Pętle ekranujące i uziemiające

Mam różne urządzenia, z których wszystkie muszą być podłączone do GND (Chassis GND). Problem polega na tym, że podłączam kartę ADC do komputera przez metalową skrzynkę z niestandardową elektroniką, która łączy się z kriostatem (metalową osłoną).

Problem polega na tym, że jeśli użyję tylko moich standardowych kabli, GND komputera jest podłączony do metalowej skrzynki z elektroniką, w której z kolei jest podłączony do metalu kriostatu. Teraz komputer jest podłączony do GND za pomocą wtyczki, a kriostat jest podłączony do GND za pomocą dużego metalowego paska do GND budynku. Pachnie mi to jak zły przypadek pętli uziemienia.

Myślę więc, że muszę złamać ekran gdzieś na jednym z kabli. Gdzie jest pytanie? Elektronika wzmacnia raczej niewielki sygnał z kriostatu, więc zgaduję, że chcę spróbować utrzymać ciągłość połączenia ekranu. Miałem zamiar złamać ekran przy pudełku na kablu, który biegnie do komputerów ADC. Czy to dobry pomysł? Czy nie powinienem się martwić, że GND komputera i GND kriostatu są właściwie podłączone do tej samej listwy zasilającej?

Należy pamiętać, że GND elektroniki powinien unosić się z GND podwozia / budynku.

Tak, to brzmi jak (trochę mylące), że masz problem z pętlą uziemienia i tak, mogą one mieć znaczenie, szczególnie podczas próby pomiaru małych sygnałów analogowych. Jeśli wszystkie fusy wiążą się z tym samym paskiem wylotowym za pomocą stosunkowo krótkich przewodów, prawdopodobnie byłoby to w porządku. Mówisz jednak, że ta kriostat (cokolwiek to jest) jest połączony osobno z gruntem budowlanym, więc oczywiście tak nie jest i dlatego jest mylący, dlaczego go wychowałeś.

Zasadniczo dobrze jest konwertować sygnały analogowe na cyfrowe jak najbliżej źródła, a następnie wysyłać wokół sygnałów cyfrowych. Są one znacznie łatwiejsze do izolacji, na przykład za pomocą opto-sprzęgaczy, transformatorów impulsowych, radia itp. Innymi słowy, staroświecka karta A / D w komputerze nie jest najlepszą ogólną architekturą z punktu widzenia systemu.

Przyjrzyj się jednak uważnie karcie A / D. Najprawdopodobniej można go skonfigurować do pracy pojedynczej i różnicowej. Jest to przypadek, w którym chcesz wejść różnicowych. Kriostat może wytwarzać sygnał odniesienia do ziemi, ale jego sygnał masy i sygnału wyjściowego traktuje jako różnicowy. To zasadniczo odejmie przesunięcie uziemienia od sygnału przed jego konwersją.

Ta sztuczka działa tylko do pewnej częstotliwości, prawdopodobnie kilku kHz lub niskich 10 kHz. Powinien działać całkiem dobrze w odejmowaniu dowolnego sygnału uziemienia z powodu prądów powrotnych linii energetycznej 60 Hz lub 50 Hz na ścieżkach uziemienia w pętli. Ostre impulsy w trybie wspólnym mogą nadal mylić wzmacniacz różnicowy w A / D i pojawiać się jako szum na końcowym wyjściu. Warto jednak spróbować. Jeśli to nie wystarczy, wróć i przekonwertuj na cyfrowy czujnik, a następnie optoizoluj cyfrowy sygnał telemetryczny.

Na stronie internetowej Loop Slooth znajduje się samouczek na temat pętli uziemienia i innych form zakłóceń elektrycznych .

Ten samouczek pokazuje, że pętle uziemienia zachowują się inaczej przy niskich i wysokich częstotliwościach. Przy niskich częstotliwościach liczy się rezystancja przewodów tworzących pętlę uziemienia, ale nie układ fizyczny, podczas gdy przy wysokich częstotliwościach jest odwrotnie, ponieważ przy wysokich częstotliwościach liczy się indukcyjność, a nie rezystancja. Częstotliwość podziału jest podawana przez R / L, gdzie R jest opornością kabla, a L jest indukcyjnością pętli.

Zagadnienia te zostały również omówione w dokumencie Review of Scientific Instruments (również pod linkiem na stronie internetowej).

Samouczek wyjaśnia, w jaki sposób pętle uziemienia wynikają z rozróżnienia między prawem Faradaya a prawem Kirchoffa (elektronika opiera się na prawie Kirchoffa obowiązującym tylko dla prądu stałego, podczas gdy rzeczywisty świat prądów zależnych od czasu obejmuje prawo Faradaya). Omawia także stosunek pętli uziemienia do innych form zakłóceń, takich jak sprzężenie indukcyjne, sprzężenie elektrostatyczne i sprzężenie promieniujące.

1. Często uważa się, że kluczowym zagrożeniem pętli uziemienia jest to, że istnieje znaczna różnica DC między uziemieniami (np. 0 V i 0,3 V). W takim przypadku połączenie dwóch drutem o niskiej rezystancji może spowodować wysoki prąd i uszkodzić jedno (lub oba) urządzenia. Może się tak zdarzyć, jeśli pobór prądu przez urządzenia różni się między sobą o rząd wielkości (np. Silnik obrotowy podłączony do telefonu komórkowego). Jest to jednak mało prawdopodobne. Tak więc spadek prądu stałego nie powinien stanowić problemu.

2. Pętle uziemienia stanowią zwykle problem, ponieważ działają jak transformatory przekształcające zmienne pole magnetyczne (spowodowane działaniem pobliskich urządzeń, takich jak przewody sieci elektrycznej, żarówki, przełączniki, silniki itp.) Na napięcie indukowane.

W idealnym przypadku, gdyby wszędzie była tylko jedna para przewodów (podłączonych do źródła zasilania) blisko siebie, pętle prądowe byłyby takie same, a indukowane pole elektromagnetyczne byłoby takie samo. Zatem pomiar różnicy napięcia między drutami w dowolnym punkcie dałby ten sam wynik, niezależnie od tego, czy w polu magnetycznym, czy nie.

Jednak w praktyce rzadko tak się dzieje, przewody nie idą parami i nie zawsze zbliżają się do siebie. W ten sposób pojawia się szum (pola elektromagnetyczne indukowane w różnych pętlach są różne).

Z praktycznego punktu widzenia możesz wykonać następujące czynności: a) upewnić się, że wszystkie druty zbliżają się do siebie tak bardzo, jak to możliwe (nie powstają duże pętle izolowanych drutów). b) upewnić się, że w pobliżu nie ma zmiennych źródeł pola magnetycznego (tłumików hałasu).

W twoim przypadku oba urządzenia mają różne połączenia z masą (sieć i budowanie sieci), więc prawdopodobnie powstaje gigantyczna pętla, co nie jest dobre.

Rzeczywisty poziom hałasu będzie zależeć od pasożytniczych pól magnetycznych otaczających konfigurację. Jeśli w laboratorium nie ma silnych źródeł zmiennego w czasie pola magnetycznego, pętla uziemienia może nie stanowić problemu.

Złamanie tarczy może nie być dobrym wyborem, ponieważ:

1) zmieni impedancję kabla, co może być kłopotliwe przy wysokich częstotliwościach.

2) Gnd odbiornika będzie unosić się względem gnd kierowcy. Jakikolwiek prąd błądzący pojawiający się na odbiorniku gnd wpłynie na sygnał.