4. Источники внутренних помех в проводных каналах передачи сигналов

Помехи могут передаваться от источника помехи к ее приемнику через паразитные (т.е. нежелательные) связи: кондуктивные, емкостные и индуктивные.

Паразитные воздействия помех на процесс передачи сигнала в системах ПА делят на группы:

• воздействия через кондуктивные связи;

• влияние неэквипотенциальности земли;

• наводки через взаимную индуктивность;

• наводки через емкостные связи;

• высокочастотные электромагнитные наводки.

Канал передачи электрических и информационных сигналов по проводам состоит из:

• источника сигнала;

• линии связи;

• приемника сигнала.

Выбор этих компонентов существенно влияет на помехозащищенность канала. Далее приведены идеализированные модели источников и приемников сигнала, позволяющие понять их основные свойства.

1. Источники сигнала

Источники сигнала (например, датчики и измерительные преобразователи, передатчики физических интерфейсов, выходные каскады модулей вывода и др.) могут быть заземленными (рис. 3.17,а), незаземленными (рис. 3.17,б) и балансными (парафазными) (рис. 3.17,в, г).

Рис.ххх1.17. Источники напряжения сигнала: а - заземленный; б - плавающий; в, г - балансный

Рис. ххх 1.18. Осциллограммы напряжений на выходах балансного источника напряжения

Незаземленный (плавающий) источник напряжения (сигнала) – генерирует сигнал в виде разности потенциалов между выводами источника (V_Д) (рис.ххх1.17,б. Потенциал выводов относительно земли V_С является паразитным (синфазной помехой), поскольку не участвует в передаче информации от источника в линию связи. Получить плавающий источник в СА достаточно сложно, поскольку сам принцип построения датчика или схемы преобразования измеряемой ФВ в напряжение часто не позволяют этого сделать. Поэтому плавающие источники конструктивно и схемотехнически часто сложнее, чем заземленные. Примеры: аккумуляторы, источники сигнала с батарейным питанием, термопары, трансформаторы, изолированные ОУ, изолирующие DC-DC преобразователи

Заземленный источник напряжения - один из выводов заземлен (рис.ххх 1.17,а), и напряжение 2-ого вывода измеряется относительно земли. Может быть получен из плавающего, если один из его выводов заземлить.

Балансный источник напряжения (рис. ххх1.17,в,г) является комбинацией 2-х источников напряжения, работающих синхронно. Сигналы источников симметричны (сбалансированы) относительно некоторого уровня напряжения (рис.ххх 1.18): если на выходе одного источника высокий уровень, то на другом - низкий, и наоборот. Размах напряжения между клеммами источника равен удвоенной разности напряжений U_Д = е₁ – e₂. Синфазное напряжение V_С = (e₁ + е₂)/2.

Балансный источник напряжения можно представить эквивалентной цепью, показанной на рис. ххх3.17,г, где е_Д = е₁ – e₂, е_С = (e₁ + е₂)/2. Эта цепь более наглядно показывает смысл термина балансный источник: напряжения на его клеммах симметричны относительно напряжения источника е_С. Пример: выходные каскады передатчиков интерфейса RS-485.

Источники сигнала могут быть не только источниками напряжения, но и источниками тока (рис. ххх 3.19), которые также могут быть заземленными или плавающими. Балансный источник тока, в котором токи обоих выводов равны и противоположно направлены (рис. хх1.19,в) полностью эквивалентен незаземленному источнику (рис.хх1.19,б), поскольку разность одинаковых токов равна нулю. Примеры источников тока: источники стандартного сигнала 0...20 мА, 4...20 мА, источники тока интерфейсов токовая петля и HART.

Рис. 1.19. Источники тока: а - заземленный; б - плавающий; в - балансный

Рис. 1.20. Источник сигнала с переключением ток/напряжение (например, CAN-интерфейс)

Особо следует отметить источник сигнала интерфейса CAN, который в режиме передачи доминантного состояния (логической единицы) является балансным источником напряжения, а при передаче рецессивного состояния (логического нуля) является источником тока нулевой величины. Модель источника содержит ключи (рис. хх 1.20) для переключения между режимами источника напряжение и тока. Для обнаружения нулевого тока в такой цепи принципиально необходимо наличие сопротивления R_И в противном случае при размыкании ключа напряжение между клеммами источника становится неопределенным.