Дифавтоматы: выбор и подключение

---

---

Дифференциальный автомат – подключается для обеспечения защиты от поражения электрическим током, одновременно с защитой электросети от перегрузок и короткого замыкания.

Где устанавливается

Диф-автомат устанавливается только на DIN-рейку в распределительном щитке квартиры или дома. К автомату подключаются блоки розеток или отдельные мощные электроприборы – стиральная машина, электропечь, электродуховка или водонагреватель.

Стиральная машина, морозильная камера, насос – эти приборы имеют в своей конструкции электродвигатель, поэтому их пусковая потребляемая мощность может превышать заявленную фирмой – производителем в несколько раз. Приводим таблицу с указанием коэффициентов возрастания токов в начале работы прибора:

Время действия пусковых токов в бытовых приборах

Таким образом, стиральная машина при включении может потреблять 12,5 кВт в течении первых 4х секунд, а если дифавтомат для нее не рассчитан на такую мощность – каждый раз при включении он будет выбивать.

Но это не означает, что нужно выбирать дифференциальный автомат, мощностью 12,5 кВт!

Условные обозначения

---

---

Дифавтоматы поставляются обычно с паспортами, в которых указываются все данные, но многие из них дублируются на корпусе устройства. Здесь вы можете прочитать информацию о номинальном напряжении, частоте и мощности, дифференциальном токе отключения, температурный диапазон использования автомата. В отличие от инструкции, обозначения на корпусе со временем не потеряются и при открытии распределительного щитка вы всегда будете знать, на какой автомат можно добавить нагрузку, а на какой нет.

Условные обозначения на дифавтомате

Какой дифавтомат выбрать

Дифференциальный автомат соединяет в себе одновременно три функции, защита проводки от короткого замыкания, защита проводки от перенапряжения и защиты человека от удара электрическим током или утечки электричества. При планировании проводки в квартире или доме можно рассчитать количество потребителей тока, которые планируется подключать к сети, подсчитать время их работы и что будет включаться одновременно, а что нет.

И ошибиться 🙂

Дифавтомат ABB на 10А тип С

Дифавтомат ABB на 16А тип С

Дифавтомат ABB на 25А тип С

Дифференциальный автомат устанавливается для тех мест, где возможно поражение электрическим током. В квартире под дифавтоматы подключают розетки и выключатели в ванной комнате и кухне. Именно в этих местах наиболее вероятно поражение током, т.к. имеется избыточная влажность и опасность протекания от соседей сверху. Если в вашем случае есть места, где также есть опасность контакта электрики с водой, например сауна, бассейн или холл с фонтаном, то такие комнаты следует также запитать через диф-автомат.

Каждая такая комната запитывается двумя контурами, каждый из которых подключается через отдельный автоматический дифференциальный автомат. Это контуры освещения и розеток:

• Розетки – автомат на 16А, тип С;
• Освещение – автомат на 10А, тип С;

Под отдельный диф-автомат подключаются:

• Проточный водонагреватель;
• Накопительный водонагреватель;
• Электроварочная панель;
• Электродуховой шкаф;
• Кондиционер.

Проточный водонагреватель, электроварочная панель и электродуховка подключаются под диф-автоматы на 25А, тип С. Кондиционер и накопительный водонагреватель под автоматы на 16А тип С.

Важно. Если варочная панель и духовка – это два разных прибора, то они должны подключаться под

разные диф-автоматы.

Не стоит подбирать отдельный дифавтомат для стиральной машины, микроволновки или пылесоса. Все эти приборы рассчитаны на включение в обычную электросеть, а значит отдельно беспокоиться об их безопасности не стоит.

Видео о технических характеристиках дифавтоматов

Ролик подробно описывает технические характеристики дифференционных автоматических выключателей. Видео будет полезно тем, кто ищет более углубленную информацию по теме и решает специфические вопросы по электрообеспечению офиса, производственного участка или иного коммерческого помещения.

