放电速度是最快的，一般用于防静电感应。一端接地的，为什么还要接地呢？因为屏蔽层屏蔽的电波单向导入地中，就不会形成二次环电流了，进一步减少干扰。

在模拟信号传输系统中，抗模拟信号信号干扰是必须重视的问题，通常采用的做法将所有部分集中在一点上，集中一点接地。当接地无法抗干扰时，采用电容、电阻及电感进行抗干扰处理。

电气接地要求单独制作一定要和建筑接地分开，以防止建筑物遭受雷击时影响电气设备，可以和设备接地用一套接地系统，但是接地点应距离设备接地2.5米以外，以防止相互干扰。

一端接地对射频屏蔽不好，尤其是电缆超过1/8波长时，甚至比不加屏蔽线还差。

一端接地示意图如图2所示

图2 一端接地示意图

2.3 两端接地

对电缆屏蔽两端同时接地，目前主要是如下考虑的：一端接地会在屏蔽层中产生电压差，该压差会形成屏蔽层干扰源，加大干扰危害；采用两端接地可以有效地平衡电缆两端的压差，抗拒干扰。

双端接地一定要检测两端的电位，必须确保等电位连接，如果不等电位，在屏蔽层上会有电流存在，不利于抗干扰。

双端接地能很好地屏蔽射频信号，易受地环路电流的影响。双端接地示意图如图3所示。

图3 双端接地示意图

2.4 双层屏蔽

双层屏蔽是采用特殊的双层屏蔽电缆，其具有两层屏蔽层，而且两层屏蔽层之间时绝缘的，通常采用的做法是外层两端接地；内层采用等电位接地。

3 结论

本文详细介绍了在数据传输过程中，屏蔽电缆如何正确的接地，既可以保护自身设备不受外界电磁干扰，同时不成为对外干扰源，具有很高的实际应用价值。

[1]叶盛祥.光电位移精密测量技术[M].成都：四川科学技术出版社，2003.

[2]叶淑英.采用微机的22位矩阵式光电编码器.1988：10-11.

[3]魏振忠，张广军.结构光直光条中心线的鲁棒性自动提取方法[J].仪器仪表学报，2004，25（2）：244-247.