Co to jest hałas „trybu wspólnego”?

Czy ktoś może wyjaśnić, czym jest hałas „w trybie wspólnym” i jak może być problematyczny?

Ogólnie rozumiem „hałas” na sygnale. Jeśli mam „hałaśliwą” szynę + 5 V na płytce drukowanej, nie otrzymam stałej wartości +5, odbije się ona powyżej i poniżej tej wartości nominalnej ... ... ale nadal będzie względna do obwodu COM .

Moje bardzo niejasne rozumienie hałasu w „trybie wspólnym” jest takie, że obie strony różnią się jednakowo między sobą . (W tym miejscu moje zrozumienie się psuje) To znaczy, para się podskakuje w stosunku do ... ... do czego? Uziemienia?

Co to jest hałas w trybie wspólnym?

Praktycznie wszystkie układy scalone (i ogólnie obwody) mają piny o nazwie „ziemia” lub „GND”, lub w arkuszu danych podano takie rzeczy, jak „podłącz VSS do ziemi”.

Podczas przesyłania danych „na dużą odległość”, przewody działają jak anteny i mogą z łatwością wychwytywać kilka woltów szumu, a także emitować szumy. Na przykład styk wyjściowy na chipie w jednym urządzeniu może przesyłać „0” jako około 0,5 V i przesyłać bit „1” jako około 2,5 wolta, mierzony w stosunku do styku uziemienia tego samego układu „sterownika linii” .

W odległej lokalizacji drugi koniec drutu jest często podłączony do pinu w układzie „odbiornika linii”. Z powodu szumów napięcie na tym styku wejściowym, mierzone w stosunku do styku uziemienia tego samego odbiornika linii, może często znajdować się w dowolnym zakresie w zakresie od -1,5 V do +2,5 V, gdy nadajnik próbuje wysłać „0”, i gdziekolwiek w zakresie od 0,5 V do 4,5 V, gdy nadajnik próbuje wysłać „1”.

Skąd więc odbiornik może wiedzieć, czy nadajnik próbuje wysłać 1 czy 0, kiedy otrzymuje napięcie takie jak 0,9 lub 2,2?

Z tego powodu dane przesyłane na duże odległości są często wysyłane przy użyciu sygnalizacji różnicowej w parze zrównoważonej , często skrętce . W szczególności kable USB, CANbus i MIDI zawierają pojedynczą skrętkę dla danych; Telefony „2-liniowe” i FireWire wykorzystują dwie skręcone pary; Kable Ethernet CAT5e obejmują cztery skręcone pary; inne systemy wykorzystują jeszcze więcej par. Często (ale nie zawsze) w tym samym pakiecie kabli znajduje się inny „przewód uziemiający”.

Jeden z tych drutów oznaczamy „plus” lub „dodatni” lub „+” lub „p”, a drugi przewód „minus” lub „-” lub „ujemny” lub „n”. Kiedy więc chcę przesłać sygnał „CLK” i „MOSI” z jednego miejsca do drugiego, mój kabel ma 4 przewody oznaczone pCLK, nCLK, pMOSI, nMOSI.

Napięcie wspólne CLK jest średnią z dwóch przewodów (CLK, nCLK PCLK +) / 2, mierzone w odbiorniku - w stosunku do sworznia GND tego odbiornika.

Napięcie w trybie wspólnym MOSI to średnia z dwóch przewodów MOSI (pMOSI + nMOSI) / 2, mierzona na odbiorniku - względem styku GND tego odbiornika.

Ludzie, którzy projektują sterowniki linii, próbują zmusić ich do ciągnięcia linii „p” tak samo, jak jednocześnie zejście linii „n” i odwrotnie, więc średnie napięcie (mierzone u kierowcy) jest stałe - - w tym przykładzie średnia u kierowcy wynosi stała 1,5 V. (Niestety, nigdy nie odnoszą one pełnego sukcesu).

Gdyby nie było szumu, napięcie w trybie wspólnym również byłoby takie samo, jak wartość stała - ale niestety tak nie jest.

Ilekroć dane są przesyłane z sygnalizacją różnicową, różnica między bezszumowym napięciem w trybie wspólnym a rzeczywistym napięciem w trybie wspólnym jest całkowicie spowodowana przez szum. Różnica ta nazywana jest szumem w trybie wspólnym.

Istnieją 3 główne przyczyny hałasu w trybie wspólnym:

• Wiele par różnicowych jest napędzanych w sposób, który nie przełącza przewodów „+” i „-” dokładnie w tym samym czasie, ani przez dokładnie to samo napięcie, lub być może niewielkie ilości hałasu na szynie zasilającej kierowcy linii, przecieka tylko na Przewód „+”, a nie przewód „-”, powodujący hałas w trybie wspólnym. ( Dławik ferrytowy na końcu kabla „napędzającego” jest powszechnie używany do redukcji szumów z tego źródła w trybie wspólnym).
• Inne przewody w wiązce kabli mogą wyciekać więcej energii do jednego drutu z pary niż do drugiego - zazwyczaj przez połączenie pojemnościowe. (Skręcanie każdej pary inną liczbę skrętów na długość jest zwykle stosowane w celu zmniejszenia szumu w trybie wspólnym z tego źródła).
• Zakłócenia zewnętrzne - często poprzez sprzężenie indukcyjne.

jak hałas w trybie wspólnym może być problematyczny?

