Концепт земли изм. устройства, токи через петли земли Опции

[Rockstein]

Уважаемое сообщество, помогите с выбором концепта земли для фотопреобразователя малых токов. Он состоит из блока фотодатчика,фотоусилителя, преобразователя U/F, и цифровой части. Каким образом должно выглядеть заземление всего устройства, чтобы избежать сквозных токов через разъемы земли.

Опишу места откуда приходят разные земли
1. Блок питания, он лежит минусом на земле (а точнее через празитную индукивность, если мерять на чистую землю то видны нехилые всплески)
2. Корпус и GND разьема rs232, который тянет такую же грязную землю из блока питания PC
3. Аналоговый выход фотоусилитля, который подключен к осциллоскопу и принимает от него через коакс. кабель его же землю
4. Фотодатчик (фотодиод с термостабилизацией в корпусе), к нему идет кабель питания и триаксиальный сигнальный кабель. Причем внешний экран триакса может получать землю от металлической конструкции, к которой будет прикручен фотодатчик (Можно, конечно, и изолировать, но емкостная связь будет)
(5.) Заземление на корпус (необязательно, т.к. блок питания дает землю на минусе)

Подскажите концепт как с наименьшими потерями в точности развязать эти земли. В литературе говориться, что разделять земли и делать звезду нехорошо, одна общая земля и внимательно следить за возвратными токами, избегать петель и т.д. Но в моем данном случае устройство сосотоит из одной платы и алюминиевого корпуса, причем на одной стороне разъемы для фотодатчика и аналогово выхода, а на другой все остальное (питание, DB9 штекер RS232). Поетому боюсь делать сплошную полигон земли на плате, ведь если к примеру с одной стороны земля от блока питания, а с другой аналоговый выход, подключенный к осциллоскопу то через всю плату будут течь неукратимые токи НЧ+ВЧ. Боюсь поймать это все на входе фотоусилителя. Скажу что, первый каскад в самом чувствительном диапазоне имеет 1ГОм сопротивление (точнее 100МОм и с помощью Т-образного включения еще в 10 раз увеличивает).

И все это еще осложняеться тем, что напряжение питания 24В преобразуються DC/DC в 5В для цифры и в +/-15В для аналоговой части. Потом из +/-15В через линейный регулятор обрезается до +/-12.

Опишу немного схему. Трансимпедансный первый каскад собран на AD549 с декадой сопротивлений для разных диапазонов и потом еще 10-кратное усиление вторым каскадом. 7 диапазонов, от 0.1нА/В до 100мкА/В U/F. преобразователь AD652 и АVR Atmega16 (32) для управления всем этим.

Буду благодарен за советы и идеи.

[alexkok]

Я бы сделал так:
Все "грязные земли" и земля аналогового выхода на одной стороне платы;
Вход фотодатчика и его усилитель на другой стороне;
Усилитель фотодатчика с дифференциальным выходом;
Питание усилителя фотодатчика двухступенчатое, сначала стабилизаторы/фильтры +- 15В с грязной стороны, и +- 12В на чистой стороне;
Если дифференциальный выход для внешнего приемника сигнала неприемлем, то преобразователь дифф сигнала в однополярный на грязной стороне платы.

Причина редактирования: Излишнее цитирование

[Rockstein]

А что можно предпринять против заземления фотодатчика извне

[Tanya]

А что можно предпринять против заземления фотодатчика извне

Есть еще такой способ. Ставится ОУ - повторитель "земли". Его выход - на землю осциллографа. Фактически - дифференциальный выход получается.
А почему у Вас датчик через кабель к усилителю, а не сначала на усилитель, а потом кабель? Низкочастотная схема?
Последовательный выход можно развязать оптикой или спец. изделиями от AD.
Лучше бы Вы схему нарисовали...

[Rockstein]

Есть еще такой способ. Ставится ОУ - повторитель "земли". Его выход - на землю осциллографа. Фактически - дифференциальный выход получается.

А что делать с температурным дрейфом и относительно высокоимпедантным (10кГц-100кГц) выходом ОУ (по сравнению со сплошной землей). Небольшой ток по земле через кабель осциллоскопа будет двигать выход ОУ еще больше чем сплошную землю (поправте пожалуйста, если ошибаюсь)

А почему у Вас датчик через кабель к усилителю, а не сначала на усилитель, а потом кабель? Низкочастотная схема?

Это было бы оптимальное решение, но из-за размеров данчика это невозможно. Туда просто не влезет печатная плата, да и к тому же она должна быть круглой 30мм в диаметре, плюс фотодатчик уже имеется, а на новая разработка не выгодна. Компромис, небольшая длина кабеля 3 метра. И режим фотодиода, где течет фототок на низкоимпедансный вход.

Последовательный выход можно развязать оптикой или спец. изделиями от AD.

Согласен, но не имеет смысла, так как нужна не защита входов а развязка с землей. Просто оптику надо питать, и для большой скорости LED оптрона очень даже прожерлива и создает очень нехорошие токи, которые загрязнят землю. Землю то к ним нужно так или так подводить, если я вас правильно понимаю. Решение через емкость или трансформатор слишком экзотическое да и так же требует питания.

Лучше бы Вы схему нарисовали...

Вот, прошу строго не судить... очень быстро накалякал, но думаю что из этого будет ясно



Не смог прикрепить прикреплялкой с этого форума, она у меня глючит, после загрузки пишет ноль файлов загружено. Так что пришлось выложить так

Сделал бы так -
1. Датчик с усилителем и фильтрами питания в одной фрезерованной коробке, корпус гальванически отвязан от шасси , полярность выхода или дифф экспериментально.
2. Блок питания на шасси со всей прочей требухой - от него идёт компорт (через оптику) , проводок к блоку 1 , выход на контроль (осцилограф) итд.

Конечно, это идеальный вариант, во фрезерованой коробке, но так как планирую до 20 штук таких вот приборов, фрезерование дорого. Надо обойтись обычной коробкой экранирования из луженной жести с крышкой. На одну сторону платы и на другую. А что даст гальваническая отвязка аналогового экрана, он будет летать в воздухе по отношению к общему корпусу, хотя думаю небольшая емкостная связь с корпусом быть должна.
Да и нельзя ее повесить в воздухе, так как кабель фотодатчика и сам фотодатчик экранируються потенциалом этой коробки. (если ошибаюсь, поправте)

На счет выхода, думаю что дифф выход не прокатит, так как очень неудобно, нужно BNC и желательно чтобы масса BNC на корпусе. И на сколько это страшно, если один дифф выход на жилу, а другой на массу BNC? Если BNC будет заземлен извне? Не ухудшит ли это ситуацию?

Что вы подразумеваете под "полярность выхода". Неужели если выход не положительным будет по отношению к массе а отрецательным, то это что-то даст? Слышал что у ОУ, у тех которые смещение через -V компенсируют, нужно очень хорошо это -V развязывать через конденсаторы на землю. А +V можно не так хорошо.