Dispositivos de alta impedancia de entrada - sensible al ruido inducido

Esto es lo que dice el artículo: -

  

Al utilizar señales de corriente y dispositivos de adquisición de datos de baja impedancia,   Las aplicaciones industriales se benefician de una mejor inmunidad al ruido y por más tiempo.   longitudes de cable de transmisión.

El artículo también dice, en relación con los dispositivos que producen señales de voltaje, que: -

  

Estos dispositivos son sensibles al ruido inducido por los motores cercanos,   cintas transportadoras y transmisiones de radio.

Básicamente es cierto, pero hay algunas advertencias. Considere el ruido inducido por los motores y para esto, considero que los motores de inducción son probablemente los culpables. Producen campos magnéticos que pueden inducir una tensión de interferencia en un cable, independientemente del tipo de señalización.

Cuando se usa la señalización de voltaje, el voltaje de interferencia es aditivo a la señal al igual que las baterías en serie son aditivas. Esto agrega un error.

Cuando se usa la señalización de corriente Y, dado que la tensión inducida no es de varios voltios, la corriente que fluye en el cable (debido a la señal) sigue siendo exactamente esa corriente y no se ve ninguna interferencia de tensión en el extremo receptor, esto se debe a El alto cumplimiento de la fuente actual de 4-20 mA: -

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Esperamos que pueda ver que para una fuente de corriente de alto cumplimiento, los voltajes de interferencia que surgen en serie con el bucle de corriente tienen poco efecto.

¿Dónde empieza a ir mal? -

1. Si la interferencia es lo suficientemente grande como para causar el bucle de corriente transmisor para la caída de alto hundimiento o fuente de cumplimiento actual
2. Cuando la frecuencia es alta y la fuente / sumidero actual no puede proporcionar un alto cumplimiento.

(1) La fuente de corriente compatible puede necesitar unos pocos voltios para mantener el rendimiento y si la tensión en serie hace que la tensión mínima caiga por debajo de este punto, se introducirá una falla en la señal.

(2) En altas frecuencias, el cumplimiento cambiará de una resistencia teóricamente infinita a más como un capacitor de pequeño valor (debido a los transistores y chips en el dispositivo). Esto permitirá que los interferentes de alta frecuencia circulen una corriente a través del receptor de 100 ohmios (R1).

Si se utiliza la señalización de baja frecuencia (con el filtro de paso bajo adecuado en el extremo de recepción), se puede evitar la interferencia de alta frecuencia y se recomienda utilizar un cable de par trenzado apantallado / apantallado.

La interferencia del campo E de alta energía (a diferencia de la interferencia magnética) tiende a verse como un voltaje en paralelo con los dos cables y esto también incide directamente en el R1, por lo que se necesita protección y filtrado.

Primero me gusta dar respuestas simplistas. Entonces, si se necesitan más detalles técnicos o, pueden venir más tarde.       - - - Imagine que una poderosa fuente externa de energía (magnética, electromagnética, transmisor de radio cercano, lo que sea) tenía la capacidad de inducir una corriente de 100uA (micro amperios) en sus cables de señal. Si tiene una impedancia de entrada alta, digamos 100 K ohmios, el voltaje inducido (ruido) sería de 10 voltios (ley de ohmios). - - - Si tuviera una baja entrada de entrada (250 ohmios comunes en el sistema de 4-20 mA), el 100uA resultaría en .025 voltios (ruido de 25mV) impresos en su señal.

Además, 100uA es solo el 2.5% de su señal más baja de 4mA en un sistema de 4-20mA.

La explicación que le han dado no es muy precisa. Imagine un instrumento típico de salida de voltaje (por ejemplo, 1-5 V). La impedancia de salida de la fuente puede estar bien bajo un ohmio, mientras que el receptor puede tener una impedancia de entrada de 1 M ohmio. Entonces, los dos en paralelo son en realidad una impedancia muy baja, pero la resistencia del cable importa poco porque es alta en relación a 1M.

Ahora, veamos su bucle actual. La fuente, al ser una fuente de corriente, tiene una impedancia muy alta , muy por encima de 1M para un instrumento de precisión. El receptor puede ser de 250 ohmios para dar un voltaje de 1-5V. Entonces, los dos en paralelo son 250 ohmios, que es mucho más alto que < 1 ohm. La resistencia del cable no importa mucho hasta que se quede sin voltaje de cumplimiento en su fuente de corriente.

Entonces, ¿qué da?

El circuito de voltaje tiene una (muy) baja impedancia en el transmisor, y una alta impedancia en el receptor. El bucle de corriente tiene una impedancia (muy) alta en el transmisor y una impedancia bastante baja en el receptor. En medio hay una gran cantidad de cables que pueden tener señales de modo común o modo normal inducidas. Si no hay problemas de bucle a tierra (ambos lados perfectamente aislados), el ruido de modo común en el cable se ignora en ambos casos. El ruido del modo normal será ignorado por el bucle de corriente, pero será transmitido directamente por el dispositivo de voltaje. Los pares trenzados tendrán muy poco ruido en modo normal, pero no cero.

El ruido en modo normal es como dos fuentes de voltaje en serie con cada cable (que se agrega). El ruido en modo común es el mismo, pero las fuentes de voltaje se cancelan entre sí.

Una razón moderna para utilizar bucles de corriente de 4 ~ 20 mA es que a veces el transmisor puede recibir alimentación desde 4 mA (con un poco de repuesto) de modo que solo se requieren dos cables (sin fuente de alimentación adicional). Eso también facilita que el transmisor sea "intrínsecamente seguro" al limitar la energía para que no pueda causar una condición insegura en una atmósfera peligrosa.

La capacitancia de los cables forma un filtro de paso bajo con la alta impedancia de entrada. Cuanto mayor es la impedancia, mayor es el límite superior de las frecuencias de paso, lo que permite más ruido.