---

---

Электрик с дипломом гособразца Выбор способа обогрева для вашей сауны Обучение электриков Купол “Аура” – бескаркасное здание

Как в Щитке Подключить Автомат: Поэтапная Инструкция

Перфекционизм для электриков важен не меньше, чем для эстетов

Распределительный щит содержит в себе целый набор модульных устройств, отвечающих за защиту всей электрической сети дома. В состав такой сборной входят всевозможные реле, автоматические выключатели, автоматы защиты и многое другое.

Для установки всего этого мы приглашаем электриков, на которых надеемся, как на профессионалов, однако далеко не все мастера производят установку правильно. На практике встречается множество ошибок.

Сегодня мы с вами обсудим, как подключить автомат в щитке. Эта информация пригодится не столько для того, чтобы делать работу своими руками (для этого нужен доступ), а для контроля над деятельностью нанимаемых специалистов.

Содержание

• Порядок подключения автоматов – что нужно помнить всегда
• Подключение к автомату проводов
  • Как присоединить к автомату многожильный провод
  • Допускается ли пайка проводов при подключении автомата
• Порядок установки устройств в щитке

Порядок подключения автоматов – что нужно помнить всегда

Казалось бы, что может пойти не так при подключении однополюсного автомата?

Задача мастера – зачистить провод от изоляции, продеть его внутрь клеммы и затянуть ее! Однако у нас полно людей с руками, растущими не от туда, откуда следует.

Простите за такое откровенное возмущение, но иногда по-другому просто не скажешь. А иногда ошибки случаются и у профессионалов (это реже), так как все мы люди, можем болеть, уставать, быть заваленными проблемами и прочим, что будет нам мешать выполнять свою работу качественно.

Как поменять автомат в щитке — работа с электричеством всегда требует ответственного отношения к делу

Итак, что-то мы увлеклись. Давайте переходить к делу. Начнем мы с самого важного – правильности подключения автоматов в щитке. У такого выключателя идет два контакта, через которые он подключается к сети.

Один из них подвижный, а второй неподвижный, располагаются они сверху и снизу устройства. Вы знаете, на какой из них необходимо подавать питание? Представьте себе, знает об этом очень мало людей, так как на «электрических» форумах постоянно ведутся споры на эту тему.

Мы не будем заниматься самоанализом и обратимся напрямую к ПУЭ, 7-е издание, пункт 3.1.6. Там говорится следующее. Если питание устройства одностороннее, то питающий проводник должен подключаться к неподвижному контакту.

Однако стоит заметить, что есть там оговорка в виде словосочетания «как правило», это немного сбивает с толку, как будто бывают случаи, допускающие исключение из этой рекомендации. Но пояснений больше никаких не прилагается.

Выдержка из ПУЭ – всегда при возникновении вопросов нужно обращаться за помощью к технической документации

Это же правило распространяется на все защитные устройства, диавтоматы и УЗО. Чтобы понять, где у автомата, какой контакт находится, нужно знать, как он устроен изнутри. Давайте погрузимся в мир электротехники чуть глубже и рассмотрим строение простого однополюсного автомата.

Перед вами однополюсной автомат в разрезе

• Не нужно быть инженером, чтобы заметить, что верхний контакт у такого автомата является неподвижным, а нижний – подвижным. Чтобы распознать типы контактов, вовсе необязательно разбирать устройство. Вы также можете воспользоваться маркировкой на его корпусе. Посмотрите следующий снимок.

Как подключить автоматы в щитке — схематическое обозначение разных типов контактов на автомате

Маркировка на выключателях других фирм может немного отличаться, но, в общем, там тоже все предельно понятно. На крайний случай, вы всегда сможете найти информацию в интернете, сделав запрос по конкретной модели. В целом, практически все современные однополюсные автоматы имею точно такое же расположение контактов, однако в этом нужно обязательно удостовериться.

Теперь давайте попробуем разобраться в вопросе с чисто техническим подходом. Итак, сверху или снизу?

• Назначение автоматического выключателя заключается в протекции подключенной к нему линии от коротких замыканий и перегрузок. Работает он так – при появлении в цепи сверхтоков происходит реакция теплового и магнитного расцепителей, которые находятся внутри корпуса устройства. При этом никакой разницы в том, с какой стороны подключен силовой кабель, нет, устройство будет срабатывать в любом случае.
• Это подтверждается тем, что некоторые производители, например, Hager или ABB допускают обратное подключение питания к автомату. Для этих целей на них специально установлены зажимы для гребенчатых шин.

