차폐 및 접지 루프

나는 GND (Chassis GND)에 모두 연결 해야하는 다양한 장비가 있습니다. 내가 겪고있는 문제는 cryostat (메탈 쉴드)에 연결되는 맞춤형 전자 장치가있는 금속 상자를 통해 컴퓨터 내부의 ADC 카드를 연결한다는 것입니다.

문제는 표준 케이블 만 사용하면 컴퓨터 GND가 전자 장치와 함께 금속 상자에 연결되고 전자 장치는 저온 제어 장치의 금속에 연결됩니다. 이제 컴퓨터는 플러그를 통해 GND에 연결되고 cryostat는 큰 금속 끈을 통해 건물 GND에 GND에 연결됩니다. 나에게 이것은 접지 루프의 나쁜 경우처럼 냄새가 난다.

케이블 중 하나에서 쉴드를 끊어야한다고 생각합니다. 질문은 어디에 있습니까? 전자 장치는 cryostat에서 다소 작은 신호를 증폭하고 있으므로 차폐 연결을 연속적으로 유지하려고합니다. 컴퓨터 ADC에 연결되는 케이블의 상자에서 쉴드를 끊었습니다. 이것이 좋은 생각입니까? 컴퓨터 GND와 cryostat GND가 거의 동일한 전원 스트립에 연결되어 있는지 걱정하지 않아도됩니까?

전자 장치 GND는 섀시 / 건물 GND에서 플로팅되어야합니다.

예, 접지 루프 문제가있는 것처럼 들립니다 (약간 혼란 스럽습니다). 특히 작은 아날로그 신호를 측정 할 때 문제가 될 수 있습니다. 모든 접지가 비교적 짧은 라인 코드를 통해 동일한 콘센트 스트립에 다시 묶어도 괜찮을 것입니다. 그러나, 당신은이 cryostat 사물 (무엇이든)이 건물지면과 별도로 연결되어 있기 때문에 분명히 사실이 아니므로 혼란 스럽습니다.

일반적으로 아날로그 신호를 가능한 한 소스에 가까운 디지털로 변환 한 다음 디지털 신호를 주변에 전달하는 것이 좋습니다. 옵토 커플러, 펄스 트랜스포머, 라디오 등을 통해 분리하기가 훨씬 쉽습니다. 즉, 컴퓨터의 구식 A / D 카드는 시스템 수준의 관점에서 전체적으로 최고의 아키텍처는 아닙니다.

그러나 A / D 카드를주의해서보십시오. 단일 엔드 및 차등 작동을 위해 구성 될 수 있습니다. 차동 입력을 원하는 경우입니다. 극저온 장치는 접지 기준 신호를 생성 할 수 있지만 접지 및 출력 신호를 차동으로 간주합니다. 이것은 신호를 변환하기 전에 신호에서 접지 오프셋을 빼는 것입니다.

이 트릭은 일부 주파수, 아마도 몇 kHz 또는 낮은 10s kHz까지만 작동합니다. 루프의 접지 경로에 대한 60Hz 또는 50Hz 전력선 리턴 전류로 인해 접지 신호를 빼는 데 매우 효과적입니다. 샤프 공통 모드 스파이크는 여전히 A / D의 디프 앰프를 혼동하고 최종 출력에서 ​​노이즈로 표시 될 수 있습니다. 시도해 볼 가치가 있습니다. 충분하지 않으면 센서로 돌아가서 디지털로 변환 한 다음 디지털 원격 측정 신호를 광 분리합니다.

Loop Slooth 웹 사이트에는 접지 루프 및 기타 형태의 전기 간섭에 대한 자습서가 있습니다 .

이 튜토리얼에서는 접지 루프가 저주파와 고주파에서 다르게 동작 함을 보여줍니다. 저주파에서는 접지 루프를 형성하는 도체의 저항이 중요하지만 물리적 배치는 그렇지 않지만 고주파수에서는 저항이 아닌 인덕턴스이기 때문에 고주파에서는 반대 방향입니다. 교차 주파수는 R / L에 의해 주어집니다. 여기서 R은 케이블 저항이고 L은 루프 인덕턴스입니다.

이 문제는 Scientific Instruments 검토 논문 (웹 사이트의 링크) 에서도 논의됩니다 .

이 튜토리얼에서는 패러데이의 법칙과 키르 호프 법칙의 차이로 인해 접지 루프가 어떻게 발생하는지 설명합니다. 또한 접지 루프와 유도 결합, 정전기 결합 및 복사 결합과 같은 다른 형태의 간섭과의 관계에 대해서도 설명합니다.

1. 접지 루프의 주요 위협은 접지간에 상당한 DC 차이 (예 : 0V 및 0.3V)가 있다는 것입니다. 이 경우 두 저항을 낮은 저항 와이어로 연결하면 전류가 커지고 장치 중 하나 (또는 ​​둘 다)가 손상 될 수 있습니다. 장치의 전류 소비가 장치간에 다른 차수 (즉, 휴대폰에 연결된 회전식 엔진) 인 경우가있을 수 있습니다. 그러나 이것은 귀하의 경우가 아닙니다. 따라서 DC 강하는 문제가되지 않습니다.

2. 접지 루프는 일반적으로 전력 그리드 와이어, 전구, 스위치, 엔진 등과 같은 주변 장치를 작동하여 발생하는 변화하는 자기장을 유도 전압으로 변환하는 변압기처럼 작동하기 때문에 문제가됩니다.

이상적인 경우, 어느 한 쌍의 전선 (전원에 연결됨) 만 사방에 서로 밀접하게 위치 할 경우 전류 루프는 동일하며 유도 된 EMF는 동일합니다. 따라서, 어느 시점에서 와이어 사이의 전압 차이를 측정하면 자기장에 관계없이 동일한 결과를 얻을 수 있습니다.

그러나 실제로 이것은 거의 그렇지 않습니다. 전선이 쌍을 이루지 않고 항상 서로 가까이 가지 않습니다. 이런 식으로 노이즈가 나타납니다 (다른 루프에서 유도 된 EMF는 다릅니다).

실질적인 관점에서 다음을 수행 할 수 있습니다. b) 근처에 시변 자기장 소스 (잡음)가 없는지 확인하십시오.

귀하의 경우 두 장치가 서로 다른 접지 연결 (주전원 및 건물 접지)을 가지므로 거대한 루프가 형성되어 좋지 않을 수 있습니다.

실제 소음 수준은 설정을 둘러싼 기생 자기장에 따라 다릅니다. 실험실에 강력한 시변 자기장이없는 경우 접지 루프에 문제가 없을 수 있습니다.

방패를 깨는 것은 다음과 같은 이유로 좋은 선택이 아닐 수 있습니다.

1) 높은 주파수에서 문제가 될 수있는 케이블의 임피던스가 변경됩니다.

2) 수신기의 gnd는 운전자의 gnd에 상대적으로 부유합니다. 수신기 gnd에 나타나는 표류 전류는 신호에 영향을 미칩니다.