Схема заземления для сигнала + питания

Фон

Я работаю над проектом, который требует подключения как цифровых, так и аналоговых сигналов, а также питания и смещения между двумя устройствами примерно на 1 метр, что является довольно жесткой (магнитное поле) средой. Один конец (удаленный) — это, по сути, специализированная микросхема датчика, а другой конец (локальный) — сторона сбора данных.

На межсоединении в основном есть четыре типа сигналов:

1. Питание низкого напряжения - 1,8 В постоянного тока и различные смещения. Это подает питание на большую часть схем на удаленном конце. Это обеспечит около 500 мА или около того для устройства через кабель, который будет иметь сопротивление постоянного тока в районе 0,1 Ом.
2. Мощность высокого напряжения - 60 В постоянного тока. Это подает питание на небольшую часть удаленной цепи.
3. Цифровые сигналы — это однонаправленный последовательный интерфейс, работающий на частоте ~200 МГц. Тактовый сигнал замеряет все в удаленном устройстве.
4. Аналоговые сигналы — это очень слабые (макс. 100 мВ) высокочастотные сигналы (~800 МГц B/W), которые передаются с удаленного конца на локальный.

Цифровые и аналоговые сигналы передаются по односторонним коаксиальным кабелям, а линии электропередач — по отдельным кабелям.

Система еще не доработана, равно как и интерконнект. В данный момент я пытаюсь определить наилучшую схему заземления внутри интерконнекта.

Что я определил до сих пор

Во-первых, источник высокого напряжения будет иметь очень неприятные переходные процессы (мы знаем это из экспериментов) - по сути, он вызывает короткий разряд сильного тока. В идеале у нас должна быть хорошая объемная емкость на удаленном конце, но это невозможно. Таким образом, я собираюсь предложить, чтобы эта часть была разработана с независимым заземлением - это будет изолированный источник высокого напряжения, чтобы предотвратить любые скачки тока на кабелях питания.

Во-вторых, РЧ-сигналы несимметричны, а на локальном конце связаны по переменному току. Они будут подаваться на активный балун (скорее всего, LMH5401 от TI или аналогичный).

В-третьих, цифровые сигналы также несимметричны, но не могут быть связаны по переменному току.

Наконец, все экраны коаксиальных кабелей должны быть соединены вместе на удаленном конце, но могут быть подключены по отдельности на локальном конце.

Вопросы, которые у меня есть

Мой вопрос (надеюсь, не слишком широкий) заключается в том, как лучше организовать схему заземления, чтобы избежать создания каких-либо неприятных контуров заземления и, надеюсь, избежать связи между тактовым сигналом и сигналами RF и Power?

После некоторого чтения у меня возникли следующие мысли/идеи по этому вопросу, которые я мог бы сделать с кем-то, чтобы подтвердить, разумны ли мои идеи или есть ли лучший способ.

Во-первых, я думаю организовать конструкцию так, чтобы был основной кабель заземления для источника питания низкого напряжения, а затем иметь независимые сигнальные земли. Однако ясно, что в какой-то момент все основания должны соединиться вместе.

В некоторых материалах, которые я читал, предлагается оставить экран коаксиального кабеля незакрепленным на локальном конце, чтобы избежать контуров заземления, однако я думаю, что это вызовет больше проблем, которые можно было бы решить, разорвав обратный путь сигнала для высокочастотных сигналов. Поскольку РЧ-сигналы соединены по переменному току на локальном конце непосредственно перед усилителем, мне интересно, следует ли мне также подключить экран по переменному току, чтобы удалить любую петлю постоянного тока, возникающую с заземлением источника питания, не нарушая при этом обратный путь сигнала. Имеет ли это смысл?

Для цифровых линий, я думаю, мне просто нужно будет подключить землю на обоих концах, потому что они соединены по постоянному току. В этой ситуации мы можем гарантировать, что в конструкции ИС для удаленного конца мы подключаем заземление коаксиального кабеля к ИС через контактные площадки заземления, расположенные как можно ближе к входам, чтобы путь прохождения сигнала через входные буферы был как можно ближе к входам. как можно ближе к коаксиальному кабелю. Затем мы можем иметь отдельную заземляющую площадку для источника питания, чтобы свести к минимуму связь сигнала с источником питания.

Наконец, я думаю, что к межблочному соединению следует добавить отдельный провод заземления для питания. На локальном конце это может быть подано через ферритовую бусину или проходные конденсаторы, чтобы попытаться увеличить импеданс высокочастотных сигналов, чтобы они предпочитали проходить через свои коаксиальные экраны, а не через землю питания. Это разумно?

Примерно так я и думал:

(ps Есть ли какая-либо дополнительная информация, которую вы хотите, чтобы я добавил?)