הקדמה: למה לפלס את החומר ב- Signaling

התניה אותות היא עמוד השדרה של רכישת נתונים מדויקים בבינוניות, רפואית ומדעיות. פלטי חיישן Raw לעתים קרובות לשאת רעש, שגיאות התחלה או רמות מתח לא מספיקות, הדורשות הדגימה, סינון, וההמרות לתוך אותות שניתן לזהות אותם.אבל מעגלי המיזוג הטובים ביותר יכולים להיכשל אם בעיה טריוויאלית לכאורה מאגדת את המדידה: הקרקע מציגה לולאה זרם לא רצוי דרך נתיבים משותפים, אשר משפרת את ההבדלים היעילים ביותר של מערכת הגנה, כמו גם את הגמישות הבסיסית, אשר משפרת, כמו גם את ההבדלים בין שיטות הגנה יעילה ביותר, לבין שיטות הגנה, לבין בידוד.

הבנה של שטף

כיצד תצורת רצפה

לולאה הקרקעית מתרחשת בכל פעם ששני מכשירים מחוברים יותר יש קשרים מרובים לאדמה או התייחסות קרקעית משותפת.בהגדרה טיפוסית, לכל מכשיר יש נתיב קרקע הרץ משלו באמצעות חיבור חוטי כוח, מגנים כבל אותות, ואפילו דרך נקודות עולה.כאשר נתיבים אלה להשלים לולאה סגורה, זרמים שוטים - לעתים קרובות מקווי חשמל הסמוכים, מנועים, או מקורות רדיו - זורמים דרך המתח המוארים, כולל רעש, כאשר הוא מנפח של 50 גרם למולה אחורי, כולל, כאשר הוא ממרחק של חומרת, או מתווך, הוא ממרחק של חומרת, הוא ממרחק של חומרת, כאשר הוא מתווך כהה, כאשר הוא מתווך כהה, הוא ממרחק של רעש, או ממרחק של חומרת, הוא ממרחק של חומרת ניירת ניירת, או ממרחק של חומרת ניירת, או ממרחק של חומר ממרחק של רעש, כאשר הוא ממרחק של חומר ממרחק של חומר ממרחק של רעש, כלומר, או ממרחק של פחות ממרחק של מיקרופון פשוט, או ממרחק של חומרת, הוא ממרחק של רעש, הוא ממרחק של 50 ליטר חשמל, הוא ממרחק של מיקרופון, הוא ממרחק של מיקרופון, כולל ממרחק של חומר ממרחק

השפעות על איכות אותות

לולאות קרקעיות מדגימות דיוק בכמה דרכים:

  • (ב) [15] רעשים מתוחכמים: 1FLT 1 (FLT:1 low- ⁇ חומוס) יבש (50/60 הרץ והרמוניה) רוכב על האות, צמצום יחס האות-לכאורה (SNR).
  • (ב) [17]0 (ב) שגיאות: ⁇ : ⁇ : 1) מתח הלולאה מניע זרמים נפוצים שיכולים לעלות על טווח הקלט של מגברות שונות, מה שגורם לשחיקה או מריד.
  • נזק מתמשך:0 (FLT:1) לולאות אנרגיה גבוהה - לדוגמה, מהתקפות ברקים או גלי חשמל - יכול להרוס אלקטרוניקה רגישה לפני הקרקע.
  • שחיתות:0Dataשחיתות:BuildFLT:1 במערכות דיגיטליות, ג'ייטר מושרה הקרקע או שגיאות תזמון עלול לגרום שגיאות קטנות בקישורים מהירים.

ביישומים קריטיים כמו ניטור רפואי או מאזן מעבדה דיוק, אפילו הפרעות ברמה מיקרו-וולטר יכול להפוך מדידות חסרות ערך או מסוכנות.

