ทำไมสัญญาณปัจจุบันถึงเป็นที่ต้องการของสัญญาณแรงดันสำหรับการส่งสัญญาณอะนาล็อกยาว?

เซ็นเซอร์บางตัวทำหน้าที่เหมือนแหล่งกำเนิดในปัจจุบันและฉันเคยเห็นมาแล้วหลายครั้งโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับสายไฟที่ยาวมากแม้ในที่กลางแจ้งเหมือนกังหันลม กระแสลูป 4-20 mA ใช้แทนแรงดันไฟฟ้า 0-10 V

อะไรคือคำอธิบายทางกายภาพสำหรับสิ่งนี้ ปัจจุบันมีประโยชน์มากขึ้นอย่างไร

(ฉันยังสงสัยในแง่ของการรบกวน EMI ว่าสัญญาณลูปปัจจุบันมีภูมิคุ้มกันมากกว่าหรือไม่และทำไม)

โปรดอธิบายแนวคิดนี้โดยใช้แผนภาพวงจรแหล่งกระแสไฟฟ้าแรงดันพร้อมส่วนประกอบบางอย่าง การรบกวนของโหมดทั่วไปมีการเชื่อมโยงกันในทั้งสองกรณี ฯลฯ และทำไมลูปปัจจุบันจึงมีภูมิคุ้มกันต่อเสียงรบกวน

แก้ไข:

หลังจากอ่านคำตอบนี่คือสิ่งที่ฉันเข้าใจ (คลิกเพื่อดูแผนภาพจำลองและแปลงที่เกี่ยวข้อง):

ฉันใช้การรบกวน Vcm โหมดทั่วไปในทุกสถานการณ์

ในรูปด้านบนเป็นครั้งแรกที่มาในปัจจุบันที่มีความต้านทานโอห์ม 1Giga จะถูกส่งผ่านไม่สมดุล / inbalancedเคเบิลและแม้แต่ผู้รับเดียวจบออกเป็นภูมิคุ้มกันเพื่อเสียง (1G โอห์มทำให้เสียงเล็กลงยิ่ง Rcur ตัวนี้ยิ่งส่งเสียงน้อยลง)

ในรูปตรงกลางแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าจะถูกส่งผ่านสายเคเบิลที่ไม่สมดุลและตัวรับสัญญาณสิ้นสุดลงเพียงครั้งเดียวเอาต์พุตนั้นมีเสียงดังมาก

ในรูปด้านล่างแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าจะถูกส่งผ่านสายเคเบิลที่สมดุลและตัวรับสัญญาณเป็นแบบดิฟเฟอเรนต์และเสียงรบกวนในโหมดทั่วไปจะถูกกำจัด

บทสรุป / การจำลองของฉันถูกต้องเพื่อเป็นตัวแทนของคำถามนี้หรือไม่?

ที่จริงแล้วสิ่งที่สำคัญสำหรับการสร้างภูมิคุ้มกันต่อเสียงนั้นคือพลังที่จำเป็นในการรบกวนสัญญาณเดี่ยว

เช่นสัญญาณปัจจุบันที่อินพุตที่มีอิมพีแดนซ์เกือบเป็นศูนย์นั้นแย่พอ ๆ กับสัญญาณแรงดันที่อินพุทที่มีอิมพีแดนซ์เกือบไม่ จำกัด

สิ่งที่ต้องการคือรับด้วยไม่ใช่ศูนย์เช่นเดียวกับความต้านทานไม่ใช่ไม่มีที่สิ้นสุดเพื่อให้สัญญาณที่เกี่ยวข้องกับบางอำนาจ
กล่าวคือ

• หากข้อมูลถูกเข้ารหัสเป็นแรงดันไฟฟ้าก็ควรมีกระแสไหลเข้าสู่ตัวรับและ
• หากข้อมูลถูกเข้ารหัสเป็นปัจจุบันก็ควรจะมีแรงดันไฟฟ้าบางส่วนผ่านตัวรับสัญญาณ

