Conexão à terra em sinais diferenciais

Preciso de uma conexão de terra ao conectar sinais diferenciais entre dois sistemas?

Eu estava pensando que isso não deveria ser necessário, mas como se comportará a tensão do modo comum na extremidade receptora? Sem conectar o terra entre os dois sistemas, sondas as entradas na extremidade receptora e observo que elas entram em um pico de 10V a um pico de 60Hz (provavelmente interferência da linha de energia). Como existe um limite de modo comum de +/- 5V na entrada de recebimento, isso provavelmente causa o comportamento irregular que estou enfrentando agora.

Uma conexão de terra nos dois sistemas ajudará? Ou ainda é necessária uma conexão à terra para conectar os sinais diferenciais?

Existem 3 tipos principais de receptores usados ​​para detectar "sinais diferenciais":

Sinais diferenciais acoplados CC

RS-485, RS-422, CANbus, LVDS, USB, SATA, PCI Express, etc. conectam diretamente sinais diferenciais ao chip receptor - "acoplado a CC". Eles exigem uma conexão de terra para manter o sinal no final do barramento do receptor, dentro da faixa de modo comum do chip do receptor.

Geralmente, esses sistemas param de funcionar quando o desvio de tensão é superior a alguns volts e podem ser permanentemente danificados se o desvio de tensão atingir algumas dezenas de volts. (Ou seja, a diferença de voltagem entre o "terra" do sistema em uma extremidade do cabo e o "terra" do sistema na outra extremidade do cabo).

Freqüentemente, duas caixas com um cabo entre elas portando esse protocolo (ou um protocolo de extremidade única, como SPI ou RS232) parecem funcionar bem no laboratório ao lado do outro, mas têm comunicação intermitente ou param de se comunicar completamente quando colocadas no campo com longas distâncias entre eles. Quando isso acontece, as pessoas acabam comprando 2 "isoladores" que usam internamente uma das seguintes abordagens e colocando o cabo longo entre esses isoladores.

sinais diferenciais acoplados ao opto-isolador

Sistemas como MIDI conectam sinais diferenciais mais ou menos ao LED de um opto-isolador no receptor.

Com o design adequado, sistemas semelhantes podem e às vezes funcionam bem com kilovolts de deslocamento entre o "aterramento" do sistema em uma extremidade do cabo e o "aterramento" do sistema na outra extremidade do cabo.

sinais diferenciais acoplados a transformadores e capacitores

Áudio analógico, LonWorks (a) , etc. conectam sinais diferenciais a capacitores de bloqueio de CC.

Ethernet, etc. conectam sinais diferenciais a transformadores de bloqueio de CC.

Os receptores de banda larga sobre a linha de força geralmente possuem capacitores de bloqueio de CC e transformadores de bloqueio de CC.

Com o design adequado, eles podem e às vezes funcionam bem com kilovolts de deslocamento entre o "aterramento" do sistema em uma extremidade do cabo e o "aterramento" do sistema na outra extremidade do cabo.

Esses sistemas bloqueiam o deslocamento DC com um transformador ou capacitores ou ambos, para transportar o sinal através do limite de isolamento. (Para reduzir a EMI e proteger contra eventos de descarga de cabos, muitos sistemas também conectam cada fio de cabo a resistores ou capacitores ou ambos - uma terminação CA de Bob Smith - ao terra do chassi (b) (c) (d) ( Intel AP- 434 ); geralmente com capacitores adicionais para suportar alimentação por Ethernet (e) .)

Tais tensões de offset são a principal razão por trás do " capacitor de 2kV na Ethernet? ".

Diferencial através de um cabo

Como isso é normalmente realizado na prática?

Ao enviar Ethernet, LonWorks, dados opto-isolados, etc. através de um cabo, não é necessário um fio terra. Todos os fios do cabo podem ser usados ​​para transmissão de dados. (Os sistemas PoE geralmente acabam unindo os dois aterramentos do sistema; sistemas não-PoE permitem que os dois aterramentos se separem).

Ao enviar RS-485, CANbus, etc. por um cabo, normalmente pelo menos 1 fio no cabo é reservado para o fio terra, que puxa o terra do sistema em uma extremidade do cabo e o terra na outra extremidade do cabo. cabo mais próximo - esperançosamente perto o suficiente para permitir a comunicação ou, pelo menos, para evitar danos permanentes.

Muitas pessoas usam exatamente o mesmo cabo CAT5 (sem blindagem) com plugues RJ45 padrão nas duas extremidades para os dois tipos de sistemas.

Ao usar um cabo blindado, algumas pessoas são muito cuidadosas ao projetar o sistema com o soquete em que esse cabo é conectado para ter um "aterramento do chassi" / "aterramento do chassi" separado e conectá-lo à blindagem do cabo e separar o "terra de dados" / "terra de sinal" no, por exemplo, pino 9 de um conector DB9 que transporta dados RS232. Outras pessoas simplesmente conectam todos os motivos. Não vou dizer mais aqui sobre essa controvérsia furiosa.

Se você usasse um transformador em uma extremidade, o terra ficaria isolado; nesse caso, você não precisaria de um fio terra entre eles.

Mas, em teoria, acho que você também poderia fazer um circuito sem um transformador que apenas usava drivers idênticos nos dois terminais com capacitores. Então seria completamente isolado. Mas, na prática, a impedância de ambos os terminais de saída precisaria ser correspondida exatamente. E o receptor teria que ter um bom CMR. Então eu acho que o ruído do solo seria basicamente cancelado. E poderia funcionar melhor se o sinal fosse transmitido fora de fase nos dois fios, em vez de apenas colocar o sinal em um fio.

Mas, na prática, é provavelmente uma coisa duvidosa a se fazer. Se você deseja um isolamento máximo do solo e um ótimo CMRR, os transformadores governam. Caso contrário, você precisará de um terceiro fio para que ambos os circuitos pressionem / puxem contra uma tensão de referência comum (terra), para que qualquer ruído nesse fio não importe (sem considerar a resistência / indutância do fio).

Embora seja diferencial, você precisa restringir o alcance do modo comum. É para isso que serve o terreno comum; mantém as referências um pouco iguais para que o modo comum não seja influenciado por um Tx, Rx ou ambos flutuante.

Obviamente, adicionando essa conexão, você poderá criar um loop de aterramento. Veja aqui para obter detalhes sobre isso: Loop de aterramento para conexão balanceada