¿Por qué se prefiere una señal de corriente a una señal de voltaje para una transmisión analógica larga?

En realidad, lo que importa para la inmunidad contra el ruido es el poder que se necesita perturbar el singal.

I.e. una señal de corriente en una entrada con una impedancia casi nula es tan mala como una señal de voltaje en una entrada con una impedancia casi infinita.

Lo que se necesita es un receptor con impedancia no nula y no infinita, de modo que la señal implique cierta potencia . Es decir.

• si la información está codificada como voltaje, aún debería haber algo de corriente que fluya hacia el receptor y
• si la información está codificada como actual, todavía debería haber algo de voltaje en el receptor.

Entonces, ambos casos son similares, pero solo tienes que decidir si es mejor codificar la señal como voltaje o como corriente (otra alternativa sería codificada como energía). Para fines de medición, las señales de voltaje o corriente son las más apropiadas.

Un buen cable para una señal de corriente solo necesita asegurarse de que no se pierda (o inserte) la corriente, es decir, idealmente sin fugas, es decir, aislamiento perfecto. Esto se puede lograr en la práctica bastante bien.

Un buen cable para una señal de voltaje necesita asegurar que no se pierda voltaje, es decir, idealmente no hay caída de voltaje, conductancia perfecta a lo largo del cable. A menos que esté utilizando un superconductor, esto es casi imposible de lograr en la práctica.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

En cualquier caso, la resistencia del receptor debe estar muy por encima de 0 y muy por debajo del infinito.
Es fácil tener la resistencia de aislamiento prácticamente infinita.
Es prácticamente imposible tener la resistencia de la serie 0.

Por lo tanto, si la señal debe enviarse a cierta distancia a lo largo de un cable, es mejor use una señal de corriente que una señal de voltaje.

La corriente es excelente porque es igual en todas las partes de un conductor. Es decir. Si está empujando 15 mA desde un lado, el otro lado está viendo 15 mA incluso si está a 200 m de distancia. Esto es muy fácil de detectar y hace que la transmisión de datos sea confiable.

Lo mismo no es cierto para el voltaje. Si su conductor tiene una alta impedancia y tiene una interferencia eléctrica, entonces su señal de voltaje de entrada se degradará y es posible que un voltaje válido no llegue al otro lado.

La inmunidad al ruido proviene del hecho de que los bucles de corriente son un sistema de baja impedancia. Vea aquí por qué esto es importante: ¿Por qué son altos? ¿Los circuitos de impedancia son más sensibles al ruido?

La señalización actual tiene diferentes ventajas en diferentes situaciones, por lo que hay varias respuestas diferentes.

En el caso de señalización de baja frecuencia.

Una fuente de corriente constante (emisor) tiene una impedancia muy alta (y una CV tiene una impedancia muy baja). Entonces, cuando se pone una resistencia de serie bastante alta, no tiene ningún efecto: la fuente CC ya es súper alta, ¿qué efecto producirán unos cientos / miles de ohmios adicionales? Del mismo modo, cuando se acopla ruido al cable (C1, 2), la fuente alta R significa que ambos cables suben y bajan juntos. Es un ruido de modo común y no tiene efecto en la corriente. Mientras tanto, el extremo de recepción tiene una R baja. Esto amortigua cualquier ruido acoplado capacitivamente, y es robusto.

Un sistema de voltaje es lo opuesto. La fuente debe tener una impedancia muy baja. La serie R va a importar. La rx debe tener una impedancia de entrada muy alta o se obtiene un divisor de voltaje. Captará de forma capacitiva el ruido y estará propenso a sufrir daños. El ruido inyectado capacitivamente fluye a través de RSource, y obtiene voltajes diferenciales en el receptor.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

En el caso de señalización de alta frecuencia (por ejemplo, video)

El bucle de corriente tiene un voltaje básicamente constante en ambos lados del cable. Por lo tanto, la capacitancia a través del cable no pasa ninguna corriente y no tiene ningún efecto. La señal es inmune al cable C, y es inmune al C extra que se agrega para proteger contra el ruido y la emi. Se utiliza mucha menos potencia, ya que C no tiene que ser impulsado.

En lo que a mí respecta, estas son las dos razones principales para elegir los bucles actuales en varios casos:

• No te importa la longitud / resistencia de tus cables. Puede cambiar un cable de 3m a uno de 50m, cambiando su resistencia, la señal será la misma (siempre que la fuente pueda suministrar suficiente voltaje / potencia, por supuesto).
• Puedes detectar daños y fallas. Si obtiene 0 mA, o su sensor o su cable está roto. Con los bucles de voltaje no es tan fácil de entender.

Sobre EMI, no afectará la mayoría de las veces. EMI por lo general viene a frecuencias (muy) altas, mucho más rápido que los cambios de señal, por lo que puede filtrarlo.

Además, parece que esto está relacionado con los antiguos sistemas de controles neumáticos, donde se utilizó el rango de 3-15psi.

Algo más para recordar con respecto a las señales analógicas es la capacidad de integrar el protocolo de comunicación HART. HART (Transmisor Remoto Direccionable de Carretera) es una señal digital que se superpone sobre la señal analógica, lo que permite que se envíe información adicional a través del mismo cableado. La mayoría de los instrumentos industriales inteligentes en la actualidad operan con capacidad HART. Por lo tanto, los beneficios son mucho mayores que solo la caída de voltaje y EMI.