Нужны ли источники заземления звезды для этой системы сбора данных?

Во-первых, разработка подобных систем — это искусство, а не наука. Это искусство, потому что многие параметры конструкции системы неизвестны (или у нас нет времени их найти). Можно пройтись по всей системе и смоделировать ее как гигантскую цепь. Для этого необходимо было бы измерить/оценить кабели и источники шума (РЧ-помехи и кондуктивное излучение через сеть переменного тока), что требует больше времени, чем использование лучших практик.

Короткий ответ:

По сути, я спрашиваю, что узел, соединенный звездой (красный вопросительный знак), также должен быть заземлен?

Нет, звездное заземление только добавит больше контуров заземления и больше шума, поскольку вы, вероятно, уже находитесь в хорошей конфигурации, как в этом комментарии:

На Рисунке 2, если я использую AI SENSE и если я также подключаю заземление PSU к AIGND или к ближайшему заземлению, я получаю очень хорошие результаты. Так что мне кажется, что если я использую схему AI SENSE и третий провод от красной точки (заземление блока питания) к ближайшей земле (желтый) или к AIGND (зеленый), все в порядке.

Идея состоит в том, чтобы сделать то, что работает для уровней шума, которых должна достичь система. Если вы построили систему, и шумы приемлемы для необходимых измерений, то все готово! Рисунок 1 предпочтительнее рисунка 2, помните, что цифры в документе NI — это передовой опыт. Окружающая среда или установка, которые у вас есть, могут не иметь такого большого шума, на самом деле вам понадобится схема источника питания, как он подключен к каждому преобразователю, и знание заземления DAQ.

Шум и контуры заземления

Если в системе слишком много шума, примите меры для его устранения. Я приведу некоторые из лучших практик на случай, если вы столкнетесь с шумом:

Первая концепция, которую нужно понять, — это контур заземления. Заземляющий контур начинается, потому что есть две точки заземления с двумя кабелями. Это образует большую петлю, если магнитные поля проходят через петлю (от двигателей и линий электропередач), это создает ток, который проходит по краю петли. Это создает проблему даже с экранированными кабелями через индуктивную связь (экранированные кабели только защищают от емкостно связанных электрических полей и блокируют их, но не магнитные), в которых ток снаружи кабеля также вызывает ток внутри. В большинстве случаев лучше избегать контуров заземления.

С DAQ это создает проблемы, потому что у вас может не быть полного контроля над заземлением проводов датчика или экрана.

Если токи контура заземления являются самым большим источником шума (что зависит от электромагнитной/электрической среды, в которой находится система), то лучше всего разорвать контур. Это можно сделать, удалив одно заземление (лучшая практика) или отсоединив экран (желательно рядом с датчиком).

Еще одна вещь, которую можно сделать, это добавить изоляцию к аналоговым сигналам, чтобы разорвать контур заземления, это может быть дороже, но лучше.

Источник: http://www.sensorland.com/HowPics/IPC07-004.gif
Или эта страница

Также хорошо использовать витую пару для устранения петель и снижения шума (поэтому большинство дифференциальных сигналов, таких как RS485 или Ethernet, имеют витую пару).

Передовая практика

Если вы когда-нибудь снова соберете одну из этих систем, с точки зрения шума было бы удобнее разместить источники питания в том же месте, что и DAQ. Заземление на одном конце обычно является лучшим условием, иногда кабель может превратиться в излучатель (антенну), в этом случае феррит может блокировать высокочастотные сигналы на кабеле. Также было бы хорошо обеспечить экранирование вокруг датчика/источника/усилителя на конце кабеля и привязать его к экрану (если экран не заземлен, если он заземлен, вы можете сломать экран).

Следите за заземлением на обоих концах, так как это создает токи, если вы можете помочь.

Не рекомендуется размещать источник питания на противоположном конце, если он не изолирован.

Нет причин заземлять ваши аналоговые входы. Он ничего не делает, кроме как предлагает путь для проникновения шума в ваш аналоговый сигнал.

