Tại sao tín hiệu hiện tại được ưu tiên cho tín hiệu điện áp để truyền tương tự dài?

18

Một số cảm biến hoạt động như các nguồn hiện tại và tôi đã nhìn thấy nó nhiều lần, đặc biệt là đối với các dây rất dài ngay cả ở ngoài trời như van gió. Ví dụ, các vòng hiện tại 4-20 mA được sử dụng thay cho điện áp 0-10 V.

Điều gì có thể là lời giải thích vật lý cho điều này? Làm thế nào là hiện tại có lợi hơn?

(Tôi cũng đang tự hỏi về nhiễu EMI liệu tín hiệu vòng lặp hiện tại có miễn dịch hơn không và tại sao.)

Hãy giải thích khái niệm này bằng cách sử dụng sơ đồ mạch, nguồn điện áp với một số thành phần. Làm thế nào giao thoa chế độ phổ biến được kết hợp trong cả hai trường hợp, vv và tại sao một vòng lặp hiện tại miễn nhiễm với tiếng ồn.

CHỈNH SỬA:

Sau khi đọc câu trả lời, đây là những gì tôi hiểu (nhấp để xem sơ đồ mô phỏng và các ô tương ứng):

Tôi áp dụng nhiễu Vcm chế độ chung trong tất cả các kịch bản.

Trong hình đầu tiên, một nguồn hiện tại có trở kháng 1Giga Ohm được truyền qua cáp không cân bằng / không cân bằng và ngay cả đầu thu cũng đã kết thúc , đầu ra không bị nhiễu. (1G Ohm làm cho tiếng ồn nhỏ, Rcur này càng ít tiếng ồn ở máy thu)

Trong hình ở giữa, một nguồn điện áp được truyền qua cáp không cân bằng và đầu thu được kết thúc đơn , đầu ra rất nhiễu.

Trong hình dưới, một nguồn điện áp được truyền qua một cáp cân bằng và máy thu bị ngắt kết thúc và nhiễu chế độ chung được loại bỏ.

Là kết luận / mô phỏng của tôi chính xác để đại diện cho câu hỏi này?

voltage

— cm64
nguồn

2

Chủ yếu là chống ồn và khả năng chịu điện áp dây.

— KalleMP

1

@KalleMP "Sử dụng nhận xét để yêu cầu thêm thông tin hoặc đề xuất cải tiến. Tránh trả lời câu hỏi trong nhận xét." cũng áp dụng cho câu trả lời ngắn.

— ống

2

Một điểm quan trọng khác là 4-20mA luôn có 4mA để cấp nguồn cho cảm biến. Nó là một dây 2, cảm biến từ xa, cảm biến bị cô lập. Điều này mang lại cho nó những lợi thế về tiếng ồn khá xa so với khía cạnh vòng lặp hiện tại.

— Henry Crun

1

Một lưu ý khác là bạn có thể phát hiện khi bạn bị đứt dây với tín hiệu 4-20ma.

— MadHatter

"Kết luận / mô phỏng của tôi có đúng để đại diện cho câu hỏi này không?" Tôi nghĩ rằng ví dụ thứ 3 trông rất tốt vì CMR của bộ khuếch đại thu của bạn (gần như) hoàn hảo. Nếu CMR không tốt (thực tế hơn) thì thông số của nó sẽ tệ hơn trong ví dụ đầu tiên.

— Sữa đông

37

Trên thực tế, điều quan trọng đối với khả năng miễn dịch chống lại tiếng ồn là sức mạnh cần thiết để làm phiền người độc thân.

Tức là một tín hiệu hiện tại ở đầu vào có trở kháng gần như bằng 0 cũng tệ như tín hiệu điện áp ở đầu vào có trở kháng gần như vô hạn.

Điều cần thiết là một máy thu có trở kháng khác không cũng như không vô hạn để tín hiệu liên quan đến một số công suất .
I E

nếu thông tin được mã hóa thành điện áp, vẫn cần có dòng điện chạy vào máy thu và
nếu thông tin được mã hóa như hiện tại, vẫn cần có một số điện áp trên máy thu.

Vì vậy, cả hai trường hợp đều giống nhau, nhưng bạn chỉ cần quyết định xem tốt hơn là mã hóa tín hiệu là điện áp hay dòng điện (một sự thay thế khác sẽ được mã hóa thành nguồn điện). Đối với mục đích đo điện áp hoặc tín hiệu hiện tại là thích hợp nhất.

Một dây tốt cho tín hiệu hiện tại chỉ cần đảm bảo rằng không có dòng điện nào bị mất (hoặc được chèn), tức là lý tưởng không có rò rỉ, tức là cách ly hoàn hảo. Điều này có thể được thực hiện trong thực tế khá tốt.

