Заземление в дифференциальных сигналах

Нужно ли заземление при подключении дифференциальных сигналов между двумя системами?

Я думал, что это не нужно, но как поведет себя синфазное напряжение на приемном конце? Не подключив заземление между двумя системами, я проверяю входы на приемном конце и наблюдаю, что входы работают на пике 10 В до пика 60 Гц (возможно, помехи от линии электропередачи). Поскольку на принимающем входе есть ограничение +/- 5 В для синфазного режима, это, вероятно, вызывает неустойчивое поведение, которое я сейчас испытываю.

Поможет ли заземление в обеих системах? Или заземление все еще необходимо для подключения дифференциальных сигналов?

Существует 3 основных типа приемников, используемых для обнаружения «дифференциальных сигналов»:

DC связанные дифференциальные сигналы

RS-485, RS-422, CANbus, LVDS, USB, SATA, PCI Express и т. Д. Напрямую соединяют дифференциальные сигналы с микросхемой приемника - «с постоянным током». Они требуют заземления для поддержания сигнала на конце приемного устройства в пределах синфазного диапазона микросхемы приемника.

Часто такие системы перестают работать, когда смещение напряжения превышает несколько вольт, и могут быть повреждены, если смещение напряжения достигает нескольких десятков вольт. (То есть смещение напряжения между «заземлением» системы на одном конце кабеля и «заземлением» системы на другом конце кабеля).

Часто две коробки с кабелем между ними, несущие такой протокол (или односторонний протокол, такой как SPI или RS232), кажутся хорошо работающими в лаборатории, сидя рядом друг с другом, но имеют прерывистую связь или полностью прекращают связь, когда помещены в поле с большими расстояниями между ними. Когда это происходит, люди часто заканчивают тем, что покупают 2 «изолятора», которые используют один из следующих подходов, и прокладывают длинный кабель между этими изоляторами.

оптоизолятор связанных дифференциальных сигналов

Такие системы, как MIDI, соединяют более или менее дифференциальные сигналы со светодиодом оптоизолятора на приемнике.

При правильной конструкции аналогичные системы могут, а иногда и отлично работают, с смещением в киловольтах между «заземлением» системы на одном конце кабеля и «заземлением» системы на другом конце кабеля.

дифференциальные сигналы с трансформаторной и конденсаторной связью

Аналоговый звук, LonWorks (a) и т. Д. Соединяют дифференциальные сигналы с конденсаторами, блокирующими постоянный ток.

Ethernet и т. Д. Соединяют дифференциальные сигналы с трансформаторами, блокирующими постоянный ток.

Широкополосные приемники по линии электропередачи обычно имеют блокирующие конденсаторы постоянного тока и блокирующие трансформаторы постоянного тока.

При правильной конструкции они могут, а иногда и отлично работают, с смещением в киловольтах между «заземлением» системы на одном конце кабеля и «заземлением» системы на другом конце кабеля.

Эти системы блокируют смещение постоянного тока с помощью трансформатора или конденсаторов или обоих для передачи сигнала через границу изоляции. (Для снижения уровня электромагнитных помех и защиты от событий разряда кабеля многие системы также подключают каждый провод кабеля с резисторами или конденсаторами или обоими - нагрузка переменного тока Боба Смита - к заземлению корпуса (b) (c) (d) ( Intel AP- 434 ); часто с дополнительными конденсаторами для поддержки питания через Ethernet (e) .)

Такие смещенные напряжения являются основной причиной « конденсатора 2 кВ в сети Ethernet? ».

Дифференциал по кабелю

Как это обычно достигается на практике?

При отправке через кабель Ethernet, LonWorks, оптоизолированных данных и т. Д. Заземляющий провод не требуется. Все провода в кабеле могут быть использованы для передачи данных. (Системы PoE все равно в конечном итоге тянут две системные площадки близко друг к другу; системы, не поддерживающие PoE, позволяют двум системным основаниям разъединяться).

При передаче RS-485, CAN-шины и т. Д. По кабелю обычно для провода заземления используется как минимум 1 провод в кабеле, который заземляет систему на одном конце кабеля, а заземление системы - на другом конце. Кабель ближе - надеюсь, достаточно близко, чтобы обеспечить связь или, по крайней мере, предотвратить постоянное повреждение.

Многие люди используют один и тот же (неэкранированный) кабель CAT5 со стандартными разъемами RJ45 на обоих концах для обоих типов систем.

При использовании экранированного кабеля некоторые люди очень осторожно проектируют систему с разъемом, к которому подключается этот кабель, чтобы иметь отдельное «заземление корпуса» / «заземление корпуса» и подключать его к экрану в кабеле и отделять от него. «земля данных» / «земля сигнала», например, на выводе 9 разъема DB9, несущего данные RS232. Другие люди просто соединяют все основания вместе. Я не собираюсь больше здесь говорить об этом яростном споре.

Если бы вы использовали трансформатор на одном конце, заземление было бы изолировано, и в этом случае вам не понадобился бы провод заземления между ними.

Но в теории я думаю, что вы могли бы также сделать схему без трансформатора, которая бы использовала одинаковые драйверы на обоих терминалах с конденсаторами. Тогда он будет полностью изолирован. Но на практике импеданс обеих выходных клемм должен быть точно согласован. И у получателя должна быть хорошая CMR. Тогда я думаю, что шум от земли в основном будет устранен. И это могло бы работать лучше, если бы сигнал передавался в противофазе на оба провода, а не просто наложить сигнал на один провод.

Но на практике это, вероятно, сомнительная вещь. Если вам нужна максимальная изоляция заземления и отличная CMRR, тогда используйте трансформаторы. В противном случае, вам нужен 3-й провод так, что обе схемы толкания / потянув против общего опорного напряжения (заземление), так что любой шум по этому проводу не будет иметь значения (не считая сопротивления провода / индуктивности).

Даже если он дифференциальный, вам нужно ограничить диапазон синфазного режима. Вот для чего существует общий язык; он сохраняет ссылки в некоторой степени одинаковыми, поэтому на общий режим не влияют плавающие Tx, Rx или оба.

Конечно, добавив это соединение, вы можете создать контур заземления. Подробнее об этом см. Здесь: контур заземления для сбалансированного соединения