Я собрал сложное оборудование ATE со всеми типами проблем. Первое правило заключается в том, что каждый источник работает сам по себе, пока не достигнет дифференциального операционного усилителя или мультиплексора АЦП.

Избавьтесь от всех ваших красных и зеленых линий. Черные сигнальные провода в порядке. Верните все синие провода на контакт AIsense или используйте двухпортовый мультиплексор. Подключите его к общему сигнальному заземлению, если в техническом описании PGIA указано, что это необходимо.

Вы хотите избежать перекрестного подключения AIsense до достижения PGIA. Это позволяет избежать утечки сигналов в другие каналы.

НЕ подключайте устройства с высоким энергопотреблением напрямую к этим входам или AIsense. Это может повредить PGIA, мультиплексор и АЦП. Для таких устройств используйте модуль аналоговой развязки (AD210KN).

Избегайте заземления, это просто длинный провод, который действует как источник радиопомех. Держите нужные провода короткими и скрученными, если вы не можете экранировать их с помощью STP (экранированные витые пары). Если вы используете экранированные провода, заземление экрана должно подключаться только к сигнальной земле на PGIA или рядом с ним. Провод экрана должен быть тихим, и это тихое место.

На приведенной ниже схеме двойной мультиплексор 4:1 позволяет сигналу одновременно выбирать только 1 датчик. Канал «В» не используется. Поскольку датчики всегда имеют связь с датчиком AI, они не «плавают». CD4052 MUX имеет очень низкую стоимость и высокую изоляцию каналов. Прочтите техпаспорт перед использованием.

НЕТ соединения с землей, и источники сигнала никогда не используют общее соединение, пока не достигнут контакта AI. Это ваша «звездная» точка. Если не выбрано, источники не имеют нагрузки, но это не должно быть проблемой для источника. Если провода датчика имеют большую длину, добавьте фиксирующие диоды к Vss и Vee (1N4148), которые защитят CD4052 от скачков напряжения более 10 вольт, но провода датчика не должны проходить вблизи источников питания переменного тока.

Обратите внимание, что цифра 4 в ваших документах NI почти идентична этой настройке, за исключением того, что у вас есть только 4-канальный вход SE вместо 8.

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Ссылка на техническое описание CD4052

Вам нужно, чтобы AI SENSE не плавал относительно питания PGIA, избегая при этом контуров заземления.

Если AI SENSE плавает, у вас будет синфазный шум, который повлияет на ваши измерения, поэтому вам необходимо привязать AI Sense к стороне сбора данных.

Кроме того, привязка AI Sense должна быть выполнена до MUX, что имеет место в вашем дизайне, поскольку вы не MUX отрицательную сторону, но я просто упоминаю об этом на всякий случай.

На вашей первой диаграмме у вас могут быть контуры заземления, если вы привяжете AI Sense к земле:

Лучшим решением в этом случае, чтобы не иметь контура заземления и привязать GND к AISense, было бы:

• Подключите PGIA GND к AI Sense.
• Если кабели экранированы, подключайте их к PGIA GND только на стороне сбора данных.
• Оставьте датчики GND блоков питания 1, 2, 3 плавающими.

Таким образом, у вас должен быть чистый опорный провод PGIA GND без контуров заземления.

Вы можете улучшить его, используя 3-жильный кабель с 2 скрученными линиями датчиков (AI Sense и AIx) + 1 кабель GND «силовой» + экран.

В этой ситуации линии AI передают только сигнал, кабель GND соединяет все на одной земле и несет возможные токи, экранирование и скручивание еще больше снижают наведенный шум.

Свяжите GND блока питания с GND линией «питания» и AI GND, а AISense свяжите с этим GND через резистор 100 Ом (вы можете попробовать другие значения). Резистор предназначен для ограничения тока, протекающего по линии отрицательного считывания.

Важно подключать экран только со стороны DAQ, чтобы избежать повторного образования контуров заземления и избежать протекания тока по экрану.