Masseverbindung in Differenzsignalen

Benötige ich eine Erdungsverbindung, wenn Differenzsignale zwischen zwei Systemen angeschlossen werden?

Ich dachte, dies sollte nicht benötigt werden, aber wie verhält sich die Gleichtaktspannung am Empfangsende? Ohne die Masse zwischen den beiden Systemen anzuschließen, prüfe ich die Eingänge am Empfangsende und beobachte, dass die Eingänge auf einer 10-V-Spitze bis Spitze 60 Hz laufen (wahrscheinlich Interferenz von der Stromleitung). Da es am Empfangseingang eine Gleichtaktgrenze von +/- 5 V gibt, verursacht dies wahrscheinlich das unregelmäßige Verhalten, das ich jetzt erlebe.

Hilft eine Erdverbindung an beiden Systemen? Oder wird zum Anschluss der Differenzsignale noch eine Masseverbindung benötigt?

Es gibt 3 Haupttypen von Empfängern, die zur Erkennung von "Differenzsignalen" verwendet werden:

Gleichstromgekoppelte Differenzsignale

RS-485, RS-422, CANbus, LVDS, USB, SATA, PCI Express usw. verbinden Differenzsignale direkt mit dem Empfängerchip - "DC-gekoppelt". Sie benötigen eine Masseverbindung, um das Signal am Ende des Busses des Empfängers im Gleichtaktbereich des Empfängerchips zu halten.

Oft funktionieren solche Systeme nicht mehr, wenn der Spannungsversatz mehr als einige Volt beträgt, und können dauerhaft beschädigt werden, wenn der Spannungsversatz jemals einige Dutzend Volt erreicht. (Das heißt, der Spannungsversatz zwischen der "Masse" des Systems an einem Ende des Kabels und der "Masse" des Systems am anderen Ende des Kabels).

Oft scheinen 2 Boxen mit einem Kabel zwischen ihnen, die ein solches Protokoll tragen (oder ein Single-Ended-Protokoll wie SPI oder RS232), im nebeneinander sitzenden Labor gut zu funktionieren, haben jedoch eine intermittierende Kommunikation oder hören vollständig auf zu kommunizieren, wenn sie in das Labor gestellt werden Feld mit großen Entfernungen zwischen ihnen. Wenn dies passiert, kaufen die Leute oft 2 "Isolatoren", die intern einen der folgenden Ansätze verwenden, und verlegen das lange Kabel zwischen diesen Isolatoren.

optoisolatorgekoppelte Differenzsignale

Systeme wie MIDI verbinden mehr oder weniger Differenzsignale mit der LED eines Optokopplers am Empfänger.

Bei richtiger Auslegung können und funktionieren ähnliche Systeme mit Kilovolt Versatz zwischen der "Masse" des Systems an einem Ende des Kabels und der "Masse" des Systems am anderen Ende des Kabels einwandfrei.

transformatorgekoppelte und kondensatorgekoppelte Differenzsignale

Analoges Audio, LonWorks (a) usw. verbinden Differenzsignale mit DC-Sperrkondensatoren.

Ethernet usw. verbinden Differenzsignale mit DC-blockierenden Transformatoren.

Breitband-Over-Powerline-Empfänger haben typischerweise sowohl DC-Sperrkondensatoren als auch DC-Sperrtransformatoren.

Bei richtiger Auslegung können und funktionieren sie mit Kilovolt Versatz zwischen der "Masse" des Systems an einem Ende des Kabels und der "Masse" des Systems am anderen Ende des Kabels einwandfrei.

Diese Systeme blockieren den Gleichstromversatz mit einem Transformator oder Kondensatoren oder beiden, um das Signal über die Isolationsgrenze zu übertragen. (Um EMI zu reduzieren und vor Kabelentladungsereignissen zu schützen, verbinden viele Systeme jedes Kabel mit Widerständen oder Kondensatoren oder beidem - einem Bob Smith AC-Abschluss - mit der Gehäusemasse (b) (c) (d) ( Intel AP-). 434 ); oft mit zusätzlichen Kondensatoren zur Unterstützung der Stromversorgung über Ethernet (e) .)

