Fondo
Estoy trabajando en un proyecto que requiere que tanto una señal digital como una analógica, junto con la alimentación y los sesgos para conectarse entre dos dispositivos en aproximadamente 1 metro, sea un entorno bastante duro (campo magnético). Un extremo (remoto) es esencialmente un sensor IC personalizado, y el otro extremo (local) es el lado de adquisición de datos.
Hay básicamente cuatro tipos de señales en la interconexión:
- Potencia de bajo voltaje - 1.8V DC y varios sesgos. Esto suministra energía a la mayoría de los circuitos en el extremo remoto. Esto proporcionará aproximadamente 500 mA al dispositivo a través de un cable que tendrá una resistencia de CC de 0,1 ohmios.
- Potencia de alto voltaje - 60V DC. Esto suministra energía a una pequeña parte del circuito remoto.
- Señales digitales: esta es una interfaz serial unidireccional que se ejecuta a ~ 200MHz. La señal del reloj mide todo en el dispositivo remoto.
- Señales analógicas: son señales muy débiles (100 mV máx.) de alta frecuencia (~ 800MHz B / W) que se transfieren desde el extremo remoto al extremo local.
Las señales digitales y analógicas se transmiten a través de cables coaxiales de un solo extremo y las líneas de alimentación en cables separados.
El sistema aún no se ha finalizado, ni la interconexión. En este momento estoy tratando de determinar el mejor esquema para las líneas de tierra dentro de la interconexión.
Lo que he determinado hasta ahora
En primer lugar, el suministro de alto voltaje tendrá algunos transitorios muy feos (lo sabemos por la experimentación); esencialmente, genera una descarga de alta corriente corta. Lo ideal sería tener una buena capacitancia en masa en el extremo remoto, pero eso no es posible. Como tal, voy a sugerir que esta parte está diseñada con una conexión a tierra independiente: será un suministro de HV aislado para mantener los picos de corriente alejados de los cables de suministro.
En segundo lugar, las señales de RF son de un solo extremo y AC acopladas en el extremo local. Estos se introducirán en un balun activo (lo más probable es que LMH5401 o similar de TI).
En tercer lugar, las señales digitales también tienen una sola terminación, pero no se pueden acoplar a la CA.
Finalmente, todos los blindajes de cable coaxial deben unirse entre sí en el extremo remoto, pero se pueden cablear individualmente en el extremo local.
Preguntas que tengo
Mi pregunta es (esperemos que no sea amplia) ¿cuál es la mejor manera de organizar el esquema de tierra para evitar la creación de bucles de tierra desagradables y, con suerte, evitar el acoplamiento entre la señal del reloj y las señales de RF y de potencia?
Después de leer un poco, he encontrado los siguientes pensamientos / ideas sobre el tema que podría hacer con alguien para confirmar si mis ideas son sensatas o si hay una mejor manera.
En primer lugar, estoy pensando en organizar el diseño de manera que exista un cable de tierra principal para la fuente de alimentación de LV y luego tenga una conexión a tierra de señal independiente. Sin embargo, claramente en algún punto los motivos deben conectarse todos juntos.
En algún material que he leído, sugiere dejar el escudo coaxial sin terminar en el extremo local para evitar bucles a tierra, sin embargo, creo que eso causaría más problemas que resolvería al romper la ruta de retorno de señal para las señales de alta frecuencia. Como las señales de RF están acopladas en CA en el extremo local justo antes del amplificador, me pregunto si también debería acoplar la protección por CA para eliminar cualquier bucle de corriente CC introducido con la conexión a tierra de la fuente de alimentación sin interrumpir la ruta de retorno de la señal. ¿Esto tiene sentido?
Para las líneas digitales, creo que simplemente tendré que conectar el suelo a ambos extremos porque está acoplado a CC. En esta situación, lo que podemos hacer es asegurarnos de que, en el diseño de IC para el extremo remoto, conectemos las conexiones a tierra del coaxial al IC a través de almohadillas de conexión a tierra colocadas lo más cerca posible de las entradas para que la ruta de la señal a través de los buffers de entrada sea tan lo más cerca posible del cable coaxial. Luego podemos tener una conexión a tierra separada para que la fuente de alimentación minimice el acoplamiento de la señal a la fuente.
Finalmente, creo que se debe agregar un cable de tierra individual para el suministro a la interconexión. En el extremo local, esto podría alimentarse a través de un cordón de ferrita o condensadores pasantes para intentar aumentar la impedancia de las señales de alta frecuencia, de modo que prefieran viajar a través de sus protecciones coaxiales en lugar de la tierra de suministro. ¿Es eso sensato?
Algo como esto es lo que estaba pensando:
(p.s. ¿Hay alguna información adicional que quiera que agregue?)