屏蔽和接地回路

电器工程 屏蔽 接地回路
2022-01-23 10:05:05

我有各种设备都需要连接到 GND(机箱 GND)。我遇到的问题是我通过一个金属盒连接计算机内部的 ADC 卡,该金属盒带有连接到低温恒温器(金属屏蔽)的定制电子设备。

问题是,如果我只使用标准电缆,则计算机 GND 连接到金属盒,其中的电子设备又连接到低温恒温器的金属。现在计算机通过插头连接到 GND,低温恒温器通过大金属带连接到 GND 到建筑物的 GND。对我来说,这闻起来像是接地回路的坏情况。

所以我在想我需要在其中一根电缆的某处破坏屏蔽层。问题在哪里?电子设备正在放大来自低温恒温器的一个相当小的信号,所以我猜我想尝试保持屏蔽连接的连续性。我打算打破连接到计算机 ADC 的电缆上盒子上的屏蔽层。这是一个好主意吗?如果计算机 GND 和低温恒温器 GND 几乎连接到同一个电源板,我是否应该担心?

请注意,电子设备 GND 应从机箱/建筑物 GND 浮动。 玩具图

3个回答

是的,听起来(有点令人困惑)您有接地回路问题,是的,它们可能很重要,尤其是在尝试测量小型模拟信号时。如果所有接地都通过相对较短的电源线连接到同一个插座带,那么它可能就可以了。但是,您说这个低温恒温器(无论是什么)都与建筑物地面分开连接,因此显然情况并非如此,因此您提出它的原因令人困惑。

一般来说,最好将模拟信号转换为尽可能靠近信号源的数字信号,然后再传送数字信号。这些更容易隔离,例如通过光耦合器、脉冲变压器、无线电等。换句话说,从系统级的角度来看,计算机中的老式 A/D 卡并不是最佳的整体架构。

但是,请仔细查看 A/D 卡。很可能它可以配置为单端和差分操作。这是您需要差分输入的情况。低温恒温器可能会产生一个接地参考信号,但将其接地和输出信号视为差分信号。这基本上会在转换信号之前从信号中减去接地偏移。

这个技巧只能在某个频率下起作用,可能是几 kHz 或低 10 几 kHz。由于 60 Hz 或 50 Hz 电源线返回电流穿过环路中的接地路径,它应该可以很好地减去任何接地信号。尖锐的共模尖峰仍然会混淆 A/D 中的差分放大器,并在最终输出中显示为噪声。不过值得一试。如果还不够好,请返回并在传感器处转换为数字信号,然后对数字遥测信号进行光隔离。

 

Loop Slooth 网站上有关于接地回路和其他形式的电气干扰的教程

本教程展示了接地回路在低频和高频下的行为不同。在低频时,重要的是形成接地回路的导体的电阻,而不是物理布局,而在高频时则相反,因为在高频时,重要的是电感而不是电阻。交叉频率由 R/L 给出,其中 R 是电缆电阻,L 是环路电感。

这些问题也在《科学仪器评论》论文中进行了讨论(也在网站上的链接中)。

本教程解释了接地回路如何由法拉第定律和基尔霍夫定律之间的区别产生(电子基于基尔霍夫定律,仅对直流有效,而与时间相关的电流的现实世界涉及法拉第定律)。它还讨论了接地回路与其他形式的干扰的关系,例如电感耦合、静电耦合和辐射耦合。

  1. 人们通常认为,接地回路的主要威胁是接地之间存在很大的 DC 差异(例如 0V 和 0.3V)。在这种情况下,用低电阻线连接两者可能会导致高电流并损坏其中一个(或两个)设备。如果设备的电流消耗在它们之间存在数量级差异(例如,连接到手机的旋转引擎),则可能会出现这种情况。但是,这不太可能是您的情况。因此,直流电压降应该不是问题。

  2. 接地回路通常是一个问题,因为它们就像一个变压器,将不断变化的磁场(由操作附近的设备,如电网线、灯泡、开关、发动机等引起)转换为感应电压。

在理想情况下,如果只有一对电线(连接到电源)在任何地方都彼此靠近,则电流回路将相同,感应电动势也将相同。因此,无论是否有磁场,在任何一点测量导线之间的电压差都会产生相同的结果。

然而,在实践中这种情况很少发生,电线不会成对出现,而且它们并不总是彼此靠近。这样,就会出现噪声(不同回路中感应的 EMF 不同)。

从实际的角度来看,您可以执行以下操作: a) 确保所有电线尽可能彼此靠近(不会形成大的隔离电线环路)。b) 确保附近没有时变磁场源(噪声干扰源)。

在您的情况下,这两个设备具有不同的接地连接(电源接地和建筑物接地),因此很可能形成了一个巨大的环路,这并不好。

实际噪声水平将取决于您的设置周围的寄生磁场。如果您的实验室中没有强时变磁场源,则接地回路可能不是问题。

打破盾牌可能不是一个好的选择,因为:

1)它会改变电缆的阻抗,这在高频下会很麻烦。

2) 接收器的接地将相对于驱动器的接地浮动。接收器接地处出现的任何杂散电流都会影响信号。