Blindage et boucles de masse

J'ai divers équipements qui doivent tous être connectés à GND (Chassis GND). Le problème que j'ai est que je connecte une carte ADC à l'intérieur d'un ordinateur via une boîte métallique avec une électronique personnalisée qui se connecte à un cryostat (blindage métallique).

Le problème est que si je n'utilise que mes câbles standard, l'ordinateur GND est connecté au boîtier métallique avec l'électronique dans laquelle est à son tour connecté au métal du cryostat. Maintenant, l'ordinateur est connecté à GND via la prise et le cryostat est connecté à GND via une grande sangle métallique au bâtiment GND. Cela me sent comme un mauvais cas de boucle de masse.

Je pense donc que je dois briser le bouclier quelque part sur l'un des câbles. La question est où? L'électronique amplifie un signal assez petit du cryostat, donc je suppose que je veux essayer de maintenir cette connexion de blindage continue. J'allais casser le bouclier au niveau de la boîte sur le câble qui va aux ADC des ordinateurs. Est-ce une bonne idée? Ne devrais-je pas m'inquiéter si l'ordinateur GND et le cryostat GND sont à peu près connectés à la même multiprise?

Notez que l'électronique GND doit flotter à partir du châssis / bâtiment GND.

Oui, il semble que (un peu déroutant) vous ayez un problème de boucle de masse, et oui, ils peuvent avoir de l'importance, surtout lorsque vous essayez de mesurer de petits signaux analogiques. Si tous les motifs sont liés à la même bande de sortie via des cordons de ligne relativement courts, alors ce serait probablement OK. Cependant, vous dites que ce truc de cryostat (quel qu'il soit) est connecté séparément à la terre du bâtiment, ce qui n'est évidemment pas le cas et c'est pourquoi vous l'avez évoqué.

En général, il est bon de convertir les signaux analogiques en numériques le plus près possible de la source, puis de les expédier autour des signaux numériques. Celles-ci sont beaucoup plus faciles à isoler, comme via les optocoupleurs, les transformateurs d'impulsions, la radio, etc. En d'autres termes, une carte A / D à l'ancienne dans l'ordinateur n'est pas la meilleure architecture globale du point de vue du système.

Cependant, regardez attentivement la carte A / D. Très probablement, il peut être configuré pour un fonctionnement asymétrique et différentiel. C'est un cas où vous voulez des entrées différentielles. Le truc du cryostat peut produire un signal référencé à la masse, mais prend son signal de masse et de sortie comme étant différentiel. Cela soustraira essentiellement le décalage de masse du signal avant de le convertir.

Cette astuce ne fonctionnera que jusqu'à une certaine fréquence, probablement quelques kHz ou 10 secondes de kHz. Il devrait fonctionner assez bien pour soustraire tout signal de terre en raison de courants de retour de ligne électrique de 60 Hz ou 50 Hz sur les chemins de terre dans la boucle. Des pointes pointues en mode commun peuvent toujours confondre l'ampli diff dans l'A / D et apparaître comme du bruit dans la sortie finale. Cela vaut la peine d'essayer. Si ce n'est pas assez bon, revenez en arrière et convertissez-le en numérique au niveau du capteur, puis opto-isolez le signal de télémétrie numérique.

Il existe un didacticiel sur les boucles de masse et d'autres formes d'interférences électriques sur le site Web Loop Slooth .

Ce tutoriel montre que les boucles de masse se comportent différemment aux basses et hautes fréquences. Aux basses fréquences, ce qui compte, c'est la résistance des conducteurs formant la boucle de masse, mais pas la disposition physique, tandis qu'aux hautes fréquences c'est l'inverse car aux hautes fréquences ce qui compte c'est l'inductance et non la résistance. La fréquence de croisement est donnée par R / L où R est la résistance du câble et L est l'inductance de boucle.

Ces questions sont également discutées dans un article sur la revue des instruments scientifiques (également sur un lien sur le site Web).

Le tutoriel explique comment les boucles de masse résultent de la distinction entre la loi de Faraday et la loi de Kirchoff (l'électronique est basée sur la loi de Kirchoff qui n'est valable que pour DC, alors que le monde réel des courants dépendant du temps implique la loi de Faraday). Il traite également de la relation entre les boucles de masse et d'autres formes d'interférences telles que le couplage inductif, le couplage électrostatique et le couplage radiatif.

1. On pense souvent que la principale menace d'une boucle de masse est qu'il existe une différence de courant continu substantielle entre les masses (par exemple, 0 V et 0,3 V). Dans ce cas, la connexion des deux avec un fil de faible résistance peut provoquer un courant élevé et endommager l'un (ou les deux) des appareils. Cela peut être le cas si la consommation actuelle des appareils est différente de plusieurs ordres de grandeur (disons, un moteur rotatif connecté à un téléphone mobile). Cependant, cela est peu probable dans votre cas. Ainsi, la chute de courant continu ne devrait pas être un problème.

2. Les boucles de terre sont généralement un problème car elles agissent comme des transformateurs convertissant les champs magnétiques changeants (causés par le fonctionnement d'appareils à proximité tels que les fils du réseau électrique, les ampoules, les interrupteurs, les moteurs, etc.) en tension induite.

Dans un cas idéal, s'il n'y avait qu'une seule paire de fils (connectés à une source d'alimentation) proches les uns des autres partout, les boucles de courant seraient les mêmes et les CEM induits seraient les mêmes. Ainsi, la mesure de la différence de tension entre les fils en tout point produirait le même résultat que ce soit avec un champ magnétique ou non.

Cependant, dans la pratique, c'est rarement le cas, les fils ne vont pas par paires et ne vont pas toujours près les uns des autres. De cette façon, le bruit apparaît (les CEM induits dans différentes boucles sont différents).

D'un point de vue pratique, vous pouvez procéder comme suit: a) assurez-vous que tous les fils se rapprochent autant que possible (aucune grosse boucle de fils isolés n'est formée). b) s'assurer qu'il n'y a pas de sources de champ magnétique variant dans le temps (agresseurs de bruit) à proximité.

Dans votre cas, les deux appareils ont des connexions différentes à la terre (réseau principal et bâtiment), donc, probablement, une boucle géante est formée, ce qui n'est pas bon.

Le niveau de bruit réel dépendra des champs magnétiques parasites entourant votre configuration. S'il n'y a pas de sources puissantes de champ magnétique variant dans le temps dans votre laboratoire, la boucle de terre peut ne pas être un problème.

Briser un bouclier n'est peut-être pas un bon choix car:

1) cela changera l'impédance du câble, ce qui peut être gênant aux hautes fréquences.

2) Le gnd du récepteur flottera par rapport au gnd du conducteur. Tout courant parasite apparaissant sur le récepteur gnd affectera le signal.