Algunas preguntas sobre el ruido de la fuente de alimentación y el cableado del transductor

Se utiliza una fuente de alimentación SMPS de 24 V para crear una fuente bipolar de +/-12 V. Este suministro bipolar luego alimenta este transductor de acelerómetro que convierte pequeñas vibraciones mecánicas en voltajes amplificados.

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El circuito en la parte superior es el suministro bipolar discreto. Hice la interfaz del convertidor biploar soldando los componentes discretos en una placa de tiras. El circuito inferior representa el transductor y es solo un modelo teórico simplista del transductor. Como no conozco el circuito interno, y dado que la hoja de datos habla sobre el voltaje de excitación, decidí modelar este transductor como un puente de Wheatstone y un amplificador diferencial con ganancia.

Mi preocupación era el ruido proveniente de la fuente de alimentación de 24 V y los cables del convertidor bipolar; y estaba pensando que esto podría ser un problema para la salida. Así que agregué una fuente de ruido a la fuente de alimentación para ver los efectos en la simulación.

Como ven, el ruido se puede ver entre los rieles biploar en la primera parcela. En la segunda trama, todavía se puede ver ruido en cada terminal de salida del puente de Wheatstone. Pero a la salida el ruido desaparece.

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Tengo dos preguntas. uno es teórico otro es práctico:

1) Llegué a la conclusión de que el ruido relacionado con la fuente de alimentación no debería ser un problema porque el comportamiento diferencial del puente de Wheatstone hace que este ruido parezca de modo común en los terminales de entrada del amplificador con extremo diferencial. ¿Es mi modelo para el ruido de la fuente de alimentación y la conclusión es correcta? Escuché que algunos usan baterías para obtener voltajes limpios de +/-12V para las señales de suministro, pero en este caso no veo ningún beneficio.

2) Esta fuente bipolar alimenta cuatro de estos transductores. Hice una caja que incluye todas las entradas y salidas, la fuente de alimentación y los extremos del blindaje del cable, etc. Todos los escudos van a tierra en el extremo de la caja. Los cuatro transductores están a unos 30 metros de distancia de esta caja mediante cables FTP CAT6. Las salidas van a un dispositivo ADC de muy alta impedancia de entrada (como un dispositivo de adquisición de datos). Por el momento la SNR para las señales de salida no es un problema. Pero ahora necesito cables de un máximo de 300 metros de largo a una temperatura mínima de -20 °C. Sé que la mejor manera es probar, pero quería saber si hay un problema fundamental con la práctica.

Respuestas (1)

Su tierra CM tiene una impedancia de salida de 5 ~ 10 ohmios con el sensor de ~ 1 K, pero la corriente de carga para el acelerómetro MEM "puede" ser bastante constante. (verificar) De lo contrario, la regulación de carga del suministro puede afectar el nivel de ruido, si es importante.

CMRR depende de la frecuencia de la interferencia y la relación de impedancia de la carga a la fuente para la atenuación de CM y el cable balanceado y la ayuda de impedancia Diff. Los estranguladores de ferrita y las tapas de derivación ayudarán con la interferencia AM/SW en cables largos. (Efectos de antena AM).

¿Se necesita una compensación de CC para la gravedad? ¿O es solo para vibración estructural?

Divisor de riel de precisión alternativo

Suministra 20mA centro virtual V gnd a sensor 10mA

Para las aplicaciones que necesitan más corriente, se utiliza un amplificador operacional para impulsar el par de seguidores del emisor con retroalimentación directa y RC de riel dividido en Vin+.

Las baterías duales son buenas para ESR más bajo, corrientes de sobretensión altas, pero también generan más ruido térmico que se filtra fácilmente para situaciones analógicas.

Que yo sepa, solo vibraciones estructurales. ¿Qué opinas de mi segunda pregunta? Longitudes de cable de 300 metros y temperatura de -20°C. Funcionó satisfactoriamente durante 30 metros y -5°C hasta ahora.
Tuve un problema similar en mis días de novato a fines de los 70 y luego, después de que me fui, se probó en Churchill, MB. El frío estaba bien, pero la radio SW corrompió mi enlace de datos RS485 9600bd de 1 milla. (por lo tanto, el estrangulador de ferrita o CM y las tapas XY) o incluso una tapa simple lo habría arreglado. Pero ya me había mudado a una nueva carrera en otra parte de Telecom por un aumento salarial del 25%, así que no estaba allí para arreglarlo. Considere también la necesidad de protección contra voltaje transitorio de rayos inducidos. Una vez hice cables sísmicos desde un bote y un rayo me golpeó con unos pocos kV (mA) a unas pocas millas de distancia sosteniendo el cable sísmico largo al equipo del bote.
Las ideas de TVS pueden necesitar protección de salida con la serie R y TVS google.ca/…
Los cables están blindados y los blindajes están conectados a tierra como conexión en estrella a la red eléctrica, por eso no pensé en la protección contra sobretensiones. Solo usé TVS una vez, pero era una situación más simple. ¿Qué os parece, en este caso un TVS de 30V entre los raíles de +12V y -12V del splitter?
Si el suministro es flotante y las pantallas están conectadas a tierra y 0 V puede acoplarse a tierra con 1 nF para reducir RF CM Z(f), entonces se mejora la inmunidad parásita. Recuerdo que la prueba transitoria IEC es IEC 61000-4-4 34nF 50 ohmios en serie @ 1kV o 2kV