Một dây tốt cho tín hiệu điện áp cần đảm bảo rằng không có điện áp bị mất, nghĩa là lý tưởng không có sụt áp, độ dẫn hoàn hảo dọc theo dây. Trừ khi bạn đang sử dụng chất siêu dẫn, điều này gần như không thể thực hiện được trong thực tế.

sơ đồ

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Trong mọi trường hợp, điện trở của máy thu phải cao hơn 0 và dưới vô cực.
Thật dễ dàng để có sức đề kháng cách ly thực tế vô hạn.
Thực tế không thể có chuỗi kháng 0.

Do đó, nếu tín hiệu phải được gửi xuống một khoảng cách dọc theo dây, tốt hơn là sử dụng tín hiệu hiện tại hơn tín hiệu điện áp.

— Đông lại
nguồn

1

Bạn nói lý do duy nhất để sử dụng vòng lặp hiện tại là bởi vì nếu chúng ta sử dụng điện áp thì sụt áp sẽ là một vấn đề khi nói đến cáp dài. Làm thế nào về EMI hoặc tiếng ồn chế độ phổ biến? Là một cái vượt trội so với cái kia nếu sử dụng cùng một cặp được bảo vệ xoắn?

— cm64

1

Nếu EMI có thể tạo ra một điện áp, nó sẽ bị biến thành dòng điện bởi trở kháng của máy thu và nó sẽ ảnh hưởng đến tín hiệu hiện tại giống như nó sẽ ảnh hưởng đến một điện áp đơn lẻ. Tất cả những gì quan trọng là sức mạnh cần thiết để tạo ra sự khác biệt.

— Sữa đông

Bạn có thể giải thích những gì bạn nói bằng cách sử dụng nguồn điện áp và nguồn hiện tại và một số điện trở cho hai hệ thống? khó để hình dung các câu cho tôi.

— cm64

Tôi nghĩ rằng việc vẽ cả hai trường hợp (nguồn hiện tại / nguồn điện áp) sẽ không giúp ích nhiều vì không có vấn đề gì nếu nguồn tín hiệu là nguồn hiện tại hoặc nguồn điện áp (nguồn Thevenin hoặc nguồn Norton) vì cả hai đều tương đương nhau. Tuy nhiên, vấn đề quan trọng là nếu tín hiệu được mã hóa thành dòng điện hoặc điện áp nếu dây không có điện trở 0.

— Sữa đông

Đó có phải là nguồn điện áp? Những điện trở vô hạn đó là gì? Tại sao quá ngầm?

— cm64

14

Hiện tại là tuyệt vời ở chỗ nó là bằng nhau ở tất cả các bộ phận của một dây dẫn. Tức là nếu bạn đang đẩy trong 15 mA từ một phía, thì phía bên kia đang nhìn thấy 15 mA ngay cả khi nó cách 200 m. Điều này rất dễ dàng để cảm nhận và làm cho việc truyền dữ liệu đáng tin cậy.

Điều này cũng không đúng với điện áp. Nếu dây dẫn của bạn có trở kháng cao và có nhiễu điện, thì tín hiệu điện áp đầu vào của bạn sẽ suy giảm và điện áp hợp lệ có thể không đến được phía bên kia.

Khả năng chống ồn xuất phát từ thực tế là các vòng hiện tại là một hệ thống trở kháng thấp. Xem ở đây tại sao điều này lại quan trọng: Tại sao các mạch trở kháng cao nhạy hơn với nhiễu?

— Makoto
nguồn

Nó sẽ miễn nhiễm với tất cả các loại nhiễu EMI hoặc nhiễu chế độ chung tốt hơn tín hiệu điện áp?

— cm64

@ cm64 xem bản chỉnh sửa của tôi

— Makoto

Dòng điện rò rỉ thông qua sự cô lập của dây dẫn phải quá nhỏ để có thể bỏ qua.

— Uwe

1

tôi vẫn không hiểu làm thế nào vòng lặp hiện tại ít miễn nhiễm với tiếng ồn

— cm64

2

@Makato nguồn liên tục hiện tại là trở kháng cao. Đây là yếu tố làm cho vòng lặp miễn nhiễm với cáp R. Máy thu có R thấp và điều này giúp nhiễu kết hợp điện dung

— Henry Crun

7

Tín hiệu hiện tại có lợi thế khác nhau trong các tình huống khác nhau, vì vậy có một số câu trả lời khác nhau.

Trong trường hợp tín hiệu tần số thấp.