ดังนั้นทั้งสองกรณีมีความคล้ายคลึงกัน แต่คุณเพิ่งตัดสินใจว่าจะดีกว่าในการเขียนรหัสสัญญาณเป็นแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้า (ทางเลือกอื่นจะถูกเข้ารหัสเป็นพลังงาน) สำหรับวัตถุประสงค์ในการวัดแรงดันไฟฟ้าหรือสัญญาณปัจจุบันนั้นเหมาะสมที่สุด

สายไฟที่ดีสำหรับสัญญาณปัจจุบันเพียงแค่ต้องการให้แน่ใจว่าไม่มีกระแสไฟฟ้าที่หายไป (หรือเสียบ) เช่นไม่มีการรั่วไหลนั่นคือการแยกที่สมบูรณ์แบบ ซึ่งสามารถทำได้ในทางปฏิบัติค่อนข้างดี

สายไฟที่ดีสำหรับสัญญาณแรงดันไฟฟ้าจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่มีแรงดันไฟฟ้าสูญหายเช่นในอุดมคติไม่มีแรงดันตกคร่อมตัวนำไฟฟ้าที่สมบูรณ์แบบตามแนวลวด นอกจากว่าคุณกำลังใช้ตัวนำยิ่งยวดสิ่งนี้แทบจะเป็นไปไม่ได้ที่จะทำให้สำเร็จในทางปฏิบัติ

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

ในกรณีใด ๆ ความต้านทานของตัวรับสัญญาณควรจะสูงกว่า 0 และต่ำกว่าอนันต์
เป็นเรื่องง่ายที่จะมีความต้านทานต่อการแยกไม่สิ้นสุดในทางปฏิบัติ
เป็นไปไม่ได้ที่จะมีการต่อต้านอนุกรม 0

ดังนั้นหากจะต้องส่งสัญญาณลงไปตามระยะทางที่ลวดจะเป็นการดีกว่าที่จะใช้สัญญาณปัจจุบันมากกว่าสัญญาณแรงดันไฟฟ้า

กระแสดีมากในทุกส่วนของตัวนำ คือถ้าคุณกำลังผลักดันใน 15 mA จากด้านหนึ่งด้านอื่น ๆ จะเห็น 15 mA แม้ว่าจะอยู่ห่างออกไป 200 เมตร ง่ายต่อการรับรู้และทำให้การส่งข้อมูลมีความน่าเชื่อถือ

แรงดันไฟฟ้าไม่เหมือนกัน หากตัวนำของคุณมีความต้านทานสูงและมีการรบกวนทางไฟฟ้าสัญญาณแรงดันไฟฟ้าขาเข้าของคุณจะลดลงและแรงดันไฟฟ้าที่ถูกต้องอาจไม่ถึงด้านอื่น ๆ

ภูมิคุ้มกันเสียงรบกวนมาจากการที่ลูปปัจจุบันเป็นระบบอิมพีแดนซ์ต่ำ ดูที่นี่ทำไมเรื่องนี้: ทำไมวงจรความต้านทานสูงจึงมีความไวต่อสัญญาณรบกวนมากกว่า

การส่งสัญญาณในปัจจุบันมีข้อได้เปรียบที่แตกต่างกันในสถานการณ์ที่แตกต่างกันดังนั้นจึงมีคำตอบที่แตกต่างกัน

ในกรณีของสัญญาณความถี่ต่ำ

แหล่งจ่ายกระแสคงที่ (ผู้ส่ง) มีความต้านทานสูงมาก (และ CV หนึ่งมีความต้านทานต่ำมาก) ดังนั้นเมื่อคุณใส่ความต้านทานแบบอนุกรมที่ค่อนข้างสูงเข้ามามันจะไม่มีผลกระทบ: แหล่งกำเนิด CC นั้นสูงมากแล้วจะมีผลเพิ่มขึ้นกี่แสน / หมื่นโอห์ม ในทำนองเดียวกันเมื่อคุณจับคู่สัญญาณรบกวนเข้ากับสายเคเบิล (C1,2) แหล่งกำเนิดแสงสูง R หมายความว่าสายไฟทั้งคู่ขึ้นและลงด้วยกัน - เป็นเสียงรบกวนจากโหมดทั่วไปและไม่มีผลกระทบต่อกระแสไฟฟ้า ในขณะที่จุดสิ้นสุดการรับมีค่าอาร์ต่ำซึ่งจะทำให้เสียงคู่ใด ๆ มีความจุน้อยลงและมีความทนทาน