מדוע שיטות מסורתיות לקרקע נופלות קצרות

חד-פעמי ריצוף (star Grounding) מומלץ לעתים קרובות להימנע לולאות, אבל במערכות מורכבות עם חיישנים מבוזרים, ריצות כבל ארוכות, ומכלולים מרובים, השגת תצורה של כוכב אמיתי היא לא מעשית.

תפקיד ההחלמה ב-Destion Conditioning

בידוד פירושו הפרדה חשמלית של מעגלי קלט ופלט כך שאין נתיב נוכחי ישיר (DC) קיים ביניהם.אות לחצות את מחסום הבידוד באמצעות שיטות העברת אנרגיה שאינן מסתמכות על המשכיות הומית - באופן חד-משמעי באמצעות אור, שדות מגנטיים, או הפיכה קיבוליתיתית.המחסום חייב לחסום DC ותדירות נמוכה של מתחים משותפים, תוך שמירה על רוחב הפס והליאניות של שיטות המיזוג של מזג האוויר המודרני, הן מבטיחות, כמו גם עבור התקנים חסימת בטיחות גבוהה.

בחירת שיטת בידוד נכונה תלויה בגורמים כגון מהירות, צריכת חשמל, עלות ורמת המתח המשותף הצפויה.

⁇ אופטית

איך אופטוקוקלרים עובדים

בידוד אופטי משתמש באופטיקופטר (נקרא גם Optoisolator) המורכב מ diode אור-היתר (LED) ו photodetector (צילום: phototransistor, photodiode, או phototriac) השוכן בחבילה אחת.הסימן קלט מניע את LED; האור הנפלט מכה את הגלאי, אשר משכפל את האות בצד הפלט הוא כי אין קשר חשמלי בין שני הצדדים, רק על ידי כמה נקודות אור מוגבל.

המונחים: Signal Conditioning

Optocouplers משמשים נרחב בידוד אות דיגיטלי, כגון ב קלטות דיגיטליות PLC, מבודד RS-232 או RS-485 transceivers, ואת מעגלים כונן שער עבור מוליכים למחצה כוח.במיזוג אותות אנלוגי, אופטיקנטים מיוחדים עם לולאות משוב ליניאריות (למשל, IL300, LOC110) יכולים להעביר אותות אנלוגיים עם דיוק מקובל עבור חיישנים אופטיים רבים.

יתרונות ומגבלות

  • (ב) ⁇ :0) ,5 ,1 מתח בידוד גבוה, עלות נמוכה לשימוש ערוצים בודדים, פשטות של יישום, חסינות לשדות מגנטיים.
  • (FLT:0) התחייבויות: רוחב פס מוגבל 1 (בדרך כלל עד כמה MHz עבור אופטימיזציה דיסקרטית; מהירים יותר קיימים אך יקרים יותר), הזדקנות LED שיכולה לשנות את הרווחים לאורך זמן, צריכת חשמל גבוהה יותר במיוחד בעת נהיגה LED ברציפות.

עבור אותות אנלוגיים מהירים או דיגיטליים (<10 MHz) בסביבות תעשייתיות רועשות, בידוד אופטי נשאר בחירה חזקה. עבור נתונים מהירים (למשל, USB או איתרנט בידוד), מהנדסים לעתים קרובות פונים להפוך או שיטות קיבוליביות.

Transformer Isolation

עקרונות ומבנה

בידוד Transformer מסתמך על אינדוקציה אלקטרומגנטית: זרם משתנה (AC) ברוח הראשית יוצר פלוקס מגנטי שגורם למתח ברוח משנית. כי אין נתיב חשמלי בין הרוחות, רכיב DC ומתחים נפוצים נמוך-נמוך חסומים.חומר הליבה והגיאומטריה רוח לקבוע את רוחב הפס של הטרנספורמציה - מפר את התמיכה המסורתית מכמה מאות אותות מכוכבי הלכת שלה לכדי גלות משולבות.