Một nguồn hiện tại không đổi (người gửi) có trở kháng rất cao (và một CV có trở kháng rất thấp). Vì vậy, khi bạn đặt điện trở loạt khá cao vào, nó không có tác dụng: nguồn CC đã siêu cao, hiệu ứng nào sẽ tăng thêm vài trăm / nghìn ohms? Tương tự như vậy khi bạn ghép nhiễu vào cáp (C1,2), nguồn R cao có nghĩa là cả hai dây đi lên và xuống cùng nhau - đó là tiếng ồn chế độ phổ biến và không ảnh hưởng đến dòng điện. Trong khi đó, đầu thu có âm R. thấp, điều này làm giảm bất kỳ nhiễu kết hợp điện dung nào và rất mạnh.

Một hệ thống điện áp thì ngược lại. Nguồn nên có trở kháng rất thấp. Series R sẽ có vấn đề. Các rx cần phải có trở kháng đầu vào rất cao hoặc bạn có được một bộ chia điện áp. Nó sẽ thu được tiếng ồn điện dung, và sẽ dễ bị hư hại. Nhiễu điện dung được truyền qua RSource và bạn có được điện áp vi sai tại máy thu.

sơ đồ

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Trong trường hợp tín hiệu tần số cao (ví dụ: video)

Vòng lặp hiện tại về cơ bản có điện áp không đổi trên cả hai mặt của cáp. Do đó, điện dung trên cáp không vượt qua bất kỳ dòng điện nào và không có bất kỳ ảnh hưởng nào. Tín hiệu này miễn nhiễm với cáp C và miễn nhiễm với C được thêm vào để bảo vệ khỏi nhiễu và emi. Ít năng lượng hơn được sử dụng vì C không phải điều khiển.

— Henry Crun
nguồn

1

Điều này dễ dàng hơn nhiều để làm theo. Nhưng không nên tạo nguồn trong vòng lặp hiện tại song song với nguồn hiện tại? qph.fs.quoracdn.net/main-qimg-3fdb4e6f9d02023a7235d50600f91031

— cm64

Tôi đang cố gắng hiểu làm thế nào tiếng ồn chế độ phổ biến gần như được loại bỏ trong cấu hình vòng lặp hiện tại. Về cơ bản tập trung vào sơ đồ đầu tiên của bạn. Tôi chỉ muốn chắc chắn nếu đầu tiên là nguồn chính xác.

— cm64

1

Ngoài ra, một cấu hình cầu nối trở kháng như bạn mô tả cho tín hiệu điện áp ... có lẽ không phù hợp với những gì được nói trong một câu trả lời khác về việc sử dụng POWER để có được SNR tốt.

— rackandboneman

Đó chỉ là một ý tưởng: Rsource là một tài sản của chính I1. Đó là những gì bạn tính toán nếu bạn vẽ đường cong của I vs Rload và tính toán Rource từ độ dốc của đường. Vì tôi luôn luôn giống hệt nhau, bạn còn lại tính toán rằng Nguồn tài nguyên là vô cùng

— Henry Crun

3

Theo tôi thấy, đây là hai lý do chính để chọn các vòng lặp hiện tại trong một số trường hợp:

Bạn không quan tâm đến chiều dài / điện trở của dây. Bạn có thể thay đổi dây 3 m thành 50m, thay đổi điện trở của nó, tín hiệu sẽ giống nhau (miễn là nguồn có thể cung cấp đủ điện áp / năng lượng, tất nhiên).
Bạn có thể phát hiện thiệt hại và thất bại. Nếu bạn nhận được 0mA, hoặc cảm biến của bạn hoặc dây của bạn bị hỏng. Với các vòng điện áp không phải là dễ dàng để tìm ra.

Về EMI, nó sẽ không ảnh hưởng đến hầu hết thời gian. EMI thường có tần số cao (rất), nhanh hơn so với thay đổi tín hiệu của bạn, vì vậy bạn có thể lọc nó.

Ngoài ra, có vẻ như điều này có liên quan đến các hệ thống điều khiển khí nén cũ, trong đó phạm vi 3-15psi đã được sử dụng.

— mclopez
nguồn

1

Một điều khác cần nhớ liên quan đến tín hiệu tương tự là khả năng tích hợp giao thức truyền thông HART. HART (Đường truyền từ xa có thể định địa chỉ) là tín hiệu kỹ thuật số được phủ lên trên tín hiệu tương tự cho phép thông tin bổ sung được gửi qua cùng một hệ thống dây. Hầu hết các thiết bị công nghiệp thông minh hiện nay đều hoạt động với khả năng HART. Vì vậy, lợi ích lớn hơn nhiều so với chỉ giảm điện áp và EMI.

— Byron McNeil
nguồn