ЖУРНАЛ «СТА» №3/2006

возможности малым и чтобы они рас- полагались в пределах одного шкафа. Примером гальванически связан- ной цепи является соединение источ- ника и приёмника стандартного сиг- нала 0…5 В (рис. 17, 18). Чтобы пояс- нить, как корректно выполнить зазем- ление, рассмотрим вариант непра- вильного (рис. 17) и правильного (рис. 18) монтажа. На рис. 17 допуще- ны следующие ошибки: ● ток мощной нагрузки (двигателя по- стоянного тока) протекает по той же шине заземления, что и сигнал, соз- давая падение напряжения V Земли ; ● использовано однополярное вклю- чение приёмника сигнала, а не диф- ференциальное; ● использован модуль ввода без галь- ванической развязки цифровой и аналоговой частей, поэтому ток пи- тания цифровой части, содержащий помеху, протекает через вывод AGND и создаёт дополнительное падение напряжения помехи на сопротивле- нии R 1 . Перечисленные ошибки приводят к тому, что напряжение на входе приёмника V вх равно сумме напряже- ния сигала V вых и напряжения помехи V Земли = R 1 · ( I пит + I М ). Для устранения этого недостатка в качестве проводни- ка заземления можно использовать медную шину большого сечения, од- нако лучше выполнить заземление так, как показано на рис. 18, а именно: ● все цепи заземления соединить в од- ной точке (при этом ток помехи I М уже не протекает через сопротивле- ние R 1 ); ● проводник заземления приёмника сигнала присоединить к той же об- щей точке (при этом ток I пит уже не протекает через сопротивление R 1 , а падение напряжения на сопротив- лении проводника R 2 не складыва- ется с выходным напряжением ис- точника сигнала V вых ). Общим правилом ослабления связи через общий провод заземления явля- ется деление земель на аналоговую, цифровую, силовую и защитную с по- следующим их соединением только в одной точке. При разделении заземле- ний гальванически связанных цепей используется общий принцип: цепи заземления с большим уровнем шума должны выполняться отдельно от це- пей с малым уровнем шума, а соеди- няться они должны только в одной об- щей точке. Точек заземления может быть несколько, если топология такой цепи не приводит к появлению участ- ков «грязной» земли в контуре, вклю- чающем источник и приёмник сигна- ла, а также если в цепи заземления не образуются замкнутые контуры, при- нимающие электромагнитные помехи. Недостатком метода разделения проводников заземления является низкая эффективность на высоких частотах, когда большую роль играет взаимная индуктивность между рядом идущими проводниками заземления, которая только заменяет гальваниче- ские связи на индуктивные, не решая проблемы в целом. Большая длина проводников приво- дит также к увеличению сопротивле- ния заземления, что важно на высоких частотах. Поэтому заземление в одной точке используется на частотах до 1 МГц, свыше 10 МГц заземлять лучше в нескольких точках, а в промежуточ- ном диапазоне от 1 до 10 МГц следует использовать одноточечную схему, ес- ли наиболее длинный проводник в це- пи заземления меньше 1/20 от длины волны помехи. В противном случае ис- пользуется многоточечная схема [16]. Заземление в одной точке часто ис- пользуется в военных и космических устройствах [16]. Заземление гальванически развязанных цепей Радикальным решением описанных проблем (рис. 17 и 18) является при- менение гальванической изоляции с раздельным заземлением цифровой, аналоговой и силовой частей системы (рис. 19). Силовая часть обычно за- земляется через шину защитного за- земления. Применение гальваниче- ской изоляции позволяет разделить аналоговую и цифровую землю, а это, в свою очередь, исключает протекание по аналоговой земле токов помехи от силовой и цифровой земли. Аналоговая земля может быть со- единена с защитным заземлением че- рез сопротивление R AGND (подробнее см. разделы «,,Плавающая“ земля» и «Гальваническая развязка»). Заземление экранов сигнальных кабелей Вопросы передачи сигналов по ка- белю подробно описаны в работе [2]. Здесь мы рассмотрим только заземле- ние при передаче сигнала по витой эк- ранированной паре, поскольку этот случай наиболее типичен для систем промышленной автоматизации. Так как длина сигнального кабеля обычно составляет десятки и сотни 83 СТА 3/2006 www.cta.ru В З АПИС Н УЮ К НИЖК У ИНЖЕ Н Е РА Рис. 19. Пример радикального решения проблемы, показанной на рис. 17 и 18