Isolation Transformers vs. Signal Transformers

בהתחמשות, שתי קטגוריות הן נפוצות:

  • (FLT:0) ממירים לבידוד: FLT:1 המשמש לבודד את אספקת AC למכשירים, למנוע לולאות קרקע מהצד הכוח.הם כוללים לעתים קרובות מגינים אלקטרוסטטיים כדי להפחית את ההפיכה של רעש קיבוליבי גבוה.
  • (FLT:0) ממירי בידוד זרים: FLT:1 תוכנן עבור אודיו, חיישן אנלוגי, אותות הדופק הדיגיטלי.הם מספקים בידוד גליוני ויכולים גם לבצע המרה מאוזנים או מאוזנת לא מאוזנת.

Pros ו- Cons

  • (FLT:0)Pros:IRFLT:1 לא כוח חיצוני צריך עבור ממירי אותות פסיביים; הם יכולים להתמודד עם רמות כוח גבוהות (למשל, נתיבי אות ברמה וואט); חסינות משותפת גבוהה משותפת משותפת משותפת; לינאריות מעולה כאשר מופעל בטווח תדרי עיצוב.
  • (FLT:0)Cons:cioFLT:1 בגודל פיזי גדול עבור אותות נמוכים; תגובה בתדר מוגבל - לא יכול לעבור DC; שדות מגנטיים ממקורות חיצוניים יכולים לגרום רעש אם מגן אינו מספיק; עלות עלות עבור עיצובים מדויקים פס רחב.

בידוד Transformer הוא שיטת בחירה עבור מערכות אודיו אנלוגיות בעלות גבוהה, ניטור קו חשמל, וערוצי רכישה של נתונים רבים AC-קופאונדים. אותות DC-קופאונד דורשים שלבים נוספים (למשל, באמצעות תדירות נושאת להעברת רמות DC), אשר מוסיף מורכבות.

סוללת Galvanic (מכשירי בידוד חשמליים)

⁇ Amplifier

מגברי בידוד, כגון AD210 קלאסי או יותר מודרני ממולטורים דיגיטליים, להשתמש בשילוב של Modulation, הפיכה, והדגמה להעביר אותות אנלוגיים על פני מחסום קרמיקה או סיליקון-די-חמצני. עיצובים רבים משלבים מירב שנבנה לתוך השבב (באמצעות coils שבב) או להשתמש ב- capacitors כדי להעביר אותות אנרגוניים על ידי זוג מפולד-מפוסים המכשול של המכשול הפנימי בדרך כלל.

⁇ דיגיטלית (Capacitive and Magnetic)

עבור אותות דיגיטליים, ממריצים קיבוליים ומגנטיים החליפו בעיקר את האופטוקרונים ביישומים מהירים.מוצרים מיצרנים כמו Texas Instruments, Analog מכשירים, ו- Silicon Labs גם הם:

  • (FLT:0) הפיכה מצטברת: נתונים 1FLT מועברים על פני מכסה דק של SiO2 באמצעות קצה-encoding או על-off keying.אלה יכולים לפעול מעל 100 Mbps עם צריכת חשמל נמוכה (למשל, סדרת ISO77xx).
  • (FLT:0 Magnetic הפיכה:FLT:1 Variers המשולבים הקטנים על סיליקון משדר הדופקים על פני המחסום, הם מציעים שיעורי נתונים גבוהים וחסינות משותפת חזקה.

יתרונות של בידוד אלקטרוני מודרני

  • רוחב פס רחב (עד 150 Mbps לבידוד SPI/UART).
  • טביעת רגל קטנה (מפעילי ערוצים בחבילות SO-8).
  • תוחלת חיים ארוכה – לא נטייה LED.
  • צריכת חשמל נמוכה
  • לעתים קרובות לספק ערוצי מרובים ומיזוג אותות משולבים (למשל, ADC מבודד).

