Схема драйвера и приемника аналоговой дифференциальной линии

Никакой потенциометр с движущимися частями не имеет значительного высокочастотного выхода. Итак, просто отфильтруйте «полученное» напряжение. Более важной проблемой может быть заземление, опорный уровень «0» вольт. Есть ли в системе несколько заземляющих соединений? Контур заземления улавливает любые местные колебания магнитного поля.

Наилучшая схема подключения трехконтактного потенциометра использует экранированный трехжильный кабель, при этом экран соединяется с металлическим валом и корпусом потенциометра и заземляется в ОДНОМ месте. Разумеется, три провода подключаются к клеммам потенциометра.

Грязесъемный контакт потенциометра может быть очень надежным и иметь низкое сопротивление при тщательном выборе материалов. Самые дешевые потенциометры (углеродная пленка) не так хороши, как потенциометры с керамическими и токопроводящими элементами.

Вы можете использовать дифференциальный передатчик, но на самом деле нужен только дифференциальный приемник. Две линии, выходящие из вашего потенциометра, будут стеклоочистителем и заземлением. Было бы неплохо подключить большую букву C к клеммам потенциометра и заземления, чтобы выровнять импеданс привода на частотах, где вы, по крайней мере, будете воспринимать шум.

Проложите два провода скрученными, чтобы свести к минимуму их индуктивную площадь.

В приемнике используйте дифференциальный или измерительный усилитель для измерения разности напряжений между двумя линиями и соотнесите ее с местной землей.

Если вы также настаиваете на дифференциальном передатчике, то подойдет двойной операционный усилитель rail2rail (поскольку у вас есть только 5 В), с одним инвертирующим относительно среднего рельса и одним неинвертирующим.

Могу предложить вам внешний АЦП с интерфейсом LVDS (низковольтный дифференциальный сигнал), например, AMC1305L25 от TI. Таким образом, вам нужны только приемники LVDS на вашем UC, чтобы использовать интерфейс SPI для связи.

Есть такое существо, называемое дифференциальным усилителем. Например, THS4552. Он будет хорошим драйвером, а инструментальный усилитель будет хорошим приемником. Просто не забывайте поддерживать хороший CMRR. Избегайте резисторов и конденсаторов, если они не симметричны для обеих линий.

Дифференциальное напряжение

Да, можно сделать то, что вы просите, и это поможет с помехоустойчивостью. На передающей стороне вы инвертируете напряжение около 2,5 В с единичным коэффициентом усиления. Это можно сделать очень просто с помощью операционного усилителя. Вы, вероятно, захотите буферизовать и другой сигнал, чтобы обе линии имели одинаковый импеданс.

На приемной стороне используйте готовый дифференциальный усилитель для восстановления несимметричного сигнала.

Лучший способ

Тем не менее , у вас, очевидно, есть питание на датчике, поскольку вы говорите о том, что он генерирует сигнал 0–5 В, а не просто сопротивление. Если вас действительно беспокоит шум, преобразуйте его в цифровой формат на датчике и отправьте цифровое значение. Это будет иметь гораздо большую помехозащищенность. Его также можно относительно легко изолировать. Если у вас так много шума, возможно, лучше не связывать землю вместе с точками, находящимися на расстоянии 15 футов друг от друга.

Поскольку датчик представляет собой потенциометр, полоса пропускания явно мала, а требования к разрешению не очень высоки. Небольшой микропроцессор с 12-битным аналого-цифровым преобразователем не будет намного дороже или больше, чем схема для отправки дифференциального аналогового сигнала. Это действительно легко сделать. Отправьте данные из микро с помощью UART и создайте токовый сигнал, который управляет светодиодом оптоизолятора на принимающей стороне.

Опять же, пропускная способность низкая, поэтому достаточно низкой скорости передачи данных, такой как 9600, которая должна обеспечить очень хорошую помехоустойчивость. Отправка двух байтов на чтение приводит к 480 выборкам в секунду. Это очень легко сделать и не нажимает никаких ограничений.

Двумя инструментами, используемыми для передачи аналоговых сигналов в довольно шумных средах, являются токовые петли (4-20 мА являются наиболее популярными в промышленности) и гальваническая развязка. Объедините их с экранированием, и большинство приложений будут покрыты.

Если ситуация патологически плохая, можно рассмотреть изолированное питание, оцифровку и использование оптоволокна.

Тем не менее, есть вероятность, что в умеренно шумной ситуации вам будет достаточно экранированного кабеля к горшку и фильтра нижних частот на приемном конце.

На вашем первоначальном рисунке был показан двойной вывод (+ и - провода) с экраном. Сколько шума вы измеряете на правой стороне экранированного кабеля? И какой SNR вам нужен? Вот проводник сигнальной цепи, с датчиком / потенциометром, вырабатывающим 1 вольтPP, на 5 метров двойного провода (разностная пара проводов), на 15 кОм, на 1 мкФ + 1 нГн ESL + 1 Ом ESR, на 12-битный АЦП.

Вот «детали анализа», показывающие, что резистор + реалистичный CAP + ESR + ESL адекватно снижает помехи проводки, а оставшиеся ошибки представляют собой ввод мусора непосредственно в Vin АЦП.