Connexion à la terre dans les signaux différentiels

Ai-je besoin d'une connexion à la terre pour connecter des signaux différentiels entre deux systèmes?

Je pensais que cela ne devrait pas être nécessaire, mais comment se comportera la tension de mode commun à l'extrémité de réception? Sans connecter la terre entre les deux systèmes, je sonde les entrées à la réception et observe que les entrées roulent sur un pic de 10 V à 60 Hz (probablement des interférences de la ligne électrique). Comme il y a une limite de mode commun de +/- 5 V sur l'entrée de réception, cela provoque probablement le comportement erratique que je connais maintenant.

Une connexion à la terre sur les deux systèmes sera-t-elle utile? Ou une connexion à la terre est-elle toujours nécessaire pour connecter les signaux différentiels?

Il existe 3 principaux types de récepteurs utilisés pour détecter les "signaux différentiels":

Signaux différentiels couplés CC

RS-485, RS-422, CANbus, LVDS, USB, SATA, PCI Express, etc. connectent directement les signaux différentiels à la puce du récepteur - "couplés en CC". Ils nécessitent une connexion à la terre pour maintenir le signal à l'extrémité du récepteur du bus dans la plage de mode commun de la puce du récepteur.

Souvent, ces systèmes cessent de fonctionner lorsque le décalage de tension est supérieur à quelques volts et peuvent être endommagés de façon permanente si le décalage de tension atteint quelques dizaines de volts. (C'est-à-dire le décalage de tension entre la "masse" du système à une extrémité du câble et la "masse" du système à l'autre extrémité du câble).

Souvent, 2 boîtiers avec un câble entre eux portant un tel protocole (ou un protocole asymétrique tel que SPI ou RS232) semblent bien fonctionner en laboratoire assis côte à côte, mais ont une communication intermittente ou cessent de communiquer entièrement lorsqu'ils sont placés dans le champ avec de longues distances entre eux. Lorsque cela se produit, les gens finissent souvent par acheter 2 "isolateurs" qui utilisent en interne l'une des approches suivantes, et mettent le long câble entre ces isolateurs.

signaux différentiels couplés opto-isolateurs

Des systèmes comme le MIDI connectent plus ou moins des signaux différentiels à la LED d'un opto-isolateur du récepteur.

Avec une conception appropriée, des systèmes similaires peuvent fonctionner et fonctionnent parfois très bien avec des kilovolts de décalage entre le "sol" du système à une extrémité du câble et le "sol" du système à l'autre extrémité du câble.

signaux différentiels couplés par transformateur et couplés par condensateur

L'audio analogique, LonWorks (a) , etc. connectent les signaux différentiels aux condensateurs de blocage CC.

Ethernet, etc. connecte des signaux différentiels à des transformateurs bloquant le courant continu.

Les récepteurs à large bande sur ligne électrique ont généralement à la fois des condensateurs de blocage CC et des transformateurs de blocage CC.

Avec une conception appropriée, ils peuvent et fonctionnent parfois très bien avec des kilovolts de décalage entre la «mise à la terre» du système à une extrémité du câble et la «mise à la terre» du système à l'autre extrémité du câble.

Ces systèmes bloquent le décalage CC avec un transformateur ou des condensateurs ou les deux pour transporter le signal à travers la limite d'isolement. (Pour réduire les interférences électromagnétiques et protéger contre les événements de décharge de câble, de nombreux systèmes connectent également chaque fil de câble avec des résistances ou des condensateurs ou les deux - une terminaison CA Bob Smith - à la masse du châssis (b) (c) (d) ( Intel AP- 434 ); souvent avec des condensateurs supplémentaires pour prendre en charge l'alimentation via Ethernet (e) .)

De telles tensions de décalage sont la principale raison derrière " un condensateur 2kV sur Ethernet? ".

Différentiel sur un câble

Comment cela se fait-il normalement dans la pratique?

Lors de l'envoi d'Ethernet, de LonWorks, de données opto-isolées, etc. via un câble, aucun fil de terre n'est requis. Tous les fils du câble peuvent être utilisés pour la transmission de données. (Les systèmes PoE finissent souvent par rapprocher les deux masses du système de toute façon; les systèmes non PoE permettent aux deux masses du système de flotter).

Lors de l'envoi de RS-485, de CANbus, etc. via un câble, généralement au moins 1 fil du câble est réservé au fil de terre, ce qui tire la masse du système à une extrémité du câble et la masse du système à l'autre extrémité du câble. câble plus proche - espérons-le suffisamment proche pour permettre la communication ou au moins pour éviter des dommages permanents.

De nombreuses personnes utilisent exactement le même câble CAT5 (non blindé) avec des fiches RJ45 standard aux deux extrémités pour les deux types de systèmes.

Lorsque vous utilisez un câble blindé, certaines personnes font très attention à concevoir le système avec la prise où ce câble se branche pour avoir une "masse de châssis" / "masse de châssis" séparée et le connecter au blindage du câble, et séparé de la "data ground" / "signal ground" sur, par exemple, la broche 9 d'un connecteur DB9 transportant des données RS232. D'autres personnes connectent simplement tous les terrains ensemble. Je ne vais pas en dire plus ici sur cette controverse qui fait rage.

Si vous utilisiez un transformateur à une extrémité, la terre serait isolée, auquel cas vous n'auriez pas besoin d'un fil de terre entre les deux.

Mais en théorie, je pense que vous pouvez également créer un circuit sans transformateur qui utilise simplement des pilotes identiques sur les deux bornes avec des condensateurs. Il serait alors complètement isolé. Mais dans la pratique, l'impédance des deux bornes de sortie devrait correspondre exactement. Et le récepteur devrait avoir une bonne CMR. Ensuite, je pense que le bruit au sol serait essentiellement annulé. Et cela pourrait mieux fonctionner si le signal était transmis hors phase sur les deux fils plutôt que de simplement mettre le signal sur un fil.

Mais dans la pratique, c'est probablement une chose douteuse à faire. Si vous voulez une isolation maximale du sol et une excellente CMRR, alors les transformateurs sont la règle. Sinon, vous avez besoin d'un troisième fil pour que les deux circuits poussent / tirent contre une tension de référence commune (masse) afin que tout bruit sur ce fil n'ait pas d'importance (sans tenir compte de la résistance / inductance du fil).

Même s'il est différentiel, vous devez restreindre la plage en mode commun. C'est à cela que sert le terrain d'entente; il garde les références quelque peu égales afin que le mode commun ne soit pas influencé par un Tx, Rx flottant ou les deux.

Bien sûr, en ajoutant cette connexion, vous pouvez ensuite créer une boucle de masse. Voir ici pour plus de détails à ce sujet: Boucle de masse pour une connexion équilibrée