Perisai dan Ground loop

Saya memiliki berbagai peralatan yang semuanya harus terhubung ke GND (Chassis GND). Masalah yang saya alami adalah bahwa saya menghubungkan kartu ADC di dalam komputer melalui kotak logam dengan elektronik kustom yang terhubung ke cryostat (pelindung logam).

Masalahnya adalah bahwa jika saya hanya menggunakan kabel standar saya maka komputer GND terhubung ke kotak logam dengan elektronik yang pada gilirannya terhubung ke logam cryostat. Sekarang komputer terhubung ke GND melalui steker dan cryostat terhubung ke GND melalui tali logam besar ke gedung GND. Bagiku ini baunya seperti kasus tanah yang buruk.

Jadi saya berpikir bahwa saya perlu mematahkan perisai di suatu tempat di salah satu kabel. Pertanyaannya adalah dimana? Elektronik menguatkan sinyal yang agak kecil dari cryostat, jadi saya kira saya ingin mencoba dan menjaga koneksi pelindung terus menerus. Saya akan menghancurkan perisai di kotak kabel yang membentang ke komputer ADC. Apakah ini ide yang bagus? Haruskah saya tidak khawatir jika Komputer GND dan cryostat GND cukup banyak terhubung ke soket ekstensi yang sama?

Perhatikan bahwa GND elektronik harus mengambang dari Chassis / gedung GND.

Ya, sepertinya (sedikit membingungkan) Anda memiliki masalah ground loop, dan ya mereka bisa berarti, terutama ketika mencoba mengukur sinyal analog kecil. Jika semua dasar mengikat kembali ke strip outlet yang sama melalui kabel garis yang relatif pendek, maka mungkin akan baik-baik saja. Namun, Anda mengatakan bahwa benda cryostat ini (apa pun itu) terhubung secara terpisah ke tanah bangunan, sehingga jelas tidak demikian dan itu membingungkan karena itu mengapa Anda membawanya.

Secara umum, ada baiknya mengubah sinyal analog menjadi digital sedekat mungkin dengan sumbernya, kemudian mengirimkan sinyal digital. Itu jauh lebih mudah untuk diisolasi, seperti melalui opto-coupler, transformator pulsa, radio, dll. Dengan kata lain, kartu A / D kuno di komputer bukanlah arsitektur keseluruhan terbaik dari sudut pandang tingkat sistem.

Namun, lihat kartu A / D dengan hati-hati. Kemungkinan besar itu dapat dikonfigurasikan untuk operasi berujung tunggal dan diferensial. Ini adalah kasus di mana Anda menginginkan input diferensial. Benda cryostat dapat menghasilkan sinyal referensi tanah, tetapi mengambil sinyal ground dan output sebagai diferensial. Ini pada dasarnya akan mengurangi ground offset dari sinyal sebelum mengubahnya.

Trik ini hanya akan bekerja hingga beberapa frekuensi, mungkin beberapa kHz atau 10s kHz rendah. Ini harus bekerja dengan cukup baik dalam mengurangi sinyal ground karena 60 Hz atau 50 Hz arus balik listrik melintasi jalur ground di loop. Paku mode tajam tajam masih dapat membingungkan diff amp di A / D dan muncul sebagai noise di output akhir. Ini patut dicoba. Jika itu tidak cukup baik, kembali dan konversikan ke digital pada sensor, kemudian opto-isolate sinyal telemetri digital.

Ada tutorial tentang loop tanah dan bentuk lain dari gangguan listrik di situs web Loop Slooth .

Tutorial ini menunjukkan bahwa ground loop berperilaku berbeda pada frekuensi rendah dan tinggi. Pada frekuensi rendah yang penting adalah resistansi konduktor yang membentuk loop tanah, tetapi bukan tata letak fisik sedangkan pada frekuensi tinggi itu adalah sebaliknya karena pada frekuensi tinggi yang penting adalah induktansi bukan hambatan. Frekuensi cross-over diberikan oleh R / L di mana R adalah hambatan kabel dan L adalah induktansi loop.

Masalah-masalah ini juga dibahas dalam a makalah Tinjauan Instrumen Ilmiah (juga di tautan di situs web).

Tutorial menjelaskan bagaimana loop tanah hasil dari perbedaan antara hukum Faraday dan hukum Kirchoff (elektronik didasarkan pada hukum Kirchoff yang hanya berlaku untuk DC, sedangkan dunia nyata dari arus yang bergantung pada waktu melibatkan hukum Faraday). Ini juga membahas hubungan loop tanah dengan bentuk lain dari gangguan seperti kopling induktif, kopling elektrostatik, dan kopling radiatif.

1. Seringkali dipercaya bahwa ancaman utama dari ground loop adalah bahwa ada perbedaan DC yang substansial antara alasan (mis. 0V dan 0.3V). Dalam hal menghubungkan keduanya dengan kabel resistansi rendah dapat menyebabkan arus tinggi dan merusak satu (atau keduanya) perangkat. Ini bisa menjadi kasus jika konsumsi perangkat saat ini adalah urutan besarnya berbeda di antara mereka (katakanlah, mesin rotary yang terhubung ke ponsel). Namun, ini bukan kasus Anda. Jadi, drop DC seharusnya tidak menjadi masalah.

2. Ground loop biasanya merupakan masalah karena mereka bertindak seperti transformator yang mengubah medan magnet yang berubah (disebabkan oleh pengoperasian perangkat terdekat seperti kabel jaringan listrik, bohlam, sakelar, mesin, dll.) Menjadi tegangan induksi.

Dalam kasus yang ideal, jika hanya akan ada sepasang kabel (terhubung ke sumber daya) yang dekat satu sama lain di mana-mana, loop saat ini akan sama dan EMF yang diinduksi akan sama. Dengan demikian, mengukur perbedaan tegangan antara kabel pada titik mana pun akan menghasilkan hasil yang sama baik dengan medan magnet atau tidak.

Namun, dalam praktiknya hal ini jarang terjadi, kabel tidak berpasangan dan mereka tidak selalu dekat satu sama lain. Dengan cara ini, noise muncul (EMF yang diinduksi dalam loop yang berbeda berbeda).

Dari sudut pandang praktis, Anda dapat melakukan hal berikut: a) memastikan semua kabel saling berdekatan sebanyak mungkin (tidak ada loop besar kabel terisolasi yang terbentuk). b) memastikan tidak ada sumber medan magnet yang bervariasi waktu (noise agresor) di dekatnya.

Dalam kasus Anda, kedua perangkat memiliki koneksi yang berbeda ke ground (induk gnd dan bangunan gnd), jadi, sepertinya, lingkaran raksasa terbentuk, yang tidak baik.

Tingkat kebisingan aktual akan tergantung pada medan magnet parasit di sekitar pengaturan Anda. Jika tidak ada sumber kuat medan magnet yang bervariasi waktu di laboratorium Anda, loop tanah mungkin tidak menjadi masalah.

Melanggar perisai mungkin bukan pilihan yang baik karena:

1) itu akan mengubah impedansi kabel yang dapat merepotkan pada frekuensi tinggi.

2) gnd penerima akan melayang relatif terhadap gnd pengemudi. Setiap arus yang muncul di receiver akan mempengaruhi sinyal.