Как подключаются автоматы в щитке: ABB – однополюсной автомат

• Тогда почему в ПУЭ указывается другая информация, не с потолка же они ее взяли? Данное утверждение установлено в общем порядке. Любой электрик с соответствующим образованием вам скажет, что перед выполнением работ необходимо снимать напряжение с оборудования, с которым предстоит работать. Когда мастер, выполняющий такую работу регулярно, подходит к щитку, он на интуитивном уровне, так сказать – машинально, считает, что фаза находится сверху. Отсоединив клеммы, он будет думать, что на нижних проводах напряжения нет.
• В итоге, если какой-то горе электрик, пусть будет дядя Ваня, при установке действовал не по такому принципу, то ситуация чревата несчастным случаем, иногда со смертельным исходом. Конечно, никто не освобождает электричка, тем более профессионального от необходимости знания техники безопасности, но все же изначально нужно делать так, как заведено стандартом. Это и безопаснее и быстрее по времени в итоге.
• Суть проблемы также кроется в том, что раньше у всех автоматов неподвижный контакт всегда был сверху, но сейчас, когда на рынках представлена продукция производителей разных стран, а, как видите, нет строгого регламента, попасться под руки может все что угодно.
  То есть, фактически, норма ПУЭ регламентирует не техническую часть, а «эстетическую», и от расположения контактов никак не зависит строение цепи подключения.

Параллельная схема подключения автомата в щитке

Если вы не согласны с данным утверждением, по попробуйте с технической точки зрения описать необходимость подключения питающего провода к любому из контактов. Нам, если честно, в голову ничего не приходит.

Подключение к автомату проводов

В этой главе давайте попробуем составить хит-парад ошибок, которые допускают неопытные электрики при подключении автоматов в щитке. Их не так много, но все оны важны для обеспечения надежной работы устройств и безопасности вашего дома.

• Первая ошибка, наверное, самая распространенная – это попадание под контакт изоляции провода.

Зачищенный от изоляции провод – используйте специальный инструмент, чтобы не повредить металлическую жилу

1. Все прекрасно осведомлены, что перед подключением к контакту с провода нужно счистить изоляционный слой. После этого оголенный конец проводника погружается в клемму, и та затягивается до полной его фиксации. Все легко и просто, но, тем не менее, ошибки здесь допускаются постоянно.
2. Если у вас в доме с новой проводкой внезапно пропало электричество или выгорел совершенно новый автомат, то причиной может стать банальное зажатие клеммой слоя изоляции. Такая ситуация приводит к существенному нагреву контакта, и есть риск оплавления изоляции самого автомата, что уже чревато пожаром. Почему так происходит? Дело в том, что изоляция будет препятствовать нормальному контакту металлов, растет сопротивление, что и вызывает нагрев. При неплотном касании постоянно возникает искрение, и большие нагрузки на цепь могут привести к появлению дугового разряда.

• Вторая ошибка, когда мастера используют для подключения к одной клемме провода разного сечения.

Неразрывная перемычка заводского производства – плоские выводы фиксируются очень надежно

Нередко автоматы устанавливаются в количестве нескольких штук в ряду. Они, как правило, запитываются от одного источника, и чтобы не тянуть огромное количество проводов и не создавать сложных соединений, питание передают от одного к другому при помощи небольших перемычек.

Лучшим решением для такого подключения будет гребенчатая шина, показанная на фотографии выше. Такое соединение будет правильным, безопасным и монтируется быстрее всего. Однако под рукой шины в нужный момент может не оказаться, а может просто кто-то решит сэкономить и обойтись проводом. Вот тут и начинается все «веселье».

Электрик установил провода разного сечения – заметно оплавление изоляции на черных проводах

В ход идут кусочки проводов нужной длины для создания самодельной шины. Нередко берутся провода разные по сечению, что недопустимо.

