Экранирование и заземление

У меня есть различное оборудование, которое необходимо подключить к GND (шасси GND). Проблема, с которой я столкнулся, заключается в том, что я подключаю карту АЦП внутри компьютера через металлическую коробку с настраиваемой электроникой, которая подключается к криостату (металлическому экрану).

Проблема в том, что, если я просто использую свои стандартные кабели, компьютерный GND подключается к металлической коробке с электроникой, которая, в свою очередь, подключается к металлу криостата. Теперь компьютер подключен к GND через штекер, а криостат подключен к GND через большой металлический ремешок к GND здания. Это для меня пахнет как плохой случай заземления.

Поэтому я думаю, что мне нужно сломать щит где-нибудь на одном из кабелей. Вопросы где? Электроника усиливает довольно слабый сигнал от криостата, поэтому я предполагаю, что я хочу попытаться сохранить это соединение экрана непрерывным. Я собирался сломать щит на коробке на кабеле, который идет к компьютерам АЦП. Это хорошая идея? Стоит ли мне беспокоиться, если GND Computer и GND криостата в значительной степени подключены к одному и тому же удлинителю?

Обратите внимание, что заземление электроники должно быть плавающим от заземления корпуса / здания.

Да, звучит так (немного сбивает с толку), что у вас есть проблема с контуром заземления, и да, они могут иметь значение, особенно при попытке измерения небольших аналоговых сигналов. Если все заземления связаны с одной и той же выходной полосой с помощью относительно коротких сетевых шнуров, то, вероятно, все будет в порядке. Тем не менее, вы говорите, что этот криостат (что бы это ни было) связан отдельно с землей здания, так что это явно не так, и поэтому сбивает с толку, почему вы подняли его.

В общем, хорошо преобразовывать аналоговые сигналы в цифровые как можно ближе к источнику, а затем передавать цифровые сигналы. Их гораздо проще изолировать, например, через оптопары, импульсные трансформаторы, радио и т. Д. Другими словами, старомодная аналого-цифровая карта в компьютере - не самая лучшая архитектура с точки зрения системного уровня.

Однако внимательно посмотрите на карту A / D. Скорее всего, он может быть настроен на односторонний и дифференциальный режим. Это тот случай, когда вам нужны дифференциальные входы. Криостат может производить сигнал с привязкой к земле, но принимать его заземление и выходной сигнал за дифференциальные. Это существенно вычтет смещение земли из сигнала перед его преобразованием.

Этот трюк будет работать только до некоторой частоты, вероятно, несколько кГц или низкие 10 с кГц. Он должен хорошо работать при вычитании любого сигнала заземления из-за возвратных токов линии электропередачи 60 Гц или 50 Гц через пути заземления в контуре. Резкие синфазные пики могут все еще сбить с толку дифференциальный усилитель в АЦП и отображаться как шум в конечном выходе. Хотя стоит попробовать. Если это не достаточно хорошо, вернитесь и преобразуйте в цифровой на датчике, а затем оптоизолируйте цифровой телеметрический сигнал.

На веб-сайте Loop Slooth есть учебное пособие по контурам заземления и другим видам электрических помех .

Этот урок показывает, что контуры заземления ведут себя по-разному на низких и высоких частотах. На низких частотах учитывается сопротивление проводников, образующих контур заземления, но не физическое расположение, тогда как на высоких частотах это наоборот, потому что на высоких частотах учитывается индуктивность, а не сопротивление. Частота кроссовера определяется как R / L, где R - сопротивление кабеля, а L - индуктивность контура.

Эти вопросы также обсуждаются в документе « Обзор научных инструментов» (также по ссылке на веб-сайте).

Учебное пособие объясняет, как контуры заземления являются результатом различия между законом Фарадея и законом Кирхгофа (электроника основана на законе Кирхгофа, который действует только для постоянного тока, тогда как в реальном мире зависящих от времени токов используется закон Фарадея). Также обсуждается связь контуров заземления с другими формами помех, такими как индуктивная связь, электростатическая связь и радиационная связь.

1. Часто считается, что ключевая угроза контура заземления состоит в том, что между заземлениями существует существенная разница постоянного тока (например, 0 В и 0,3 В). В этом случае соединение двух проводов с низким сопротивлением может вызвать сильный ток и повредить одно (или оба) устройства. Это может быть в том случае, если текущее потребление устройств различается на несколько порядков (например, роторный двигатель, подключенный к мобильному телефону). Однако это вряд ли ваш случай. Таким образом, падение постоянного тока не должно быть проблемой.

2. Контуры заземления обычно представляют собой проблему, поскольку они действуют как трансформаторы, преобразующие изменяющееся магнитное поле (вызванное работой соседних устройств, таких как провода электросети, лампочки, переключатели, двигатели и т. Д.), В индуктивное напряжение.

В идеальном случае, если бы была только одна пара проводов (подключенных к источнику питания), расположенных повсюду друг относительно друга, токовые петли были бы одинаковыми, а индуцированная ЭДС была бы одинаковой. Таким образом, измерение разности напряжений между проводами в любой точке приведет к одинаковому результату, будь то с магнитным полем или нет.

Однако на практике это случается редко, провода не идут парами и не всегда идут близко друг к другу. Таким образом, появляется шум (ЭДС, индуцированные в разных циклах, различны).

С практической точки зрения вы можете сделать следующее: a) убедиться, что все провода максимально приближены друг к другу (не образуются большие петли изолированных проводов). б) убедитесь, что поблизости нет источников переменного магнитного поля (шумоглушителей).

В вашем случае два устройства имеют разные соединения с землей (сеть gnd и здание gnd), поэтому, скорее всего, образуется гигантская петля, что не очень хорошо.

Фактический уровень шума будет зависеть от паразитных магнитных полей, окружающих вашу установку. Если в вашей лаборатории нет сильных источников изменяющегося во времени магнитного поля, контур заземления может не быть проблемой.

Сломать щит не может быть хорошим выбором, потому что:

1) это изменит сопротивление кабеля, что может быть неприятно на высоких частотах.

2) gnd получателя будет плавать относительно gnd водителя. Любой паразитный ток, возникающий на приемнике, будет влиять на сигнал.