Виды заземлений
Одним из путей ослабления вредного влияния цепей заземления на СА является раздельное выполнение заземлений для устройств, имеющих разную чувствительность к помехам или являющихся источниками помех разной мощности. Этот позволяет выполнить их соединение с защитной землей в одной точке. При этом заземляющие проводники разных систем земель являются лучами звезды с центром в контакте с шиной защитного заземления здания. Благодаря такой топологии помехи грязной земли не протекают по проводникам чистой земли. Таким образом, несмотря на то что системы заземления разделены и имеют разные названия, в конечном счете все они соединены с Землей через систему защитного заземления. Исключение составляет только плавающая земля.
Силовое заземление. В СА могут использоваться э-м реле, микромощные серводвигатели, э-м клапаны и другие устройства, ток потребления которых существенно превышает ток потребления средств в-в и контроллеров. Цепи питания таких устройств выполняют отдельной парой свитых проводов (для уменьшения излучаемых помех), один из которых соединяется с шиной защитного заземления. Общий провод системы (обычно подключенный к отрицательному выводу источника питания) является силовой землей.
Аналоговая и цифровая земля. Системы ПА являются аналого-цифровыми. Поэтому одним из источников погрешностей аналоговой части является помеха, создаваемая цифровой частью системы. Для исключения прохождения помех через цепи заземления цифровую и аналоговую землю выполняют в виде несвязанных проводников, соединенных вместе только в одной общей точке. Для этого модули в-в и контроллеры имеют отдельные выводы аналоговой земли (AGND) и цифровой земли (DGND).
«Плавающая» земля. Образуется если общий провод небольшой части системы электрически не соединяется с шиной защитного заземления (т.е. с землей). Типовые примеры: батарейные измерительные приборы, системы автоматики автомобиля, самолета или космического корабля. Плавающая земля может быть получена и с помощью DC-DC или AC-DC-преобразователей, если вывод вторичного источника питания в них не заземлен. Это позволяет полностью исключить кондуктивные наводки через общий провод заземления. Кроме того, допустимое напряжение синфазного сигнала может достигать 300 В и более; практически 100%-ным становится подавление синфазного сигнала, снижается влияние емкостных помех. Однако на высоких частотах токи через емкость на землю существенно снижают последние 2 достоинства.
Е
Рис.3.16.
Пример плавающей
земли AGND
Пример образования плавающей земли показан на рис.ххх1.16. Вывод AGND модуля ввода сигналов термопар не соединен с землей. Аналоговая часть модуля имеет эквивалентную емкость на землю, которая включает в себя емкость входных цепей на землю, емкость проводников печатной платы на землю, проходную емкость DC-DC-преобразователя и оптронов гальванической развязки. Величина этой емкости может составлять около 100 пФ и более. Поскольку воздух и другие диэлектрики, с которыми контактирует емкость, имеют не бесконечное электрическое сопротивление, то емкость может медленно, в течение минут или часов, зарядиться током утечки (рис.1.16) до потенциала электризованных тел, высоковольтных источников питания или потенциала, связанного с атмосферным электричеством (п. ххх3.1.3, 3.1.4).
Потенциал на плавающей земле может превысить напряжение пробоя изоляции оптронов и вывести систему из строя.
В качестве защитных мер рекомендуется соединить плавающую часть с землей через сопротивление от десятков КОм до единиц МОм. Второй способ - применение батарейного питания одновременно с передачей информации через оптический кабель.
Плавающая земля чаще всего используется в технике измерений малых сигналов и реже - в ПА.