Причина такая же, как и в случае с изоляцией. Клемма хорошо прижмет проводник большего размера, тогда как меньший будет зафиксирован плохо, что приводит к росту сопротивления на контакте. Начнет плавиться изоляция, что в итоге также может привести к пожару.

Поэтому используем только одинаковые провода. А еще лучше будет, если деталь сделать неразрывной. Для этого формируем из провода перемычку нужной формы, не снимая с него изоляции. Как закончите, с перегибов убирается изоляция и самоделку можно использовать.

На следующем снимке показано, что случается с автоматами, работающими в таком режиме.

Из-за локального перегрева изоляция провода и корпус автомата оплавились – цена неправильной установки пожар и все вытекающие последствия

По фотографии сразу видно, что мастер работал неаккуратно, изоляция зачищена плохо и висит кусками. Поэтому, если видите, что электрик сделал вам нечто подобное, немедленно заставьте его переделать работу, а еще лучше привезите ему шину, чтобы вопрос не возникал вообще.

• Следующая распространенная ошибка – это неправильное формирование концов кабелей и жил. Точнее это не столько ошибка, сколько рекомендация к действию.

1. Большинство электриков при создании контакта действую следующим образом. С конца провода снимается изоляция где-то на 1 см, потом конец вставляется в автомат и затягивается винт фиксации. Такое соединение будет надежным, но почему бы его не улучшить, тем более что для этого не потребуется никаких дополнительных затрат.
2. Для этого зачистите не 1, а 2  см изоляции, после чего сделайте U-образный загиб конца проволоки. Далее вставляем провод в клемму и зажимаем его. В результате вы получаете большую площадь прикосновения элементов на контакте, а значит, уменьшаете на нем сопротивление.

Как присоединить к автомату многожильный провод

Частенько для соединения устройств в щитке используют гибкие многожильные провода. Их проще гнуть, но вот добиться хорошего контакта на клеммах несколько сложнее.

Выводы многожильных проводов стоит оконцевать – наконечника разных размеров

Основная ошибка – монтаж без оконцевания. Если вы попробуете зажать такой провод в клемме, то с ним произойдет следующее. Внутри контактная площадка клеммы имеет острые насечки, которые при затягивании «вгрызаются» в металл, что обеспечивает более качественное соединение.

Когда пережимаешь многожильные провода, тоненькие проволочки начинают обламываться. Как следствие – уменьшение площади контакта, увеличение сопротивления, искрение.

Чтобы такого не происходило предварительно зачищенные концы проводов нужно оконцевать при помощи специальных наконечников типа НШВИ или НШВ. Их примеры показаны на фото выше.

Совет! Если нужно к одной клемме подключить два провода, то используются сдвоенные наконечники. С их помощью очень удобно формировать перемычки.

Допускается ли пайка проводов при подключении автомата

Подключение автомата в щитке – запаянное соединение под высокой нагрузкой будет ненадежным

Многожильные провода и провода разного сечения для качественного контакта иногда могут оконцовываться при помощи пайки. Как ни крути, а желание сэкономить у людей иногда преодолевает здравый смысл. На практике автоматы подключенные таким образом иногда встречаются. Чем опасно такое соединение?

Согласно тому же ПУЭ, многожильную проводку при подключении в щитке не допускается облуживать и опаивать. Тут не нужно быть физиком, чтобы понимать весь процесс.

При нагревании контакта до высокой температуры, припой начинает плавиться, соответственно, конец провода уже не будет таким же жестким, как изначально, и он начинает болтаться в зажиме. Если контакт не подтянуть… Вы уже знаете, что может случиться. Припой может растечься внутри автомата, что приведет к его неработоспособности.

Порядок установки устройств в щитке

Итак, мы с вами разобрали все общие моменты, касающиеся самих соединений. Теперь давайте посмотрим, в каком порядке, по какой схеме устройства подключаются в одну систему в щитке. Далее идет пошаговая инструкция.

