Журнал РАДИОЛОЦМАН, декабрь 2017
В предыдущей статье [1] обсуждался один подход к решению проблемы, связанной с земляной петлей, являющейся источником постоянной головной боли разработчиков аналоговых схем. В ней описывалась простая и эффективная многоканальная схема. Однако эта схема асимметрична, поскольку подавляет синфазные напряжения (common-mode-voltage – CMV) только на приемном конце кабеля. Поэтому она воздействует лишь на входы, и ничего не делает на выходах. Однако в тех случаях, когда CMV содержит только переменную составляющую помехи, другой метод удаления CMV – активное индуктивное подавление – работает двунаправлено, и поэтому компоненты ошибки CMV компенсируются как для входных, так и для выходных сигналов.
На протяжении многих лет инженеры использовали пассивную индуктивную схему подавления CMV (Рисунок 1). Эта схема, иногда называемая «трансформатор хамбакера» из-за того, что доминирующей составляющей CMV часто бывает 60-герцовый сетевой фон, состоит из первичной обмотки, последовательно включенной в провод, соединяющий земли между источником (1) и приемником сигнала (2), и вторичной обмотки с отношением витков 1:1.
 |
||
| Рисунок 1. | В классической конфигурации хамбакера трансформатор CMV состоит из первичной обмотки, последовательно включенной в провод, соединяющий земли между источником (1) и приемником сигнала (2), и вторичной обмотки с отношением витков 1:1. |
|
Принцип работы трансформатора CMV основан на магнитной связи между первичной и вторичной обмоткой, в результате которой напряжение, возникающее на первичной обмотке, индуцирует равное и противоположное напряжение на вторичной обмотке, и таким образом, компенсирует его. Этот принцип легко расширить на несколько каналов, просто добавив для каждого канала по дополнительной вторичной обмотке (Рисунок 2).
 |
||
| Рисунок 2. | За счет большого габарита и веса магнитных компонентов, принцип, иллюстрированный Рисунком 1, можно расширить на несколько каналов. |
|
Однако ахиллесовой пятой трансформатора CMV является тот факт, что на низкочастотном конце шумового спектра такая схема работает плохо. Это происходит из-за того, что для хорошего подавления помех индуктивное сопротивление обмоток должно быть намного больше импеданса кабеля. Чтобы удовлетворить этому критерию на частотах ниже 60 Гц, необходима индуктивность в сотни миллигенри. Для многоканальных приложений это выльется в большие объемы меди и сердечника. Однако если вы не возражаете против того, чтобы ваша схема потребляла немного энергии, эту проблему можно обойти с помощью активного управления трансформатором CMV.
 |
||
| Рисунок 3. | Используя активное управление трансформатором CMV, вы можете получить подавление CMV на 40 дБ или больше, расширив при этом полосу рабочих частот от десятков до миллионов герц. |
|
На Рисунке 3 усилитель мощности, состоящий из микросхемы высокочастотного ОУ LT1797 и MOSFET, заставляет управляемый трансформатор с высокой точностью компенсировать синфазное напряжение, отслеживаемое относительно земли. В результате усиление кажущейся индуктивности оказывается настолько большим, что обмотку можно свести к одному проводу, проходящему через тороидальный сердечник. Другими словами, все, что требуется для того, чтобы получить подавление CMV на 40 дБ или больше и расширить полосу рабочих частот от десятков до миллионов герц – это просто пропустить многожильный сигнальный кабель сквозь «дырку от бублика».
