Правильное место для крепления щитов для витых пар

31

У меня есть две платы, соединенные кабелем, содержащим 5 подкабелей:

  • Питание 6 В через изготовленный на заказ коаксиальный кабель (аналогичный тому, который используется в блоке питания ноутбука).
  • 2x 100 Мбит / с LVDS через витую пару с сопротивлением 100 Ом.
  • 2x 1 Мбит / с CAN через тот же кабель витой пары 120 Ом.

введите описание изображения здесь

Каждый кабель LVDS заканчивается на конце RX резистором 100 Ом. У них есть экран фольги со сливными проводами.

Каждый кабель CAN заканчивается на обоих концах резистором 120 Ом. У них есть экран фольги со сливными проводами.

Изолированное питание 24 В подается на левую плату, где оно переключается на 6 В (неизолированный). Обе платы содержат собственный 3.3 В регулятор DCDC (неизолированный) для местной электроники.

Мои вопросы:

На каких концах должны быть соединены щиты? Я предполагаю, что экраны LVDS должны быть подключены на конце источника , как показано на схеме.

Поскольку оба конца шин CAN являются источниками, следует ли подключать оба конца экранов CAN к GND?

Добавлено: Обе печатные платы размещены в пластиковых корпусах, и они не прикреплены к земле.

Rocketmagnet
источник
5
Это отличная графика.
Абдулла Кахраман
3
@ RocketMagnet: мне интересно узнать, какое программное обеспечение вы использовали для создания графики?
Густаво Литовский
3
@GustavoLitovsky - я использовал схематический редактор Altium. У него есть пара простых инструментов рисования линий и прямоугольников. Это требует времени, но это делает для хорошей документации.
Ракетный магнит
1
@AanindoGhosh Иногда лучше заземлить экран ближе к источнику помех, чем к источнику питания. Пример: датчик на промышленной машине подключен к DAQ с помощью кабеля. Промышленная машина создает помехи. В этой ситуации я бы подключил экран к земле где-то рядом с шумной машиной. Со стороны DAQ я бы подключил экран к земле DAQ через конденсатор (скажем, 100 пФ).
Ник Алексеев
4
@jippie - Хм, просто читая Отта: «При частотах выше 100 кГц становится необходимым заземление экрана на обоих концах ... Это обычная практика ... с цифровыми цепями заземлять экран кабеля на обоих концах».
Ракетный магнит

Ответы:

16

Это трудно ответить, в основном потому, что RF и EMI невероятно не интуитивны. Можно сказать, что если кто-то утверждает, что понимает EMI, то он, безусловно, не понимает EMI. Я не претендую на полное понимание EMI. Я много знаю об этом, но у меня есть некоторые дыры в моих знаниях. Учтите это при прочтении моего ответа.

Моя главная проблема заключается в том, что LVDS, как и любой другой метод дифференциальной сигнализации, в котором не используются изолирующие трансформаторы, не является абсолютно дифференциальным. Существуют несоответствия в дифференциальных драйверах, которые вызывают синфазный «шум» в diff-паре. Этот синфазный шум также имеет путь возврата сигнала, который был бы на GND или экране в этом сценарии. Проблема с отключением экранов на одном конце состоит в том, что этот путь возврата сигнала будет проходить по силовому кабелю, что приведет к большой площади контура и, как следствие, к огромным электромагнитным помехам. В то время как синфазный возвратный ток шума мал, площадь контура его велика, и поэтому это необходимо учитывать при проектировании.

В одном из моих проектов я пропустил сигналы 2,5 ГГц по 18-дюймовому кабелю SATA. Для тех, кто не знает, в кабеле SATA есть две пары разностей и два экрана. Оба экрана соединены вместе на концах. Нет никаких проводов GND в кабеле кроме экранов. В моем проекте экраны были связаны с сигнальным GND на обоих концах. Этот проект работал отлично, и в настоящее время находится в массовом производстве. Он соответствует FCC Class B, и эквивалентная версия CE, для электромагнитной совместимости, включая излучаемое излучение, радиочастотную восприимчивость и ESD.