Шаги, фото	Описание
Шаг 1 – установка DIN рейки	Для всех устройств требуется основание, на котором они будут закреплены. Таковым является DIN рейка, которая прикручивается на винты внутри щитка. Эта металлическая планка сделана из стали и может как идти в комплекте с щитком, так и приобретаться отдельно. Во втором случае, скорее всего, ее придется подрезать по длине, чтобы она поместилась внутрь.
Шаг 2 – установка шин	На следующем этапе на рейку надеваются шины – нулевая (синего цвета) и заземления (желтая). Рейка имеет такую форму, что приборы, на нее устанавливаемые, защелкиваются за ее края. Теперь подробнее о шинах. Эти элементы требуются для того, чтобы соединить все выводы, в частности, идущие на ноль и землю. Представляют они собой цельное металлической основание в ПВХ изоляции, с отверстиями разного размера и винтовыми зажимами для крепления проводов.
Шаг 3 – установка автоматов	Далее на рейку крепятся автоматы. Обратите внимание, что держатся при помощи небольшого пластикового фиксатора, который должен смотреть вниз. При необходимости замены устройства фиксатор отодвигается, после чего автомат можно свободно снять.
Шаг 4 – подключения нуля	Установив на рейку все устройства, начинаем их запитывать. Допустим, что в щиток у вас выведен трехжильный провод. Каждая жила будет иметь свой цвет. Общеприняты следующие обозначения. Синий – это нуль, желтый или желто-зеленый – заземление, а белый или розовый – фаза. Совет! Нередко плохие электрики пренебрегают цветовой маркировкой, так что перед подключением обязательно проверьте все выводы. Итак, синяя жила подключается к нулевой шине, а желтая к шине заземления – все логично и просто.
Шаг 5 – подключение фазы (первым запитывается обычно автомат слева)	Фаза, как мы уже говорили ранее, подключается к автомату сверху. Зачищаем провод от изоляции, вставляем его в клемму, но сразу не закручиваем, если у вас будут использоваться перемычки. Вообще, сначала лучше установить их, и лишь потом подключать питание.
Шаг 6 – подключение диф автомата	Если у вас в схеме присутствует дифференцированный автомат, то вы сразу заметите, что у него сверху имеется две клеммы. Одна идет под фазу, а другая под нуль. Как не запутаться при подключении? На лицевой стороне автомата нарисована схема, на которую нужно обратить внимание. На ней будут изображены входы с обозначениями. Первый обозначен буквой N – это будет нулем. Второй маркирован буквой L или цифрой 1 – это фаза. Соответственно, отрезком проводов соединяем нулевую шину и выход N, и вторым кидаем перемычку от однополюсного автомата на фазу.
Шаг 7 – подключение проводов, идущих от комнат	Далее  автоматам нужно подключить все провода, выходящие из дома — те, которые ведут к распределительным коробкам,  розеткам и выключателям. Действуем также, используя цветовую маркировку проводов. Нули кидаем на нулевую шину, землю – на шину заземления. Белый провод соединяется с нижними выводами автоматов, которые работают как выключатели – соединяют\разъединяют цепь. В случае с дифференцированными автоматами выходы подключаются аналогично описанной выше методике. Выход N – к нулевой шине, фаза соединяется с белым проводом. Совет! Будьте внимательны и смотрите, чтобы оголенные концов проводов, пропущенные через шины никак не могли коснуться DIN рейки и прочих металлических деталей, находящихся внутри щитка. Перед тестом работоспособности схемы, обязательно перепроверь правильность всех соединений.

Итак, мы разобрали простейшую схему, конечно, разновидностей устройств защиты очень много, но принцип подключения у них одинаков, главное, не перепутать местами провода и не устроить короткое замыкание. Показанная схема является параллельной, то есть устройства будут работать даже при выходе одного из строя или его отключении.

Более сложные последовательные варианты подключения самому точно делать не стоит. Хотя если интересно, можете поискать информацию в сети. Также советуем к просмотру подобранные нами видеоролики, которые помогут разобраться в теме еще лучше.

Мы постарались все объяснить популярным языком. Теперь вы знаете, как правильно подключить автоматы в щитке надеемся, материала вам понравился и будет в дальнейшем полезен.

Видео в этой статье помогут в изучении темы.

