シールドとグラウンドループ

GND（シャーシGND）に接続する必要のあるさまざまな機器があります。私が抱えている問題は、クライオスタット（金属シールド）に接続するカスタム電子機器を備えた金属ボックスを介して、コンピューター内部のADCカードを接続していることです。

問題は、標準ケーブルをそのまま使用すると、コンピュータのGNDが電子機器の金属ボックスに接続され、電子機器がクライオスタットの金属に接続されることです。これで、コンピューターはプラグを介してGNDに接続され、クライオスタットは大きな金属ストラップを介して建物のGNDにGNDに接続されます。これは、グランドループの悪いケースのようなにおいがします。

だから私はケーブルのどこかでシールドを破る必要があると考えています。質問はどこですか？電子機器がクライオスタットからのかなり小さな信号を増幅しているので、シールド接続を継続して試してみたいと思います。コンピューターのADCにつながるケーブルのボックスのシールドを破っていました。これは良い考えですか？コンピューターのGNDとクライオスタットのGNDが同じ電源タップにほとんど接続されていても心配しないでください。

電子機器のGNDは、シャーシ/建物のGNDから浮いている必要があることに注意してください。

はい、それは（少し混乱します）グラウンドループの問題があるように聞こえます、そして、はい、特に小さなアナログ信号を測定しようとするとき、それらは問題になる可能性があります。すべてのアースが比較的短いラインコードを介して同じコンセントストリップに接続されている場合は、おそらく問題ありません。ただし、このクライオスタット（それが何であれ）は建物の地面に個別に接続されていると言うので、明らかにそうではありません。

一般的に、アナログ信号をソースに可能な限り近づけてデジタルに変換してから、デジタル信号を送信するのが良いでしょう。これらは、オプトカプラー、パルストランス、ラジオなどを介して分離するのがはるかに簡単です。つまり、コンピューター内の旧式のA / Dカードは、システムレベルの観点から見ると、全体的なアーキテクチャとして最適ではありません。

ただし、A / Dカードをよく見てください。ほとんどの場合、シングルエンドおよび差動動作用に構成できます。これは、差動入力が必要な場合です。クライオスタットは、グラウンド基準信号を生成する場合がありますが、そのグラウンドと出力信号を差動と見なします。これは基本的に、信号を変換する前に信号からグランドオフセットを差し引くことになります。

このトリックは、特定の周波数、おそらく数kHzまたは数10 kHzまでしか機能しません。ループ内の接地経路を横切る60 Hzまたは50 Hzの電力線帰路電流により、接地信号を差し引くのに非常によく機能します。シャープなコモンモードスパイクは、A / Dの差動アンプを混乱させ、最終出力にノイズとして現れる可能性があります。しかし、試してみる価値はあります。それでも十分でない場合は、戻ってセンサーでデジタルに変換し、デジタルテレメトリ信号を光学的に分離します。

Loop Slooth Webサイトには、グラウンドループおよびその他の形式の電気干渉に関するチュートリアルがあります。

このチュートリアルでは、グラウンドループの動作が低周波数と高周波数で異なることを示しています。重要なのは低周波ではグランドループを形成する導体の抵抗ですが、物理的なレイアウトではありませんが、高周波では重要なのはインダクタンスではなく抵抗なので、逆になります。クロスオーバー周波数はR / Lで与えられ、Rはケーブル抵抗、Lはループインダクタンスです。

これらの問題については、Review of Scientific Instrumentsのペーパーでも説明されています（Webサイトのリンクにもあります）。

このチュートリアルでは、ファラデーの法則とキルチョフの法則の違いからグランドループがどのように発生するかについて説明します（エレクトロニクスはDCのみに有効なキルヒホフの法則に基づいていますが、時間依存の電流の実世界にはファラデーの法則が含まれます）。また、グラウンドループと、誘導結合、静電結合、放射結合などの他の形式の干渉との関係についても説明します。

1. グランドループの主な脅威は、グランド間にかなりのDC差がある（例：0Vと0.3V）と考えられています。この場合、2つを低抵抗のワイヤーで接続すると、高電流が発生し、デバイスの1つ（または両方）が損傷する可能性があります。デバイスの消費電流がそれらの間で桁違いに異なる場合（たとえば、携帯電話に接続されたロータリーエンジン）が当てはまる場合があります。ただし、これはあなたのケースではありません。したがって、DCドロップは問題になりません。

2. グランドループは、変圧磁場（送電網のワイヤー、電球、スイッチ、エンジンなどの近くのデバイスを操作することによって引き起こされる）を誘導電圧に変換する変圧器のように機能するため、通常は問題になります。

理想的なケースでは、（電源に接続された）ワイヤのペアが1か所にあり、どこでも互いに近接している場合、電流ループは同じであり、誘導EMFは同じです。したがって、任意のポイントでワイヤ間の電圧差を測定すると、磁場の有無にかかわらず同じ結果が得られます。

ただし、実際にはこれはまれなケースであり、ワイヤはペアにならず、常に互いに接近するわけではありません。このようにして、ノイズが現れます（異なるループで誘導されるEMFは異なります）。

実用的な観点からは、次のことを実行できます。a）すべてのワイヤーが可能な限り互いに接近するようにします（孤立したワイヤーの大きなループが形成されないようにします）。b）時変磁場源（ノイズアグレッサー）が近くにないことを確認します。

あなたのケースでは、2つのデバイスのアースへの接続が異なるため（主電源と建物の電源）、巨大なループが形成される可能性がありますが、これは良くありません。

実際のノイズレベルは、セットアップを取り巻く寄生磁場に依存します。実験室に時変磁場の強力な発生源がない場合、グランドループは問題ではない可能性があります。

シールドを破ることは、次の理由により、適切な選択ではない場合があります。

1）それはケーブルのインピーダンスを変化させ、高周波で厄介なことができます。

2）レシーバーのgndは、ドライバーのgndに対して相対的に浮動します。レシーバGNDに現れる迷走電流は信号に影響を与えます。