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Shielding

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Shielding
Maggio 1996
E.M.I. Shield e Grounding:
analisi applicata ai sistemi di
cablaggio strutturato
Shielding
Pier Luca Montessoro
[email protected]
SHIELD - 1
Copyright: si veda nota a pag. 2
Maggio 1996
Nota di Copyright
Questo insieme di trasparenze (detto nel seguito slides) è protetto dalle leggi sul
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queste slides.
In ogni caso questa nota di copyright non deve mai essere rimossa e deve essere
riportata anche in utilizzi parziali.
SHIELD - 2
Copyright: si veda nota a pag. 2
Maggio 1996
Schermatura e messa a terra
In una trasmissione
bilanciata l’eventuale
schermo non porta
corrente del segnale:
possiamo metterlo a
terra o meno
La schermatura deve
racchiudere l’intero
sistema: lo schermo del
cavo è solo uno degli
elementi necessari
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Copyright: si veda nota a pag. 2
Maggio 1996
Dove mettere a terra?
E` importante interrompere le correnti che scorrono nello schermo perché possono accoppiarsi
con i circuiti interni e generare rumore
Talvolta questo concetto degenera nell’idea di
interrompere lo schermo
Inefficace se VCM non è zero (terra
rumorosa) o se ci sono correnti
indotte nel loop
Collegando lo schermo soltanto dove
lo 0V di riferimento è messo a terra si
apre il loop, ma l’estremità aperta
diventa rumorosa se AB = λ/4
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Copyright: si veda nota a pag. 2
Maggio 1996
Riduzione della corrente nello
schermo senza interrompere lo
schermo stesso
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Maggio 1996
Accoppiamento elettrico e
magnetico in un cavo schermato
tra due dispositivi
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Maggio 1996
Dinamica dell’accoppiamento
Se l’orientamento del loop di terra rispetto
alla polarizzazione del campo esterno
incidente è nella situazione peggiore si
generano:
una sorgente di tensione a bassa
impedenza in serie al loop, dovuta
all’induzione magnetica
una sorgente di corrente ad alta
impedenza attraverso il loop, dovuta
all’eccitazione elettrica
Il comportamento dello schermo dipende da
quale dei due fenomeni predomina
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Copyright: si veda nota a pag. 2
Maggio 1996
Dinamica dell’accoppiamento
A causa delle capacità parassite tra schermo e
conduttori interni parte del disturbo generato
nello schermo si sovrappone al segnale
Il segnale ne è affetto anche nelle
trasmissioni bilanciate a causa delle
asimmetrie tra i due conduttori (twistatura,
capacità tra conduttore e schermo, ecc.)
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Copyright: si veda nota a pag. 2
Maggio 1996
Modello generale
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Copyright: si veda nota a pag. 2
Maggio 1996
Modello generale
L’impedenza tra schermo e terra Zgnd considera
anche i diversi elementi del collegamento
elettrico Zgnd (connettori, prese, ecc.)
ZS è l’impedenza dello schermo
La tensione indotta nello schermo è:
L
Vsh =
∫ I dZ
S
S
+ I S Z gnd
0
Zgnd tende a infinito per L = λEMI/4 o multipli
interi: i conduttori sono circondati da uno
schermo non a massa, e la tensione si accoppia
interamente attraverso le capacità parassite
SHIELD - 10
Copyright: si veda nota a pag. 2
Maggio 1996
Modello generale
Per L = λEMI/4 uno schermo sottile (inferiore
alla profondità di pelle) non ha effetto
(attenuazione 0dB)
Per L = λEMI/40 l’attenuazione è di 20 dB
Per L = λEMI/400 l’attenuazione è di 40 dB
Una tecnica per evitare di raggiungere
lunghezze di λEMI/4 consiste nell’utilizzare più
punti di messa a terra. Ma:
non è applicabile ai sistemi di cablaggio
strutturato
crea correnti nello schermo quando i
potenziali di terra sono diversi
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Copyright: si veda nota a pag. 2
Maggio 1996
Diverse possibilità
SHIELD - 12
Copyright: si veda nota a pag. 2
Maggio 1996
Diverse possibilità
Messa a terra dello schermo:
nessuna
dalla parte della sorgente
dalla parte del carico
ad entrambe le estremità
Terminazione dello schermo:
“pigtail” (economico, pratico e inutile)
copertura a 3600 (costoso)
Materiale costituente lo schermo
elevata Zt (economico, flessibile, leggero)
bassa Zt (costoso, rigido, pesante)
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Maggio 1996
Diverse possibilità
scopo della
schermatura
schermo elettricamente corto schermo elettricamente lungo
l/λEMI ≤ 0.1
l/λEMI > 0.1
• Messa a terra in un solo
punto
• 0V collegato a massa dal
ridurre la
lato del ricevitore
suscettibilità
(EMI all’esterno • Messa a terra dello
dello schermo)
schermo in quel punto
• Corti “pigtail” sono
accettabili
• Collegamento di entrambe
le estremità dello schermo
al contenitore metallico
• Schermi a bassa Zt
• Connettori con copertura
di 3600
• “pigtail” inaccettabili
• Messa a terra in un solo
punto
• 0V collegato a massa dal
ridurre le
lato del trasmettitore
emissioni
(EMI all’interno • Messa a terra dello
dello schermo)
schermo in quel punto
• Corti “pigtail” sono
accettabili
• Collegamento di entrambe
le estremità dello schermo
al contenitore metallico
• Schermi a bassa Zt
• Connettori con copertura
di 3600
• “pigtail” inaccettabili
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Copyright: si veda nota a pag. 2
Maggio 1996
Possibilità di applicazione al
cablaggio strutturato
I cavi al di fuori degli armadi hanno sempre
l >> λ/4
Non c’è possibilità di controllo su come
sono collegati schermo, massa e terra
all’interno delle apparecchiature (spesso
non è nemmeno documentato)
La connettorizzazione è problematica,
specie per cavi con schermi efficaci (calza
più foglio)
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