Основные соединения аналоговых входных сигналов (часть 1)

Задача
Дать общее представление о следующих концепциях и методах подключения аналоговых входных сигналов:

• Несимметричные входы
• Дифференциальные входы
• Синфазное напряжение
• Диапазон общего режима
• Заземление и изоляция системы

Предполагаемая аудитория
Пользователи устройств сбора данных, ответственные за подключение аналоговых входных сигналов для точных измерений. Если вы уже знакомы с этими концепциями, вы можете перейти непосредственно к Техническому совету: Основные подключения аналоговых сигналов (часть 2).

Теория
Конфигурации несимметричных и дифференциальных входов
Типичное устройство сбора данных обеспечивает выбор несимметричных или дифференциальных аналоговых входных каналов.

Несимметричные входы
Несимметричные входы измеряют напряжение между входным сигналом и аналоговой землей (AGND) (см. рис. 1). Поскольку для каждого входа требуется только одно физическое соединение, односторонняя конфигурация может контролировать в два раза больше каналов, чем дифференциальная конфигурация с двумя соединениями, использующая тот же разъем и встроенный мультиплексор.

Рис. 1. Базовая конфигурация несимметричного входа

Дифференциальные входы
Дифференциальные входы измеряют напряжение между двумя различными входными сигналами (см. рис. 2). Дифференциальный вход лучше сопротивляется электромагнитным помехам (EMI), чем несимметричный вход. Большинство электромагнитных помех, возникающих в одном отведении, также индуцируются в другом. Вход DAQ измеряет только разницу между двумя выводами, а электромагнитные помехи, общие для обоих, игнорируются. Этот эффект является основным преимуществом проводки с витой парой: скрутка гарантирует, что оба провода подвергаются практически одинаковым внешним воздействиям.

Рис. 2. Базовая конфигурация дифференциального входа

Синфазное напряжение и диапазон синфазного сигнала
Основное различие между несимметричной и дифференциальной конфигурацией входа заключается в общем соединении, или синфазном напряжении , для аналоговых входов напряжения.

Односторонние многоканальные измерения требуют, чтобы все напряжения относились к одному и тому же общему узлу, чтобы предотвратить определенные типы ошибок измерения. Для большинства несимметричных систем сбора данных общим эталоном должно быть заземление, установленное компьютером, что делает измерение уязвимым как для электромагнитных помех, так и для любого шума земли в источнике сигнала.

На рис. 3 показана несимметричная конфигурация с синфазным напряжением (В _см ). Любая разница в напряжении между землями g1 и g2 проявляется как сигнал ошибки на входном усилителе. Если идеальная общая точка недоступна для несимметричных входов, необходима конфигурация дифференциального входа.

Рис. 3: Конфигурация с несимметричным входом и синфазным напряжением

Конфигурация с дифференциальным входом более устойчива к электромагнитным помехам, чем конфигурация с несимметричным входом, поскольку дифференциальные соединения отменяют или игнорируют синфазные напряжения и могут измерять разницу между двумя подключенными точками. Отклоненные синфазные напряжения могут быть устойчивыми уровнями постоянного тока или выбросами шума.

Рис. 4. Конфигурация дифференциального входа с синфазным напряжением

Всм игнорируется в конфигурации дифференциального входа, но только в пределах диапазона, называемого синфазным диапазоном . Обычно усилитель устройства в дифференциальном режиме имеет диапазон синфазного сигнала ±10 В. Напряжение синфазного сигнала в сочетании с напряжением сигнала – В _см + В _с – должно оставаться в пределах этого диапазона.

Диапазон синфазных напряжений ±10 В показан графически на рис. 5.

Рис. 5. Синфазное напряжение = +4 В

Входной сигнал не может быть измерен, если он превышает 10 В от устройства AGND, даже в дифференциальном режиме. Например, устройство не может измерить разницу между 13 В и 14 В как 1 В из-за ограничения диапазона синфазного сигнала ±10 В.

