M8连接器分为屏蔽型和非屏蔽型两种,屏蔽型在壳体和接触件之间有金属屏蔽层,提供360度电磁屏蔽,非屏蔽型无屏蔽层。在电磁干扰环境中选错屏蔽类型会导致信号失真、通讯中断甚至设备误动作。我们上海科迎法电气在M8连接器的屏蔽设计和EMC应用方面积累了丰富经验。本文从设备设计工程师的选型角度出发,把屏蔽型和非屏蔽型的区别、屏蔽原理、EMC要求和选型方法讲清楚。

M8连接器屏蔽型和非屏蔽型怎么选?

M8屏蔽型连接器直头产品实拍

一、电磁干扰对信号的影响

 

电磁干扰来源。工业环境中电磁干扰来源包括变频器(产生高频开关噪声)、电机(产生电刷火花噪声)、继电器和接触器(断开时产生电弧噪声)、电焊机(产生宽频噪声)和无线通讯设备(产生射频干扰)。

 

干扰耦合方式。干扰通过三种方式耦合到信号线。传导耦合(干扰通过公共电源线或地线传导到信号线)。电容耦合(干扰通过线间寄生电容耦合到信号线)。电感耦合(干扰通过线间互感耦合到信号线)。

 

干扰对信号的影响。模拟信号(如4到20毫安传感器信号)受干扰导致测量误差。数字信号(如开关量信号)受干扰导致误触发或漏触发。总线信号(如Profinet、IO-Link)受干扰导致通讯丢包或中断。

 

信号完整性。信号完整性指信号在传输过程中保持原始波形的能力。电磁干扰破坏信号完整性,导致信号失真。高频信号(如Profinet通讯速率100Mbps)对信号完整性要求高,容易受干扰。低频信号(如开关量信号)对信号完整性要求低,抗干扰能力强。

 

二、M8连接器屏蔽型结构

 

屏蔽型M8连接器的屏蔽结构。屏蔽型连接器在接触件和壳体之间有金属屏蔽层(金属壳体或金属屏蔽套),屏蔽层与电缆屏蔽层360度环形接触,形成连续的屏蔽通路。

 

屏蔽层材料。标准屏蔽型使用铜合金镀镍壳体(导电性好、耐腐蚀)。高端屏蔽型使用锌白铜(铜镍合金,屏蔽效果更好)。全金属屏蔽型(PB系列)壳体和屏蔽层一体成型。

 

屏蔽层接地。屏蔽层通过连接器金属壳体到设备金属面板到设备接地形成连续接地通路。接地通路将电磁干扰导入大地,不耦合到信号线上。接地是屏蔽有效的前提,屏蔽层不接地等于没有屏蔽。

 

屏蔽效果。屏蔽型M8连接器的屏蔽效果通常大于40到60分贝(在30到1000兆赫兹范围),即干扰衰减100到1000倍。屏蔽效果取决于壳体材料和屏蔽层与电缆屏蔽层的接触质量。

M8屏蔽型连接器直头产品结构

三、非屏蔽型M8连接器结构

 

非屏蔽型M8连接器壳体为工程塑料(PA66尼龙或PBT),壳体不导电,不提供电磁屏蔽。接触件直接安装在塑料壳体中,与外部电磁环境无屏蔽隔离。

 

非屏蔽型的信号保护。非屏蔽型依赖电缆自身的屏蔽层(铝箔屏蔽或编织屏蔽)保护信号线。电缆屏蔽层在连接器处断开(不与壳体连接),屏蔽效果不如屏蔽型连接器的360度连续屏蔽。

 

非屏蔽型的适用条件。非屏蔽型适合电磁干扰较弱的环境(如办公室、实验室)或低频信号(如开关量信号、24伏直流电源)。在干扰较弱的环境中,电缆自身的屏蔽足以保护信号,不需要连接器屏蔽。

M8非屏蔽型连接器直头产品实拍

四、屏蔽型和非屏蔽型对比

 

屏蔽效果。屏蔽型大于40到60分贝,非屏蔽型0分贝(无屏蔽)。电磁干扰环境选屏蔽型。

 

成本。屏蔽型成本高于非屏蔽型百分之30到百分之50(金属壳体和屏蔽结构成本)。成本敏感选非屏蔽型。

 

体积和重量。屏蔽型金属壳体较重较大。非屏蔽型塑料壳体较轻较小。空间受限选非屏蔽型。

 

信号类型适用。高频信号(Profinet、IO-Link、RS485高速)选屏蔽型。低频信号(开关量、电源)可选非屏蔽型。

 

安装要求。屏蔽型需要设备面板为金属面板(屏蔽层通过面板接地)。非屏蔽型不要求金属面板。

 

五、选型方法

 

确认电磁环境。变频器旁、电机旁、电焊机旁等强干扰环境选屏蔽型。实验室、办公室等弱干扰环境选非屏蔽型。

 

确认信号类型。Profinet(100Mbps)选屏蔽型。IO-Link(COM3速率230千波特)选屏蔽型。RS485(高速)选屏蔽型。开关量信号(慢速)可选非屏蔽型。模拟信号(4到20毫安)建议选屏蔽型(干扰影响测量精度)。

 

确认电缆类型。使用屏蔽电缆(有铝箔或编织屏蔽层)选屏蔽型连接器(保持屏蔽连续性)。使用非屏蔽电缆选非屏蔽型连接器(连接器屏蔽无意义)。

 

确认设备面板。金属面板选屏蔽型(屏蔽层通过面板接地)。塑料面板或非金属外壳选非屏蔽型(屏蔽层无法接地)。

 

确认接地条件。有可靠接地选屏蔽型。无接地条件选非屏蔽型(屏蔽层不接地无效)。

 

确认成本预算。预算充裕选屏蔽型。成本敏感且干扰弱选非屏蔽型。

 

六、使用注意事项

 

屏蔽连续性。屏蔽型连接器的屏蔽效果依赖屏蔽连续性。电缆屏蔽层到连接器屏蔽层到设备面板到接地必须形成连续通路。任何一处断开都会降低屏蔽效果。安装时确认屏蔽层与连接器壳体360度接触。

 

接地质量。屏蔽层接地电阻不大于0.1欧姆(高频接地)。接地线尽量短(长接地线在高频下成为天线,引入干扰)。设备面板到接地的接地电阻不大于4欧姆。

 

屏蔽层不可一端接地。部分用户将屏蔽层一端接地另一端悬空,这种做法在低频有效但高频无效。高频干扰需要屏蔽层360度两端接地。M8连接器的屏蔽型设计为360度环形接地,确保两端屏蔽连续。

 

非屏蔽型不能替代屏蔽型。在强干扰环境中用非屏蔽型替代屏蔽型会导致信号失真和通讯中断。不要为了节省成本在需要屏蔽的场合使用非屏蔽型。

 

选型总结。M8连接器屏蔽型和非屏蔽型选型的关键是确认电磁环境和信号类型。强干扰和高频信号选屏蔽型,弱干扰和低频信号选非屏蔽型。我们科迎法电气提供屏蔽型和非屏蔽型M8连接器全规格产品线,同时提供太阳光模拟器等光电检测设备,欢迎咨询选型。