הסגירה העיקרית היא שהם דורשים אספקת חשמל DC על כל צד של המחסום (ממיר DC-DC) וייתכן כי יקר יותר מאשר קונסולת אופטיקופטר פשוטה לצרכים מהירים של ערוצים.

בחירת טכניקת השיקום הנכונה

מהנדסים חייבים לשקול מספר גורמים בעת בחירת שיטת בידוד למשימה מותנית אות:

  • (FLT:0) סוג ופס רוחב פס: FLT:1 עבור חיישנים אנלוגיים DC (תאים עומס, thermocouples), בידוד אופטי או אלקטרוני עם Modulation עשוי להיות הכרחי.עבור accelerometer אותות עד 10 kHz, מהפך מספיק.
  • (FLT:0) מתח נפשי ודירוגי בטיחות: FIRLT:1 דרישות ציוד רפואי מחזקים בידוד (5 kV rms או יותר); אופטופלופלרים ומגברי בידוד ייעודיים עומדים בתכונות אלה.
  • דרישות כוח: ההרחבה 1 (SwitchLT:1 ), טרנספורמציים פסיביים אינם זקוקים לאספקה חיצונית; אופטיים ואלקטרוניים עושים זאת.היכולת לכפות את הצד המבודד ממגירה DC-DC מבודדת חייבת להיחשב.
  • (FLT:0) Cost ו- Board Zone:FLT:1, מערכות דיגיטליות בעלות סופר גבוה נהנים ממתאמים דיגיטליים משולבים, בעוד אות בקרה תעשייתית יחידה עשוי להיות מבודד מבחינה כלכלית עם אופטוקוקלר.
  • (FLT:0) מתח מומון וחסינות transientology:03FLT ( 1 בסביבות נסיעה מוטורית, עוברים גבוהים של Dv / Dt דורשים ממתנים עם חסינות נפוצה גבוהה (>25 kV / מיקרוs).

רשימות יישום נתונים של יצרנים מציעות הדרכה מפורטת.לדוגמה, FLT:0 [המאמר הטכני של מכשירים] על בידוד ברכישת נתונים FLT:1 משווה שיטות; טקסס מכשירים מספק הערות מקיפה FLT:2application על סמך מדפסות דיגיטליות של סלק 3.

יישום מעשי: גישה של צעד-על-ידי

המונחים: Ground Loop Paths

התחל על ידי בדיקת התרומת המערכת המתפתלת.מארק כל חיבור קרקעי: כאסאס, מגן אות, קווי החזרה של חיישנים, ואספקת החשמל חוזרת.חפש לולאות סגורות שנוצרו על ידי קשרים מרובים בין שתי מערכות.

2. להחליט איפה להכניס את Isolation

מחסום הבידוד צריך להיות ממוקם בדרך האות הפגיע ביותר - באופן מיידי לאחר החיישן או בקלט של מעגל ההמיזוג. במערכות מרובות ערוצים, מארגן מסלקים לתוך מודול מבודד יחיד (למשל, חזית רכישה נתונים מבודד) חוסכת שטח ועלות.

בחר התקן Isolation

עבור לולאה נוכחית 4-20 מ"א, מגבר בידוד (למשל, ISO122) או מנטר מופעל לולאה פועל היטב. עבור אות תרמוקופיל, ADC מבודד עם פיצוי צו צומת קר (למשל, LTC2980) מבטל לולאות קרקע.עבור תקשורת דיגיטלית מהירה (SPI, I2C), להשתמש ב- Digital isolator כמו ISOW41.

4 עיצוב אספקת החשמל

מנועי רכישת נתונים מפוכחים דורשים כוח משני הצדדים. השתמש ממיר DC-DC מבודד (למשל, מודול מ- Recom או Morta) שתואם את מתח הבידוד של המנטר.לתשומת לב ל-Freceacitance ההפיכה של הממיר - קיבול גבוה יכול לכווץ רעש גבוה על פני המחסום, להביס את המטרה.