Заземление системы и изоляция
При принятии решения о том, как подключить сигнал к вашему устройству сбора данных, необходимо рассмотреть три случая относительно заземления:

• Если вход устройства и источник сигнала имеют общую землю, то источник сигнала можно подключить непосредственно к устройству.
• Если вход устройства и источник сигнала имеют напряжение смещения между их землями (переменный и/или постоянный ток), то это смещение является синфазным напряжением. В зависимости от величины этого напряжения вы, возможно, сможете подключить устройство напрямую к источнику сигнала (этот сценарий объясняется в разделе «Системы с синфазным напряжением (смещением от земли)».
• Если устройство и источник сигнала уже имеют изолированные земли, то можно подключить источник сигнала напрямую к устройству.

Системы с общим заземлением
В простейшем случае источник сигнала имеет тот же потенциал земли, что и устройство. Обычно это происходит при подаче питания или возбуждения на источник сигнала непосредственно с устройства сбора данных. Если вы настроили систему , предполагая, что имеет общую землю, любое напряжение между землей устройства и сигнальной землей является потенциальным напряжением ошибки.

Если источник сигнала или датчик не подключен напрямую к контакту AGND на вашем устройстве, предположим, что у вас нет общего заземления, даже если ваш вольтметр измеряет 0,0 В. Настройте систему так, как если бы между источником и источником было напряжение смещения земли. и устройство — особенно если вы используете высокие коэффициенты усиления. Потенциалы земли в субмилливольтовом диапазоне достаточно велики, чтобы вызывать ошибки, но их невозможно измерить ручным вольтметром.

Системы с общим заземлением (смещением заземления) напряжения
Наиболее вероятный сценарий заземления включает заземление, которое каким-то образом связано, но имеет смещения напряжений между заземлением устройства и источника сигнала. Это напряжение смещения может быть переменным, постоянным или обоими. Смещение может быть вызвано различными факторами, такими как электромагнитные помехи или падение резистивного напряжения в заземляющих проводах и соединениях. Напряжение смещения заземления является более описательным термином для этого типа системы, но чаще используется термин , общий режим (и поэтому он используется в этой статье).

Малые напряжения синфазного сигнала: Если напряжение между землей источника сигнала и землей устройства мало, комбинация напряжения земли и входного сигнала не превышает допустимого диапазона синфазного сигнала ±10 В. В частности, когда вы добавляете напряжение между заземлениями к максимальному входному напряжению, результат находится в пределах ±10 В. Этот вход совместим с устройством, и вы можете подключить систему в дифференциальной конфигурации без дополнительной обработки сигнала. К счастью, большинство систем попадают в эту категорию и имеют небольшие перепады напряжения между заземлениями.

Большие синфазные напряжения: Если напряжение между землей источника сигнала и землей устройства достаточно велико, комбинация напряжения земли и входного сигнала превышает допустимый диапазон синфазного сигнала ±10 В. В этом случае не подключайте устройство напрямую к источнику сигнала. Измените конфигурацию заземления вашей системы или добавьте преобразование сигнала изоляции.

Обратитесь в нашу группу технической поддержки, чтобы обсудить варианты преобразования сигнала (см. раздел «Дополнительная информация» в конце этой статьи).

Внимание! Не используйте контакт заземления розетки переменного тока для подключения заземления сигнала. Различные заземляющие вилки могут иметь большие и потенциально опасные перепады напряжения. Помните, что заземляющие контакты розеток 120 В переменного тока на разных сторонах помещения можно подключать только к панели автоматического выключателя. Это оставляет возможность того, что контакты заземления могут иметь значительный перепад напряжения, особенно если две розетки 120 В переменного тока находятся на разных фазах линии.

Устройство и источник сигнала уже имеют изолированное заземление
Некоторые источники сигнала уже электрически изолированы от устройства. На рис. 6 показана типичная изолированная система заземления. Эти источники сигналов часто питаются от батарей или представляют собой сложное оборудование. Изолированные наземные системы обеспечивают превосходную производительность, но требуют осторожности для обеспечения оптимальной производительности. Дополнительные сведения см. в Техническом совете: основные подключения аналоговых сигналов (часть 2).

Дополнительная информация
Пожалуйста, свяжитесь с Measurement Computing Corporation, если у вас есть какие-либо вопросы или вам нужна дополнительная информация.