Solche Offset-Spannungen sind der Hauptgrund für "2- kV-Kondensator im Ethernet? ".

Differential über ein Kabel

Wie wird dies normalerweise in der Praxis erreicht?

Beim Senden von Ethernet, LonWorks, optisch isolierten Daten usw. über ein Kabel ist kein Erdungskabel erforderlich. Alle Drähte im Kabel können für die Datenübertragung verwendet werden. (PoE-Systeme ziehen die beiden Systemerdungen häufig ohnehin eng zusammen; Nicht-PoE-Systeme ermöglichen es, dass die beiden Systemerdungen auseinander schweben.)

Beim Senden von RS-485, CANbus usw. über ein Kabel ist normalerweise mindestens 1 Kabel im Kabel für das Erdungskabel reserviert, wodurch die Systemmasse an einem Ende des Kabels und die Systemmasse am anderen Ende des Kabels gezogen wird Kabelschließer - hoffentlich nahe genug, um Kommunikation zu ermöglichen oder zumindest dauerhafte Schäden zu vermeiden.

Viele Menschen verwenden für beide Arten von Systemen genau das gleiche (ungeschirmte) CAT5-Kabel mit Standard-RJ45-Steckern an beiden Enden.

Bei Verwendung eines abgeschirmten Kabels achten einige Personen sehr darauf, das System so zu gestalten, dass die Buchse, an der das Kabel angeschlossen ist, eine separate "Gehäusemasse" / "Rahmenerdung" aufweist, und verbinden Sie sie mit der Abschirmung im Kabel und trennen Sie sie von der "Datenmasse" / "Signalmasse" an beispielsweise Pin 9 eines DB9-Steckers, der RS232-Daten trägt. Andere Leute verbinden einfach alle Gründe miteinander. Ich werde hier nicht mehr über diese heftige Kontroverse sagen.

Wenn Sie einen Transformator an einem Ende verwenden würden, wäre die Erdung isoliert. In diesem Fall benötigen Sie kein Erdungskabel dazwischen.

Theoretisch könnte man aber auch eine Schaltung ohne Transformator herstellen, bei der nur identische Treiber an beiden Anschlüssen mit Kondensatoren verwendet werden. Dann wäre es völlig isoliert. In der Praxis müsste jedoch die Impedanz beider Ausgangsanschlüsse genau angepasst werden. Und der Empfänger müsste eine gute CMR haben. Dann denke ich, dass Bodengeräusche im Grunde genommen aufgehoben würden. Und es könnte besser funktionieren, wenn das Signal auf beiden Drähten phasenverschoben übertragen würde, anstatt nur ein Signal auf einen Draht zu legen.

Aber in der Praxis ist es wahrscheinlich eine zweifelhafte Sache. Wenn Sie maximale Bodenisolation und eine hervorragende CMRR wünschen, herrschen Transformatoren. Andernfalls benötigen Sie ein drittes Kabel, damit beide Stromkreise gegen eine gemeinsame Referenzspannung (Masse) drücken / ziehen, sodass Rauschen auf diesem Kabel keine Rolle spielt (ohne Berücksichtigung des Kabelwiderstands / der Induktivität).

Obwohl es sich um ein Differential handelt, müssen Sie den Gleichtaktbereich einschränken. Dafür ist die Gemeinsamkeit da; Dadurch werden die Referenzen etwas gleich gehalten, sodass der allgemeine Modus nicht durch einen schwebenden Tx, Rx oder beides beeinflusst wird.

Durch Hinzufügen dieser Verbindung können Sie natürlich eine Erdungsschleife erstellen. Einzelheiten hierzu finden Sie hier: Erdschleife für symmetrische Verbindung