Anelli schermanti e di terra

Ho vari equipaggiamenti che devono essere tutti collegati a GND (Chassis GND). Il problema che sto riscontrando è che sto collegando una scheda ADC all'interno di un computer attraverso una scatola di metallo con elettronica personalizzata che si collega a un criostato (scudo di metallo).

Il problema è che se uso solo i miei cavi standard, il computer GND è collegato alla scatola di metallo con l'elettronica in cui è a sua volta collegata al metallo del criostato. Ora il computer è collegato a GND tramite la spina e il criostato è collegato a GND tramite un grande cinturino di metallo al GND dell'edificio. Questo per me puzza come un brutto caso di un anello di massa.

Quindi sto pensando che devo rompere lo schermo da qualche parte su uno dei cavi. La domanda è dove? L'elettronica sta amplificando un segnale piuttosto piccolo dal criostato, quindi immagino che voglio provare a mantenere quella connessione di schermatura continua. Stavo per rompere lo scudo della scatola sul cavo che corre verso l'ADC dei computer. E 'questa una buona idea? Non dovrei preoccuparmi se il Computer GND e il criostato GND sono praticamente collegati alla stessa presa multipla?

Si noti che l'elettronica GND dovrebbe fluttuare dal telaio / edificio GND.

Sì, sembra che (un po 'confuso) si abbia un problema con il loop di massa e sì, possono avere importanza, specialmente quando si cerca di misurare piccoli segnali analogici. Se tutti i motivi si ricollegano alla stessa striscia di uscita tramite cavi di linea relativamente corti, probabilmente sarebbe OK. Tuttavia, dici che questa cosa criostato (qualunque cosa sia) è collegata separatamente al terreno edificabile, quindi ovviamente non è il caso ed è quindi confuso il motivo per cui l'hai sollevata.

In generale, è bene convertire i segnali analogici in digitali il più vicino possibile alla sorgente, quindi spedire i segnali digitali. Questi sono molto più facili da isolare, come tramite accoppiatori ottici, trasformatori di impulsi, radio, ecc. In altre parole, una vecchia scheda A / D nel computer non è la migliore architettura complessiva dal punto di vista del sistema.

Tuttavia, guarda attentamente la scheda A / D. Molto probabilmente può essere configurato per funzionamento a terminazione singola e differenziale. Questo è un caso in cui si desidera input differenziali. La cosa criostato può produrre un segnale riferito a terra, ma considera il suo segnale di terra e di uscita come differenziale. Questo essenzialmente sottrarrà l'offset di terra dal segnale prima di convertirlo.

Questo trucco funzionerà solo con una certa frequenza, probabilmente pochi kHz o bassi 10s di kHz. Dovrebbe funzionare abbastanza bene nel sottrarre qualsiasi segnale di terra a causa delle correnti di ritorno della linea di alimentazione a 60 Hz o 50 Hz attraverso i percorsi di terra nel circuito. Picchi di modo comuni e netti possono ancora confondere l'amplificatore diff in A / D e mostrarsi come rumore nell'uscita finale. Vale la pena provare comunque. Se non è abbastanza buono, torna indietro e converti in digitale sul sensore, quindi optaisolare il segnale di telemetria digitale.

Esiste un tutorial sui circuiti di massa e altre forme di interferenza elettrica sul sito web di Loop Slooth .

Questo tutorial mostra che i loop di massa si comportano diversamente alle basse e alte frequenze. Alle basse frequenze ciò che conta è la resistenza dei conduttori che formano il circuito di massa, ma non la disposizione fisica mentre alle alte frequenze è il contrario perché alle alte frequenze ciò che conta è l'induttanza e non la resistenza. La frequenza di crossover è data da R / L dove R è la resistenza del cavo e L è l'induttanza del circuito.

Questi problemi sono anche discussi in un documento di Review of Scientific Instruments (anche a un link sul sito Web).

Il tutorial spiega come i loop di massa risultino dalla distinzione tra la legge di Faraday e la legge di Kirchoff (l'elettronica si basa sulla legge di Kirchoff che è valida solo per DC, mentre il mondo reale delle correnti dipendenti dal tempo coinvolge la legge di Faraday). Discute anche la relazione dei circuiti di massa con altre forme di interferenza come accoppiamento induttivo, accoppiamento elettrostatico e accoppiamento radiativo.

1. Si ritiene spesso che la principale minaccia di un circuito di terra sia la presenza di una sostanziale differenza CC tra i motivi (ad es. 0 V e 0,3 V). Nel qual caso il collegamento dei due con un filo a bassa resistenza può causare correnti elevate e danneggiare uno (o entrambi) dei dispositivi. Può accadere se il consumo attuale dei dispositivi è diverso tra loro (ad esempio un motore rotativo collegato a un telefono cellulare). Tuttavia, è improbabile che questo sia il tuo caso. Quindi, la caduta DC non dovrebbe essere un problema.

2. I circuiti di massa sono di solito un problema perché si comportano come trasformatori che convertono il campo magnetico mutevole (causato dall'azionamento di dispositivi vicini come fili di rete, lampadine, interruttori, motori, ecc.) In tensione indotta.

In un caso ideale, se ci fosse solo una coppia di fili (collegati a una fonte di alimentazione) vicini l'uno all'altro dappertutto, i circuiti di corrente sarebbero gli stessi e l'EMF indotta sarebbe la stessa. Pertanto, misurare la differenza di tensione tra i fili in qualsiasi punto produrrebbe lo stesso risultato sia con un campo magnetico o meno.

Tuttavia, in pratica ciò accade raramente, i fili non vanno in coppia e non vanno sempre vicini l'uno all'altro. In questo modo appare il rumore (i campi elettromagnetici indotti in diversi loop sono diversi).

Dal punto di vista pratico è possibile effettuare le seguenti operazioni: a) assicurarsi che tutti i fili si avvicinino il più possibile l'uno all'altro (non si formano grandi anelli di fili isolati). b) assicurarsi che non vi siano fonti di campo magnetico variabili nel tempo (aggressori del rumore) nelle vicinanze.

Nel tuo caso, i due dispositivi hanno connessioni diverse a terra (mains gnd e building gnd), quindi, probabilmente, si forma un loop gigante, che non è buono.

Il livello di rumore effettivo dipenderà dai campi magnetici parassiti che circondano la configurazione. Se non ci sono forti fonti di campo magnetico variabile nel tempo in laboratorio, il circuito di terra potrebbe non essere un problema.

Rompere uno scudo potrebbe non essere una buona scelta perché:

1) cambierà l'impedenza del cavo che può essere fastidioso alle alte frequenze.

2) Il gnd del ricevitore galleggerà rispetto al gnd del conducente. Qualsiasi corrente dispersa che appare sul ricevitore gnd influenzerà il segnale.