Ludzie próbują zaprojektować odbiorniki liniowe, aby odrzucały szumy w trybie wspólnym. (Niestety, nigdy nie odnoszą one pełnego sukcesu). Ale nawet w systemie, który wykorzystuje sygnalizację różnicową z takimi odbiornikami linii, szum w trybie wspólnym może nadal stanowić problem:

• Długie przewody komunikacyjne działają jak anteny. Jeśli sterownik linii przesyła zbyt dużo szumów w trybie wspólnym w dół przewodów, powoduje to zakłócenia częstotliwości radiowych z innymi urządzeniami i powoduje, że system nie przejdzie testów FCC lub CE, lub obu, pod kątem kompatybilności elektromagnetycznej (EMC).

• Niektóre szumy w trybie wspólnym przeciekają przez odbiornik linii - współczynnik odrzucenia w trybie wspólnym nie jest nieskończony. Jest to duży problem z sygnałami analogowymi; zwykle nie stanowi problemu z cyfrowymi zerami i zerami.

• Większość układów scalonych nie działa poprawnie, gdy którykolwiek styk jest zbyt mocno wciśnięty lub dwa niskie napięcie jest niższe niż 0,6 V poniżej styku GND i wyższe niż 0,6 V powyżej styku zasilania zwykle powoduje problemy. Ponieważ hałas w trybie wspólnym może z łatwością przesunąć sygnał „+” lub „-” lub oba poza ten zakres, obwody odbiornika linii muszą albo podłączyć przewody do specjalnych układów scalonych (takich jak „Transceiver RS-485 Extended Common-Mode” „), które mogą obsługiwać takie wycieczki; lub podłącz przewody do jakiegoś niezintegrowanego elementu obwodu, który chroni układy scalone przed takimi skokami - takich jak optoizolatory używane w MIDI lub transformatory używane w Ethernet.

$(V_+ + V_-)/2$

$V_+ - V_-)$

Jednym szczególnym przykładem podkreślającym różnicę jest pro audio, które przesyła sygnały za pomocą skrętki ze złączami XLR, w porównaniu do zwykłego audio, które wykorzystuje przekazywanie sygnału pojedynczego końca.

Nawet hałas w trybie wspólnym jest problematyczny, jeśli nie masz wysokiego współczynnika odrzucania w trybie wspólnym. Na przykład, jeśli zbudujesz „typowy” wzmacniacz różnicowy z jednym wzmacniaczem operacyjnym ze słabo tolerowanymi (tj. Większość) rezystorami, współczynnik odrzucenia w trybie wspólnym będzie słaby.

Wróćmy więc do „dlaczego jest to problematyczne”? - jest mniej problematyczny niż szum różnicowy, ale niekoniecznie magiczna technika usuwania sygnałów z szumów, szczególnie jeśli sprzęt nie jest zbudowany w celu optymalnego tłumienia sygnałów w trybie wspólnym.

Prawidłowo, oba odbijają się wokół Ziemi lub jakkolwiek nazywasz swoje odniesienie 0 V. Wyobraź to sobie jak sprężynę baterii - napięcie baterii pozostaje stałe, ale sama bateria leci wszędzie. Tak, wiem, to zła analogia !!!

Zazwyczaj szum w trybie wspólnym odnosi się do obu drutów pary różnicowej odbijających się w stosunku do zasilania urządzenia, które pobiera z nich dane wejściowe. To, czy odbicie jest mierzone w stosunku do szyny ujemnej, szyny dodatniej, czy jakiegoś punktu pomiędzy, nie ma na ogół większego znaczenia, ponieważ w przypadkach, w których hałas w trybie wspólnym ma znaczenie, często jest to rząd wielkości bardziej znaczący niż szum zasilacza.

Jeśli wejście do urządzenia ma np. 0,1 V szumu w trybie wspólnym w stosunku do szyny ujemnej, a urządzenie ma 10 mV szumu na zasilaczu, to bez względu na to, jaki punkt odniesienia zasilacza wybierzesz, szum w trybie wspólnym będzie być gdzieś pomiędzy 0,09 a 0,11 wolta. Jeśli 0,1 V szumu w trybie wspólnym nie stanowiłby problemu, prawdopodobnie 0,11 też nie; jeśli problem stanowiłby 0,1 wolta, prawdopodobnie również 0,09.

Hałas w trybie wspólnym występuje między trzema fazami lub neutralnym a uziemieniem, podczas gdy szum w trybie normalnym występuje między trójfazowymi przewodami pod napięciem. Więcej informacji można znaleźć w książce jakości energii autorstwa Dugana i Marka i in.

Dr Nasrullah Khan