ระบบแรงดันไฟฟ้าอยู่ตรงกันข้าม แหล่งที่มาควรมีความต้านทานต่ำมาก Series R กำลังจะมีความหมาย rx จำเป็นต้องมีอิมพิแดนซ์อินพุตสูงมากหรือคุณได้รับตัวแบ่งแรงดัน มันจะส่งเสียงดังปิ๊กอย่างมีความจุและจะเกิดความเสียหายได้ เสียงที่ถูกฉีดเข้าอย่างต่อเนื่องผ่าน RSource และคุณจะได้รับแรงดันไฟฟ้าต่างกันที่เครื่องรับ

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

ในกรณีของสัญญาณความถี่สูง (เช่นวิดีโอ)

ห่วงปัจจุบันมีแรงดันคงที่โดยทั่วไปทั้งสองด้านของสายเคเบิล ดังนั้นความจุของสายเคเบิลจึงไม่ผ่านกระแสใด ๆ และไม่มีผลกระทบใด ๆ สัญญาณนั้นมีภูมิคุ้มกันต่อสาย C และมีภูมิคุ้มกันต่อการเพิ่ม C เพื่อป้องกันเสียงรบกวนและอีเอ็มไอ ใช้พลังงานน้อยกว่ามากเนื่องจาก C ไม่จำเป็นต้องขับเคลื่อน

เท่าที่ฉันกังวลเหล่านี้เป็นสองเหตุผลหลักสำหรับการเลือกลูปปัจจุบันในหลายกรณี:

• คุณไม่สนใจเกี่ยวกับความยาว / ความต้านทานของสายไฟ คุณสามารถเปลี่ยนลวด 3m เป็น 50 เมตรได้โดยเปลี่ยนความต้านทานสัญญาณจะเหมือนเดิม (ตราบใดที่แหล่งกำเนิดนั้นสามารถส่งแรงดัน / กำลังไฟได้เพียงพอ)
• คุณสามารถตรวจสอบความเสียหายและความล้มเหลว หากคุณได้รับ 0mA เซ็นเซอร์ของคุณหรือลวดของคุณขาด ด้วยแรงดันลูปนั้นไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะคิดออก

เกี่ยวกับ EMI นั้นจะไม่ส่งผลกระทบต่อเวลาส่วนใหญ่ EMI มักจะมีความถี่สูงมากเร็วกว่าสัญญาณของคุณเปลี่ยนดังนั้นคุณสามารถกรองได้

ดูเหมือนว่ามันจะเกี่ยวข้องกับระบบควบคุมลมแบบเก่าที่ใช้ช่วง 3-15 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว

สิ่งอื่นที่ต้องจำเกี่ยวกับสัญญาณอะนาล็อกคือความสามารถในการรวมโปรโตคอลการสื่อสารแบบ HART HART (เครื่องส่งสัญญาณระยะไกลสำหรับทางหลวงที่กำหนดแอดเดรสได้) เป็นสัญญาณดิจิตอลซึ่งวางอยู่ด้านบนของสัญญาณอะนาล็อกเพื่อให้สามารถส่งข้อมูลเพิ่มเติมผ่านสายไฟเดียวกันได้ เครื่องมืออุตสาหกรรมอัจฉริยะส่วนใหญ่ในปัจจุบันทำงานด้วยความสามารถของ HART ดังนั้นประโยชน์ที่ได้นั้นยิ่งใหญ่ไปกว่าเพียงแค่แรงดันตกคร่อมและ EMI