5.התאמת עם בדיקות

לאחר ההרכבה, לפקח על האות עם ובלי חיבורים מעומקים. השתמש בבדיקה שונה וoscilloscope כדי למדוד את הפחתת הרעש. לאשר דחייה משותפת על ידי הזרקת מתח משותף-מודה ובדיקת הפלט.

היתרונות של שימוש בטכניקות של Isolation (Expanded)

מעבר להפחתה הבסיסית של רעש הקרקעי, בידוד מביא כמה יתרונות מוחשיים:

  • (FLT:0) אלימינציה של הבדלים בעלי יכולת קרקע: אנדרט 1 במתקנים גדולים (למשל, רצפות מפעל, תת-קרקעיות), פוטנציאל הקרקע בין ארונות מרוחקים יכול להיות שונה על ידי עשרות וולט.
  • (FLT:0) קבלת משקעים וטראנסים:FLT:1 מחסומים בידוד לעמוד על ספיגות גבוהות של ברק, החלפת עומס אינדוקטיבית, או פריקה אלקטרוסטטית במקום להזיק ללוח מותני האות, האנרגיה מתפזרת באופן בלתי מזיק.
  • (FLT:0) שיפור הבטיחות עבור מפעילי:FreaLT:1 במכשור רפואי (ECG, disbrillators), בידוד מגן על חולים מפני הלם חשמלי.בהגדרות תעשייתיות, מבודד I / O מודולים להבטיח כי תקלה על חיישן אחד לא ממריץ את מערכת הבקרה כולה.
  • (FLT:0) דיוק מדידה: FLT:1 על ידי שובר לולאות קרקע, האות האמיתי הוא התאושש. רמות רעש יכול לרדת ממילימטרים למיקרו-וולטים, המאפשר משקל מדויק יותר, בקרת טמפרטורה או ניתוח רטט.
  • (FLT:0) lexibility בעיצוב המערכת: FLT:1 ניתן לחלק מודולים מבודדים פיזית רחוק מלבד ללא דאגה על יושרה הקרקעית, לפשט את הזיוט והתחזוקה.

מלכודות נפוצות להימנע

גם עם בידוד, בעיות יכולות להתעורר אם היישום הוא חסר זהירות:

  • דירוג בידוד יעיל:0 (Insufficientlition Rate: FIRLT:1) באמצעות 1 kV Optocoupler בסביבה העיקרית של צמיחה (230 V RMS) עשוי לא לספק שולי בטיחות נאותים - מכשירים בשימוש מדורג לפחות 2 × המתח הצפוי.
  • (FLT:0) קפיאנטון הפיכה גבוה: FIRLT:1 , מחסום הבידוד תמיד יש קצת קיבולי רוח פרסיטית. עבור אותות קידוד גבוה, הציפוי יכול זוג רעש סביב המחסום.בחר מכשירים עם קיבול נמוך ולשמור על פריסת PCB נקייה משני הצדדים.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) אם כל הציוד מוצב באופן מקומי לנקודת כוכבים אחת וריצה בכבלים הם קצרים, בידוד לא יכול להיות נדרש.

דוגמאות ליישומים אמיתיים

בקרת תהליכים תעשייתיים

צמח כימי משתמש 4-20 מ"א משדרים לחץ מבוזרים מעל 200 מ"ר כל משדר מופעל על ידי אספקת לולאה מרחוק, ואת מודול קלט אנלוגי של PLC יש קרקע משותפת. לולאות קרקעיות מזרקת 60 הרץ אשר גורם ±5 PSI סחף. התקנת מגבר בידוד עבור ערוץ להפחית את הסחף ל ±0.1 PSI.

מעקב אחרי מטופלים

אלקטרוקרדיגרם (ECG) מוביל חייב לבודד את המטופל מבסיס בית החולים.החזית של ECG משתמשת במגבר בידוד עם דירוג 5 kV וספק כוח נמוך של כוח-תזונה.זה מונע זרמים קרקעיים לזרום דרך הגוף החולה, לפגוש את IEC 60601 תקני בטיחות.הבידוד מדכא גם רעש משותף של מוות מאורות פלואורות טמפרטורות סמוכים.

