Koneksi ground dalam sinyal diferensial

Apakah saya memerlukan koneksi ground ketika menghubungkan sinyal diferensial antara dua sistem?

Saya berpikir ini seharusnya tidak diperlukan, tetapi bagaimana tegangan mode umum pada sisi penerima akan berperilaku? Tanpa menghubungkan arde antara kedua sistem, saya menyelidiki input di sisi penerima dan mengamati bahwa input tersebut naik pada puncak 10V ke puncak 60Hz (mungkin gangguan dari saluran listrik). Karena ada batas mode umum +/- 5V pada input penerima, ini mungkin menyebabkan perilaku tidak menentu yang sekarang saya alami.

Apakah koneksi arde di kedua sistem akan membantu? Atau koneksi ground masih diperlukan untuk menghubungkan sinyal diferensial?

Ada 3 jenis penerima utama yang digunakan untuk mendeteksi "sinyal diferensial":

Sinyal diferensial ditambah DC

RS-485, RS-422, CANbus, LVDS, USB, SATA, PCI Express, dll. Secara langsung menghubungkan sinyal diferensial ke chip penerima - "DC-coupled". Mereka memerlukan koneksi ground untuk menjaga sinyal di ujung penerima bus dalam jangkauan mode umum dari chip penerima.

Seringkali sistem seperti itu berhenti bekerja ketika voltase offset lebih dari beberapa volt, dan dapat rusak secara permanen jika voltase offset pernah mencapai beberapa lusin volt. (Yaitu, tegangan offset antara sistem "ground" di satu ujung kabel dan sistem "ground" di ujung kabel yang lain).

Seringkali 2 kotak dengan kabel di antara mereka membawa protokol seperti itu (atau protokol tunggal-berakhir seperti SPI atau RS232) tampaknya berfungsi dengan baik di laboratorium yang duduk bersebelahan, tetapi memiliki komunikasi intermiten atau berhenti berkomunikasi sepenuhnya ketika ditempatkan di dalam lapangan dengan jarak yang jauh di antara mereka. Ketika itu terjadi orang sering akhirnya membeli 2 "isolator" yang secara internal menggunakan salah satu pendekatan berikut, dan meletakkan kabel panjang di antara isolator tersebut.

OPTO-isolator ditambah sinyal diferensial

Sistem seperti MIDI menghubungkan lebih atau kurang sinyal diferensial ke LED dari opto-isolator di penerima.

Dengan desain yang tepat, sistem serupa dapat dan kadang-kadang bekerja dengan baik dengan kilovolt offset antara sistem "ground" di satu ujung kabel dan sistem "ground" di ujung kabel yang lain.

sinyal diferensial transformator-digabungkan dan kapasitor-digabungkan

Audio analog, LonWorks (a) , dll. Menghubungkan sinyal diferensial ke kapasitor pemblokiran DC.

Ethernet, dll. Menghubungkan sinyal diferensial ke transformator pemblokiran DC.

Penerima broadband-powerline biasanya memiliki kapasitor pemblokiran DC dan transformator pemblokiran DC.

Dengan desain yang tepat, mereka dapat dan kadang-kadang bekerja dengan baik dengan kilovolt offset antara sistem "ground" di satu ujung kabel dan sistem "ground" di ujung kabel yang lain.

Sistem ini memblokir DC offset dengan transformator atau kapasitor atau keduanya untuk membawa sinyal melintasi batas isolasi. (Untuk mengurangi EMI dan melindungi dari peristiwa pelepasan kabel, banyak sistem juga menghubungkan setiap kabel kabel dengan resistor atau kapasitor atau keduanya - terminasi AC Bob Smith - ke ground chassis (b) (c) (d) ( Intel AP- 434 ); seringkali dengan kapasitor tambahan untuk mendukung daya melalui ethernet (e) .)

Tegangan offset semacam itu adalah alasan utama di balik " kapasitor 2kV pada ethernet? ".

Diferensial atas kabel

Bagaimana ini biasanya dilakukan dalam praktek?

Saat mengirim Ethernet, LonWorks, data yang terisolasi opto, dll. Melalui kabel, kabel arde tidak diperlukan. Semua kabel dalam kabel dapat digunakan untuk transmisi data. (Sistem PoE seringkali berakhir dengan menarik kedua dasar sistem secara bersamaan; sistem non-PoE memungkinkan kedua alasan sistem terpisah).

Saat mengirim RS-485, CANbus, dll. Melalui kabel, biasanya setidaknya 1 kawat dalam kabel dicadangkan untuk kabel arde, yang menarik arde sistem di salah satu ujung kabel dan sistem arde di ujung kabel lainnya. kabel lebih dekat - semoga cukup dekat untuk memungkinkan komunikasi atau setidaknya untuk mencegah kerusakan permanen.

Banyak orang menggunakan kabel CAT5 (unshielded) yang sama persis dengan colokan RJ45 standar di kedua ujungnya untuk kedua jenis sistem.

Saat menggunakan kabel berpelindung, beberapa orang sangat berhati-hati untuk merancang sistem dengan soket di mana kabel terhubung untuk memiliki "ground chasis" / "rangka ground" yang terpisah dan menghubungkannya ke pelindung kabel, dan terpisah dari kabel. "data ground" / "ground sinyal" pada, misalnya, pin 9 dari konektor DB9 yang membawa data RS232. Orang lain hanya menghubungkan semua alasan bersama. Saya tidak akan mengatakan lebih banyak di sini tentang kontroversi yang mengamuk itu.

Jika Anda menggunakan transformator di salah satu ujungnya, arde akan terisolasi sehingga Anda tidak memerlukan kabel arde.

Tetapi secara teori saya pikir Anda juga bisa membuat sirkuit tanpa transformator yang hanya menggunakan driver identik pada kedua terminal dengan kapasitor. Maka itu akan sepenuhnya terisolasi. Namun dalam praktiknya, impedansi kedua terminal keluaran harus sama persis. Dan penerima harus memiliki CMR yang baik. Maka saya pikir ground noise pada dasarnya akan dibatalkan. Dan itu mungkin bekerja lebih baik jika sinyal ditransmisikan di luar fase pada kedua kabel dibandingkan dengan hanya menempatkan sinyal pada satu kabel.

Tetapi dalam praktiknya mungkin hal yang meragukan untuk dilakukan. Jika Anda ingin isolasi tanah maksimum dan CMRR yang hebat, maka aturan transformer. Jika tidak, Anda memerlukan kabel ke-3 sehingga kedua sirkuit mendorong / menarik terhadap tegangan referensi umum (arde) sehingga kebisingan pada kabel itu tidak masalah (tidak mempertimbangkan resistansi / induktansi kawat).

Meskipun diferensial, Anda perlu membatasi rentang mode umum. Itulah tujuan dari kesamaan ini; itu membuat referensi agak sama sehingga mode umum tidak dipengaruhi oleh Tx mengambang, Rx, atau keduanya.

Tentu saja, dengan menambahkan koneksi itu, Anda kemudian dapat membuat loop tanah. Lihat di sini untuk detailnya: Ground Loop untuk koneksi seimbang