Екранирующие і заземлюючі петлі

У мене є різноманітне обладнання, яке потрібно підключити до GND (Chassis GND). Проблема у мене полягає в тому, що я підключаю картку АЦП всередині комп'ютера через металевий ящик із власною електронікою, яка з'єднується в кріостат (металевий щит).

Проблема полягає в тому, що якщо я просто використовую свої стандартні кабелі, то комп'ютер GND підключається до металевої коробки з електронікою, в яку в свою чергу підключений до металу кріостата. Тепер комп'ютер підключений до GND за допомогою штекера, а кріостат підключений до GND через великий металевий ремінь до будівлі GND. Це для мене пахне поганим випадком заземлення.

Тому я думаю, що мені потрібно зламати щит десь на одному з кабелів. Питання - де? Електроніка підсилює досить невеликий сигнал від кріостата, тому я здогадуюсь, що я хочу спробувати утримувати цей захисний зв’язок безперервно. Я збирався зламати щит у коробці на кабелі, який працює до комп'ютерів АЦП. Це гарна ідея? Чи не повинен я турбуватися, якщо комп’ютерний GND і кріостат GND в значній мірі підключені до однієї і тієї ж смуги живлення?

Зверніть увагу, що електроніка GND повинна плисти від шасі / будівлі GND.

Так, це звучить як (трохи заплутано) у вас проблема з заземленням, і так, вони можуть мати значення, особливо при спробі вимірювання невеликих аналогових сигналів. Якщо всі підстави прив'язуються до тієї ж розеткової смуги через відносно короткі лінійні шнури, то, ймовірно, буде гаразд. Однак ви кажете, що ця річ з кріостатом (що б там не було) пов'язана окремо з будівельним майданчиком, так що, очевидно, це не так, і це заплутано, чому ви її вигадали.

Загалом, добре перетворити аналогові сигнали в цифрові якомога ближче до джерела, а потім передати цифрові сигнали. Їх набагато простіше ізолювати, як-от за допомогою оптичних з’єднувачів, імпульсних трансформаторів, радіо тощо.

Однак уважно подивіться на A / D карту. Швидше за все, він може бути налаштований на одночасну та диференційну роботу. Це випадок, коли ви хочете диференціальних входів. Кріостат може справляти наземний посилальний сигнал, але сприймати його земний і вихідний сигнал як диференціальний. Це, по суті, віднімає зсув заземлення від сигналу перед його перетворенням.

Цей трюк працюватиме лише до деякої частоти, ймовірно, декількох кГц або низьких 10с кГц. Це повинно працювати досить добре, якщо відняти будь-який заземлений сигнал через 60 Гц або 50 Гц зворотних струмів ліній електропередач через наземні контури в циклі. Різкі сплески загального режиму все ще можуть заплутати розсилювальний коефіцієнт підсилення в А / Д і проявлятись як шум у кінцевому виході. Варто все ж спробувати. Якщо це недостатньо добре, поверніться та перетворіться на цифровий на датчику, а потім оптоізолюйте сигнал цифрової телеметрії.

На веб-сайті Loop Slooth є навчальний посібник з петель заземлення та інших форм електричних перешкод .

Цей підручник показує, що петлі заземлення поводяться по-різному на низьких і високих частотах. На низьких частотах враховується опір провідників, що утворюють контур заземлення, але не фізичне розташування, тоді як на високих частотах це навпаки, оскільки на високих частотах, що враховується, є індуктивність, а не опір. Перехресна частота задається R / L, де R - опір кабелю і L - індуктивність циклу.

Ці питання також обговорюються в документі « Огляд наукових інструментів» (також за посиланням на веб-сайті).

У навчальному посібнику пояснюється, як замикання заземлюються внаслідок розрізнення закону Фарадея та закону Кірхоффа (електроніка заснована на законі Кірхофа, який діє лише для постійного струму, тоді як реальний світ залежних від часу струмів передбачає закон Фарадея). Тут також обговорюється відношення контурів заземлення до інших форм перешкод, таких як індуктивна муфта, електростатична муфта та радіаційна муфта.

1. Часто вважають, що ключовою загрозою заземлення є те, що існує значна різниця постійного струму між підставами (наприклад, 0 В і 0,3 В). У такому випадку з'єднання двох із дротом низького опору може призвести до високого струму та пошкодження одного (або обох) пристроїв. Це може бути, якщо споживаний струм пристроїв на порядок різний між собою (скажімо, обертовий двигун, підключений до мобільного телефону). Однак це навряд чи ваш випадок. Отже, падіння постійного струму не повинно бути проблемою.

2. Шлейфи заземлення, як правило, є проблемою, оскільки вони діють як трансформатори, що перетворюють мінливе магнітне поле (викликане дією прилеглих пристроїв, таких як дроти електромережі, лампочки, вимикачі, двигуни тощо) в індуковану напругу.

В ідеальному випадку, якби була лише одна пара проводів (підключена до джерела живлення), близько розташованих один до одного скрізь, струмові петлі були б однаковими, а індукований ЕРС був би однаковим. Таким чином, вимірювання різниці напруги між проводами в будь-якій точці дало б той самий результат, чи з магнітним полем, чи ні.

Однак на практиці це трапляється рідко, дроти не йдуть парами, і вони не завжди підходять близько один до одного. Таким чином з'являється шум (ЕРС, що індукуються в різних петлях, різні).

З практичної точки зору ви можете зробити наступне: а) забезпечити максимальну близькість один до одного проводів (не утворюються великі петлі ізольованих проводів). б) переконайтесь, що поблизу немає джерел магнітного поля (шумових агресорів), що змінюються за часом.

У вашому випадку два пристрої мають різний зв’язок із землею (mains gnd та building gnd), тому, швидше за все, утворюється гігантський цикл, що не добре.

Фактичний рівень шуму залежатиме від паразитичних магнітних полів, що оточують вашу установку. Якщо у вашій лабораторії немає сильних джерел магнітного поля, що змінюється за часом, цикл заземлення може не стати проблемою.

Розбити щит може бути не найкращим вибором, оскільки:

1) це змінить імпеданс кабелю, що може викликати занепокоєння на високих частотах.

2) gnd приймача буде плавати відносно gnd драйвера. Будь-який розбійний струм, що з’являється на приймачі, вплине на сигнал.