【专家解读】通讯采用屏蔽双绞线的真正原因是什么？

摘要：通讯一般都是使用屏蔽双绞线，例如PROFIBUS使用屏蔽双绞线，西门子的工业以太网也使用工业双绞线。为什么使用双绞线？屏蔽线应该怎样接地？双端接地是否为了等电位？这些问题可能一直困扰着许多工程师，今天我们就谈一下屏蔽双绞线的作用。

（一）屏蔽线为什么使用双绞线？

干扰主要分电场干扰和磁场干扰，所以通信电缆首先需要屏蔽电场和磁场的干扰，其次还需要考虑，大部分使用屏蔽双绞线的通信信号都是高频的，需要过滤高频的干扰信号（有用信号是高频的，对高频的干扰是敏感的）。为什么使用双绞线？

（1）双绞线减少了信号回路的面积，也就是缩减了感应回路的面积，减少了天线效应，抑制磁场干扰；

（2）通过双绞线，磁通产生的感应电压在局部因极性相反而相互抵消，如下图所示：

所以使用双绞线起到了自屏蔽作用，主要针对的是磁场干扰。

（二）屏蔽线是单端接地还是双端接？

下面进行简单分析，首先可以参考下图：

上图中的干扰源是Uq，通过分布电容Ck耦合到平行布线电缆的屏蔽层上的A点，然后又通过屏蔽层与通信电缆的分布电容C耦合到电缆上的a点，Ce是屏蔽电缆与地间的分布电容，最后耦合到a点的干扰电压为：

Ua=Uq*Ck/（Ck+Ce）（注：前提是有一定的频率）

图中示例是没有接地，所以屏蔽层不接地是没有效果的，将A点接地，耦合到A点的电压为0，就不能再耦合到通信电缆的a点，所以在理想情况下单端接地就可以了。如下图所示：

如果干扰源的频率升高，例如大于20kHz时或电缆长度大于λ/20时，接地电阻和屏蔽层的阻抗应该考虑的是感抗，电阻可以忽略不计了，这样总的接地阻抗变大。这时A点的电压又随着干扰频率的升高而增加了，所以在高频时应该双端或者多端接地，或者尽量多接地（但是多数现场不方便），如下图所示：

双端接地是为了屏蔽高频干扰，而通信信号大部分是高频信号，对高频干扰信号敏感，所以大部分通信电缆都是双端接地的（有的信号对高频和低频信号都敏感），同样，对于高频磁场干扰，也是通过屏蔽层形成电流回路，形成反向磁场，与干扰磁场相互抵消，这里不再介绍了。所以不接地是无效的！是否需要等电位，答案也是确定的，否则地环流会影响屏蔽效果，所以在双端接地前必须进行等电位的绑定，不能使用屏蔽层作为等电位绑定导线。

摘自西门子工业技术论坛