Продолжая сравнение SATA, все материнские платы / диски SATA соединяют экраны с обоих концов, и они отлично работают на высоких скоростях. Кабели SATA доступны длиной от 6 дюймов до 2 футов - аналогично тому, что использует OP. Системы с SATA соответствуют более строгим требованиям EMC. И они поставляются от десятков до сотен миллионов единиц в год.

Если бы я проектировал эту систему, я бы соединял экраны с обоих концов. Есть миллионы современных систем, которые показывают это работает.


источник
7

LVDS дифференцированы (по фазам) дифференциально, поэтому не должно быть никакого потока тока - он сбалансирован. Витые пары дают вам распространение квазимодовой моды, поэтому защитный экран здесь представляет собой чисто электрическое поле. завершите на одном конце, как вы нарисовали, чтобы избежать введения токовых петель.

Поскольку вы внедрили дифференциальную CAN-систему и собираетесь использовать точку-точку, а не подключены к ней, для этого применяются те же аргументы, что и для LVDS. Я сломал бы соединение экрана на RHS, но оставил бы тот на LHS.

Ваше подключение питания выглядит нормально. Весь поток тока изображения от мощности будет течь обратно близко к входящей мощности. Нет никакого потока тока изображения от какой-либо из сигнализации, потому что они являются дифференциальными и терминированы, так что возврат сигнала заземления, связанный с мощностью, в порядке.

Вы не упоминаете, есть ли другие потенциальные агрессивные цепи / кабели вокруг. это может изменить эту схему.

Для проверки прочитайте книгу Генри Отта на эту тему «Методы шумоподавления в электронных системах».

заполнитель
источник
3
(может не относиться к CAN), но меня учили заземлять экраны на передающей стороне: любой шум, возникающий на экране, вызывает токи заземления рядом с надежным передатчиком вместо чувствительного приемника.
Брайан Драммонд
2
Это хороший момент, так как Отт говорит, что нет ОДНОГО решения, вам нужно проанализировать доминирующие моды. Но что здесь за Tx? Я думаю, что нарушение альтернативных путей для текущего потока изображения является более важным.
заполнитель
3
Для длины 250 мм, 1 Мбит / с CAN не должен требовать экранирования, кроме как в самых неблагоприятных условиях EMI. Если предположить, что это не так, то почему бы просто не пропустить CAN-шилдинг?
HikeOnPast
2
@HikeOnPast - потому что у меня уже был кабель на заказ. Мне пришлось использовать нестандартные кабели, потому что, очевидно, невозможно купить тонкий кабель с витой парой с сопротивлением 120 Ом.
Ракетный магнит
3
@Rocketmagnet, понял. В этом случае, по крайней мере для шин CAN, оконечность экрана на самом деле не имеет значения; делать все, что проще с точки зрения сборки.
HikeOnPast
3

У меня были проблемы с подобным устройством, где схема регулятора RH 3V3 нуждалась в лучшем разъединении для предотвращения частичного прохождения токов режима переключения через экраны данных, которые были заземлены на обоих концах. Я не говорю, что не заземляйте оба конца, просто будьте осторожны с регулятором 3V3, если это переключатель. Проблема проявлялась в случайных повреждениях данных, и я подозреваю, что это был ток питания через экраны данных, который подключался к обоим проводам в витой паре и вызывал проблемы "синфазного режима" приемника.

Энди ака
источник
Может быть, это плотно, но что такое "RH"?
Фотон
RH = правая рука, т.е. регулятор на рисунке парня с правой стороны
Andy aka
Хорошо, это имеет смысл. Все, о чем я мог думать, это «красная шляпа» (но это не вопрос Linux) и «относительная влажность».
Фотон