Algunas preguntas sobre un sistema de un solo extremo y el ruido en modo común

1. No hay bucle de tierra. Eso viene de tener múltiples conexiones a tierra formando un bucle literal, y usted no tiene eso. Si el caso de la fuente también estuviera conectado a AGND, entonces sería un bucle.

2. Siempre hay un acoplamiento tanto capacitivo como inductivo:

   • Capacitivo se aplica a todo el cable como una unidad y sigue los voltajes cercanos
   • Inductivo va de un extremo a otro de un cable y sigue las corrientes cercanas

   Una ruta de baja impedancia a algún lugar * generalmente anula el acoplamiento capacitivo hasta el punto en que ya no le importa, pero no hace nada para el acoplamiento inductivo. Hasta ahora, has resuelto la mitad del problema para uno de los dos cables. El otro cable puede o no estar bien, dependiendo de la impedancia de salida del sensor.

   El acoplamiento inductivo hace que la masa del sensor se "mueva", por lo que su salida también sigue a esa "ondulación", y luego agrega la "ondulación" opuesta al cable de retorno de señal. Así que uno pensaría que los "meneos" se cancelarían, pero solo si los cables coincidieran exactamente, lo que obviamente no ... a menos que use un cable coaxial.

   * "En algún lugar" suele ser una conexión a tierra de CA, que podría ser la referencia del circuito o cualquier otra cosa que pueda mantener un valor de CC constante.

3. Si deja el sensor completamente flotando, entonces el voltaje en modo común se descontrola. Recogerá lotes de ruido de todas partes y probablemente se ejecutará en los diodos de protección de entrada. Estos diodos incorporados están ahí por una variedad de buenas razones, pero también crean su propio ruido cuando cambian. Además, confías en la Razón de rechazo en modo común (CMRR) de tu etapa de entrada para eliminar ese ruido, que tampoco es perfecto.

Una mejor idea:

Sigue el ejemplo del audio profesional y usa un par trenzado blindado (STP) para transmitir una señal balanceada. Esta disposición realizada correctamente llevará una señal de nivel de micrófono sin amplificar desde el escenario hasta una cabina de sonido de audiencia media o balcón, manteniendo el ruido inaudible:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

El superior parece ser lo que estás haciendo, y es exactamente cómo termina un micrófono de mano típico.

• El escudo conectado a tierra se ocupa del acoplamiento capacitivo, y notará que sigue siendo un escudo / caja y no se conecta al sensor en sí.
• Ahora ambos cables se utilizan como entradas, uno restado del otro para eliminar cualquier acoplamiento capacitivo que pueda quedar. (el escudo se levanta en el extremo lejano debido a su impedancia finita, y esto se acopla nuevamente a los cables de señal)
• El voltaje en modo común se establece mediante R1 / R2. Su valor de 6.8k es estándar para audio profesional, pero puedes usar lo que quieras siempre que sean iguales.
• El par trenzado coloca ambos cables lo más cerca posible de la misma posición para que el acoplamiento inductivo pueda cancelarse.
• La tensión de alimentación es bastante estándar para muchos dispositivos electrónicos analógicos, no solo para audio. Nuevamente, puede ajustar según sea necesario, siempre que el Voltaje en modo común + Señal + Ruido acoplado nunca exceda las clasificaciones de los amplificadores de entrada.

El inferior se incluye para completar, mostrando cómo un sensor puede ser alimentado a través del mismo conjunto de cables.

• Notará que el sensor solo maneja un cable de señal, pero el otro tiene una resistencia igual a tierra. Lo importante a recordar es mantener iguales las impedancias para que ambos tipos de acoplamiento las afecten por igual.

Considere 2 escenarios reales para el ruido CM.

a) El DM de modo común, la corriente de ruido es una corriente mucho más alta que la señal de voltaje de entrada de DM de modo diferencial en una carga diferencial de alta impedancia con CMRR alto.

Digamos que la señal es 10mV en 1M sgl, o 2M diferencial en pares de 200 Ohmios sin blindaje. Cerca hay un cable de motor paso a paso que conduce 1A con ruido de RF desde una conmutación de 50 kHz, de modo que hay un acoplamiento mutuo de solo el 1%.

¿Qué salida de ruido esperas? Como lo arreglas?

¿Cable de par blindado? ¿Estrangulador de CM bueno para 50kHz y más? LPF de terminación única?

b) Digamos que los terrenos están flotando, tiene la misma señal y receptor y pares trenzados sin blindaje con un ruido diferencial entre los terrenos de 50 V desde un extremo.

¿Cómo lo arreglas? si asumimos que la conexión a tierra induce un ruido de corriente de modo común de 10 uA o 10 uA * 1M = 10 V que está saturando su señal de 10 mV.

Soluciones comunes

• pares trenzados (UTP) para cada señal de voltaje y cada fuente de salida de corriente EMI.
  • pares trenzados blindados (STP) para arriba
  • escudo de conducción de señales CM vigiladas activas de pares trenzados para señales por debajo de 1 mV
  • señales de impedancia cargadas con cargas gemelas y mejores derivaciones para desviar el ruido con Z líneas coincidentes. p.ej. 600 ohmios, 50 ohmios
• balun o CM Choke clasificado para la frecuencia de interferencia. para aumentar la impedancia de CM relativamente por encima de la impedancia de DM.

• si sabe que la conexión a tierra remota tiene ruido en relación con la conexión a tierra local a la frecuencia de la línea, no conecte la conexión a tierra remota con 0 ohmios, sino que utilice 1 ~ 10nF en lugar de la derivación de RF. Esto evita los bucles de tierra de la línea pero reduce las diferencias de RF al ruido CM, pero si no es así, una entrada diferencial se agrega al ruido para las entradas de terminación única.

• use un amplificador diferencial balanceado, preferiblemente INstrument Amp (INA) con alto CMRR sobre el espectro de interferencia, no es lo suficientemente bueno para RF