Collegamento a terra nei segnali differenziali

Ho bisogno di una connessione di terra quando si collegano segnali differenziali tra due sistemi?

Stavo pensando che questo non dovrebbe essere necessario, ma come si comporterà la tensione di modo comune all'estremità di ricezione? Senza collegare la terra tra i due sistemi, sondare gli ingressi all'estremità di ricezione e osservare che gli ingressi viaggiano su un picco da 10 V a un picco di 60 Hz (probabilmente interferenza dalla linea di alimentazione). Poiché esiste un limite di modalità comune di +/- 5 V sull'ingresso di ricezione, ciò probabilmente causa il comportamento irregolare che sto vivendo.

Sarà utile una connessione di terra su entrambi i sistemi? Oppure è ancora necessaria una connessione a terra per il collegamento dei segnali differenziali?

Esistono 3 tipi principali di ricevitori utilizzati per rilevare "segnali differenziali":

Segnali differenziali accoppiati CC

RS-485, RS-422, CANbus, LVDS, USB, SATA, PCI Express, ecc. Collegano direttamente i segnali differenziali al chip ricevitore - "DC-coupled". Essi richiedono un collegamento a terra per mantenere il segnale alla fine del ricevente del bus all'interno della gamma di modo comune del chip ricevitore.

Spesso tali sistemi smettono di funzionare quando l'offset di tensione è superiore a qualche volt e possono essere danneggiati in modo permanente se l'offset di tensione raggiunge qualche decina di volt. (Ovvero, l'offset di tensione tra la "terra" del sistema a un'estremità del cavo e la "terra" del sistema all'altra estremità del cavo).

Spesso 2 scatole con un cavo tra loro che trasportano un tale protocollo (o un protocollo single-ended come SPI o RS232) sembrano funzionare bene in laboratorio seduti uno accanto all'altro, ma hanno una comunicazione intermittente o smettono di comunicare interamente quando vengono posizionati nel campo con lunghe distanze tra di loro. Quando ciò accade, le persone finiscono spesso per acquistare 2 "isolatori" che utilizzano internamente uno dei seguenti approcci e mettono il cavo lungo tra quegli isolatori.

segnali differenziali accoppiati optoisolatore

Sistemi come il MIDI collegano segnali differenziali più o meno al LED di un optoisolatore sul ricevitore.

Con una progettazione adeguata, sistemi simili possono e talvolta funzionano perfettamente con i kilovolt di offset tra la "terra" del sistema a un'estremità del cavo e la "terra" del sistema all'altra estremità del cavo.

segnali differenziali accoppiati a trasformatore e accoppiati a condensatore

Audio analogico, LonWorks (a) , ecc. Collegano segnali differenziali a condensatori con blocco CC.

Ethernet, ecc. Collegano segnali differenziali a trasformatori con blocco CC.

I ricevitori a banda larga su linea elettrica hanno in genere sia condensatori di blocco CC che trasformatori di blocco CC.

Con una progettazione adeguata, a volte possono funzionare bene anche con kilovolt di offset tra il sistema "terra" a un'estremità del cavo e il sistema "terra" all'altra estremità del cavo.

Questi sistemi bloccano l'offset CC con un trasformatore o condensatori o entrambi per trasportare il segnale oltre il limite di isolamento. (Per ridurre l'EMI e proteggere dagli eventi di scarica dei cavi, molti sistemi collegano anche ciascun filo del cavo con resistori o condensatori o entrambi - una terminazione CA di Bob Smith - alla massa dello chassis (b) (c) (d) ( Intel AP- 434 ); spesso con condensatori aggiuntivi per supportare l'alimentazione tramite Ethernet (e) .)

Tali tensioni di offset sono la ragione principale dietro " condensatore 2kV su Ethernet? ".

Differenziale su un cavo

Come si ottiene normalmente ciò nella pratica?

Quando si inviano Ethernet, LonWorks, dati optoisolati, ecc. Tramite un cavo, non è necessario un filo di terra. Tutti i fili del cavo possono essere utilizzati per la trasmissione dei dati. (I sistemi PoE finiscono spesso per avvicinare comunque i due motivi del sistema; i sistemi non PoE consentono ai due sistemi di galleggiare a parte).

Quando si invia RS-485, CANbus, ecc. Tramite un cavo, in genere almeno 1 filo nel cavo è riservato al filo di terra, che tira la terra del sistema a un'estremità del cavo e la terra del sistema all'altra estremità del cavo vicino - si spera abbastanza vicino per consentire la comunicazione o almeno per prevenire danni permanenti.

Molte persone usano esattamente lo stesso cavo CAT5 (non schermato) con spine RJ45 standard ad entrambe le estremità per entrambi i tipi di sistemi.

Quando si utilizza un cavo schermato, alcune persone sono molto attente a progettare il sistema con la presa in cui quel cavo si collega per avere una "massa del telaio" / "massa del telaio" separata e collegarlo alla schermatura del cavo e separare dal "terra dati" / "terra segnale" su, ad esempio, il pin 9 di un connettore DB9 che trasporta dati RS232. Altre persone collegano semplicemente tutti i motivi insieme. Non ho intenzione di aggiungere altro qui su quella polemica infuriata.

Se si utilizzava un trasformatore a un'estremità, la terra sarebbe isolata nel qual caso non sarebbe necessario un filo di terra tra.

Ma in teoria penso che potresti anche realizzare un circuito senza un trasformatore che utilizzava driver identici su entrambi i terminali con condensatori. Quindi sarebbe completamente isolato. Ma in pratica l'impedenza di entrambi i terminali di uscita dovrebbe essere adattata esattamente. E il ricevitore dovrebbe avere una buona CMR. Quindi penso che il rumore di fondo sarebbe sostanzialmente cancellato. E potrebbe funzionare meglio se il segnale fosse trasmesso sfasato su entrambi i fili invece di mettere semplicemente il segnale su un filo.

Ma in pratica è probabilmente una cosa dubbia da fare. Se si desidera il massimo isolamento del terreno e un ottimo CMRR, la regola dei trasformatori. Altrimenti, è necessario un terzo filo in modo che entrambi i circuiti spingano / tirino contro una tensione di riferimento comune (terra) in modo che qualsiasi rumore su quel filo non abbia importanza (senza considerare la resistenza / induttanza del filo).

Anche se è differenziale, è necessario limitare l'intervallo della modalità comune. Ecco a cosa serve il terreno comune; mantiene i riferimenti in qualche modo uguali in modo che la modalità comune non sia influenzata da un Tx, Rx o entrambi fluttuanti.

Naturalmente, aggiungendo tale connessione, è quindi possibile creare un loop di massa. Vedi qui per i dettagli al riguardo: Ground Loop per una connessione bilanciata