Audio Studio Recording

באולפן הקלטות, מיקרופוןים מרובים, preamps, Mixers, ומפקחים חולקים את כלי החשמל. לולאות קרקע לגרום לחים מתמשך 60 הרץ שנשמע במוניטורים של האולפן. Using Boring Transformers (למשל, ג'נסן JT-11) על כל קו מקלקל את הלולאה ומבטל את החום ללא השפעה על איכות השמע.ה גם לספק 600 ⁇ תואמים עבור נתיבי אות וינטג'.

רכישת נתונים לאנרגיה מתחדשת

מערך השמש-panel לייצר DC מתח עד 1000 V יחסית לאדמה. ניטור כל מחרוזת פאנל דורש חיישן מתח מבודד.בידוד אופטי באמצעות כבלים סיבים אופטיים מעביר את המתח קורא לתחנת ניטור מרחוק, עם המתח הנפוץ ביותר ולספק חסינות ברק.

מגמות עתידיות בטכנולוגיית השיקום

שוק הבידוד נע לקראת שילוב גבוה יותר ושיעורי נתונים מהירים יותר.

  • (FLT:0) משככי דיגיטליים מצטברים עם מהירויות מרובות-gigabit:Felo:1 עבור יישומים כמו Gigabit Ethernet או HDMI מבודד, עיצובים נכנסים משתמשים במודולציה חדשנית וערוצי קיבול שונים.
  • (FLT:0) ממולים מבוססי-MEMS:FIRLT:1 , Micro-electromechanical ממסרים יכולים לספק בידוד מכני אמיתי עם מאוד נמוך על-resistance, המתאים להחלפת אנלוגיה מדויקת.
  • (FLT:0) כוח ונתונים מבודדים:FLT:1ir צ'יפס חדש משלב ממיר DC-DC מבודד ומניפולטור נתונים בחבילה אחת (למשל, ADuM5020), צמצום גודל הלוח וזמן לתכנון.
  • בידוד על אלחוטי:0 (Galvanic בידוד על פני אלחוטי:FreaLT:1) עבור כמה יישומים, אלחוטי (למשל, תקשורת בשדה קרוב) יכול לספק בידוד על ידי העברת אנרגיה ונתונים דרך אוויר ללא חוטים - אם כי עם רוחב פס נמוך יותר.

מגמות אלה יפשטו עוד יותר את הכללת בידוד חזק בעיצובי התניה, מה שהופך לולאות קרקע לבעיה של העבר במערכות יותר ויותר.

מסקנה

לולאות למדידה מייצגות אתגר מתמשך אך רב ערך בהתחמשות אותות.על ידי שבירת הנתיב ההתנהלותי באמצעות אופטי, מהפך, או בידוד גליוני אלקטרוני, מהנדסים יכולים להשיג אותות נקיים ומדויקים, להגן על ציוד, ולעמוד בסטנדרטים של בטיחות.כל שיטת בידוד מציעה סודיות של תהליכי בקרה נפרדים: בידוד אופטי לתקני אחסון מהירים יותר של שבבים: למערכות הפעלה גמישים של כוח עד בינוני, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, ניתן לבודדים של תאים חשמליים, באופן קבוע, באופן קבוע, לבודדים, לבודדים, כלומר, כלומר, באופן קבוע, להחלפת תאים חשמליים, להחלפת תאים חשמליים, לבודדים יותר, עד כדי בידוד של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של לחץ דם של מערכת ההפעלה של 1-סגולה, עם יכולת הפעלה מהירה יותר, באופן קבוע, באופן קבוע, כלומר, עם יכולת הפעלה של מערכת ההפעלה של אבטחה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה: