Conexión a tierra correcta de 2 MCU utilizando I2C

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Estoy construyendo un sistema mecatrónico que consta de 1) pórtico XY controlado con PIC32 y un protector del motor de bricolaje y 2) caja de control con tres potenciómetros PIC24 + espacio para expansión, que generalmente se encuentra bastante lejos. Los dos sistemas se conectarán mediante una línea XLR porque se trata de una configuración de audio.

Al diseñar el sistema, dos grandes preocupaciones han sido no introducir ruido en el resto del sistema y comprender el problema del bucle de tierra. Mi rodillazo como un estudiante de EE fue usar los amplificadores operacionales para interrumpir el bucle de tierra. El plan era enviar las tres líneas de señal desde los limpiaparabrisas de los potes a través de xlr, y utilizar la tierra del sistema de control para medir la tensión diferencial en el sistema. Me esforcé por diseñar algo que funcionara con un verdadero giro de riel a riel. Funciona bastante bien en el banco, y creo que esto funcionaría para el sistema final, pero parece que me estoy convirtiendo en el tipo que solo tiene un martillo en la caja de herramientas.

Así que me pongo a pensar en I2C. Permite mucho espacio para la expansión, y solo ocupa dos líneas. Potencialmente, esto significa que el sistema que tomaría dos cables XLR podría necesitar solo uno ahora. Entonces, aquí está el sistema que imagino:

Estaimagenestáomitiendolasresistenciasdepull-upenelbusYelSHIELDdelXLR.Planeotenerpull-upsenlostressegmentosdelbus(pre-bufferenambosextremosyenelbúfer).ElCLKfuncionarárelativamenterápido,porloquenoquierointroducirEMIenlaslíneasdeaudi0comotodoscompartiránunbusXLR,asíquemepreguntocómoconectarcorrectamentelosterrenos.HeleídolasnotasdeRANE,ydeloquerecojo,parahacerunajauladeFaradayenfuncionamiento,necesitoconectaramboschasisalblindajedelcableparahacerunacajacompleta.

Miconfusióneslasiguiente:laconexiónatierradelchasisseestáconvirtiendoenunaextensióndelescudoparaevitarlainterferenciaelectromagnética.Muchodeloquelagenteescribeasumequetienesatierraalamano,yquepodríasunirtierra,señalychasisenalgúnmomento,atravésdeunaconexióndirecta,acopladaRCoacopladapordiodo.Enprimerlugar,semehaocurridoquenotengoconexiónatierraenmiscircuitosatravésdelbarrildeCCporqueestoysentadosobredosfuentesdealimentacióndiferentesatravésdefuentesdealimentaciónconmutadasyacopladasportransformador.Entonces,¿ataréelescudoalsuelodelaseñal(camisadebarril)?Siesasí,¿condirecto,RCodiodo?MispensamientossonsíyusaruncircuitoRCcon<=100Ω.Enuncasonegativo,dondelasconexionesatierradelafuentedealimentación1y2sonmuydiferentes,¿afectaráeldesplazamientoatierraamisniveleslógicos?SesuponequelosP82B715sonde"nivel de traducción".

Gracias por la entrada.

    
pregunta RYS

5 respuestas

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Hay algunas opciones disponibles.

El enfoque más estándar de la industria para este problema es utilizar un bus diferente en lugar de I2C. Muchos microcontroladores admiten CAN bus o ModBus de forma nativa. Otra opción común es RS-232.

El otro enfoque sería usar transceptores aislados. Recomiendo hacer esto independientemente del autobús que utilices.

El tercer enfoque sería pasar el poder junto con su comunicación. Observa específicamente que es de baja potencia, pero no define qué tan bajo, así que no sé si esto es viable.

    
respondido por el Tom Brendlinger
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Me gustaría hacer la siguiente pregunta: ¿está su transformador de suministro lineal de baja potencia aislado? (Por lo general, lo son). Es decir, ¿utiliza un transformador para convertir el voltaje de la red a un voltaje de CA bajo, luego se convierte a CC y se regula? Si es así, y si puede hacer flotar las líneas de bajo voltaje, simplemente ate sus dos conexiones a tierra de CC con un cable de calibre conveniente. El transformador reductor aislará la salida de la entrada.

Si hace esto, sigue existiendo la posibilidad de que el chasis de baja potencia aún pueda estar conectado a una línea de tierra diferente a la del chasis de alta potencia, con el potencial de peligro. Y será necesario mirar el esquema de suministro lineal para ver si realmente se puede desconectar el suministro común de la tierra. También será una excelente idea verificar que ambos conectores de red estén correctamente conectados. De lo contrario, las dos conexiones a tierra del circuito pueden tener tensión de red entre ellas.

    
respondido por el WhatRoughBeast
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En un caso grave, donde las conexiones a tierra de la fuente de alimentación 1 y 2 son muy diferentes, ¿afectará el desplazamiento a tierra a mis niveles lógicos?

Peor: destruirá los buffers de I²C. Solo permiten voltajes de 0 a VCC (máx. 12 V) en las líneas de bus.

Prefiero usar RS485 como un bus. Hay transceptores con un rango de voltaje de modo común más alto, y el bus no es tan sensible al ruido como lo es I²C.

Si la diferencia de potencial de tierra puede aumentar, es posible que tenga que usar optoacopladores.

    
respondido por el Turbo J
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Si la robustez es un problema más importante que el costo, posiblemente considere lo siguiente:

1) I2C Isolator IC para aislar señales y alimentación. Ver numerosos circuitos integrados de Analog / Clare / Linear / NXP / Silicon Labs / TI / ...

y / o

2) Controlador I2C "Larga distancia", como NXP PCA9600, NXP P82B96 o similar.

    
respondido por el Steve Meirowsky
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I2C es notoriamente difícil de mantener la integridad de la señal en cualquier tipo de distancia porque se basa en resistencias de pull-up pasivas. Dado que solo tiene dos extremos de su bus de comunicación, el mejor enfoque sería utilizar RS-232, que se hace específicamente para este propósito. También será mucho más fácil de solucionar. Si el ruido es una preocupación, considere usar RS-232 con aislamiento óptico. Es mucho más fácil en RS-232.

Si insistes en usar I2C, lo mejor es enrutarlo a través de un aislador: enlace

    
respondido por el Fix It Until It's Broken

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