• База знаний: kb.mccdaq.com
• Телефон: 508-946-5100
• Факс: 508-946-9500

Дополнительные TechTips доступны на нашей веб-странице технических статей по сбору данных.

Что такое дифференциальные пары и дифференциальные сигналы?

Дифференциальные пары обеспечивают новый способ маршрутизации потоков битов с высокой скоростью передачи данных, где каждый переход фронта обычно имеет очень быстрое время нарастания. Дифференциальные протоколы, используемые в высокоскоростных конструкциях, являются основой многих общих стандартов сигнализации со знакомыми аббревиатурами. USB, HDMI, Ethernet и многие другие устройства маршрутизируются как дифференциальные пары и требуют тщательного проектирования трассировки и маршрутизации. В прошлом это требовало внесения множества ручных поправок в длины дифференциальных пар, чтобы убедиться, что они соответствуют заданным длинам и допускам импеданса. Однако более новое программное обеспечение САПР упрощает кодирование этих требований в виде правил проектирования для обеспечения точной трассировки.

В этой статье мы дадим базовый обзор поведения дифференциальных сигналов и функции дифференциальных пар. Эти типы сигналов являются стандартными для высокоскоростных сигнальных протоколов, но они могут появляться и в более простых устройствах, поэтому важно понимать, как они маршрутизируются на печатной плате. Мы также предоставим некоторые более конкретные определения импеданса маршрутизации дифференциальной пары и того, как шум работает в дифференциальной паре, и мы надеемся, что новые разработчики смогут лучше понять важность дифференциальных протоколов.

Дифференциальные пары очень просты: они состоят из двух трасс, проложенных бок о бок, и по каждой трассе передаются сигналы одинаковой величины и противоположной полярности. В высокоскоростных цифровых протоколах данные передаются по несимметричным дорожкам на печатной плате с контролируемым импедансом; каждая отдельная трасса рассчитана на определенный импеданс. Это делается с использованием стандартного подхода к проектированию трассы с контролем импеданса, где ширина, необходимая для достижения целевого импеданса трассы, определяется после проектирования стека и выбора слоя для маршрутизации дифференциальных пар.

Дифференциальная сигнализация не обязательно состоит из специальных типов сигналов. Все дифференциальные пары, используемые для передачи цифровых данных, по-прежнему будут нести двоичную информацию или, возможно, несколько битов одновременно с более продвинутым протоколом, таким как PAM4. Разница между стандартной цифровой трассировкой и дифференциальной сигнализацией заключается в том, что дифференциальный сигнал восстанавливается и интерпретируется по-разному.

Если мы посмотрим на сигнал, распространяющийся по дифференциальной паре, мы действительно получим два сигнала с противоположной полярностью, но одинаковой величины. Уровень сигнала, считываемый дифференциальным линейным приемником, представляет собой просто разницу между напряжениями двух сигналов. Это показано на рисунке ниже.

Дифференциальная передача сигналов по дифференциальной паре, передаваемой по плоскости заземления печатной платы.

На изображении выше у нас есть дифференциальная пара, проложенная по однородной плоскости заземления. Предполагается, что они проложены на поверхностном слое как микрополоски с регулируемым импедансом, хотя точно такие же идеи применимы к полосковым линиям на внутреннем слое. Компонент, работающий с дифференциальной сигнализацией, требует, чтобы разница между этими двумя сигналами использовалась для интерпретации логического уровня в приемниках дифференциальной линии. Обратите внимание, что уровни отдельных сигналов (V1 и V2) по-прежнему определяются относительно опорной точки GND, которая обычно размещается в виде плоскости под дорожками. Другими словами, вы можете измерить сигнал относительно земли на каждой стороне пары с помощью осциллографа, если хотите.

Этот метод передачи цифровых данных (в виде пары сигналов противоположной полярности по паре дорожек) является стандартным для высокоскоростных протоколов, таких как USB, Ethernet, линии синхронизации и данных DDR, а также для некоторых проприетарных стандартов цифровой сигнализации. Так что же сделало дифференциальные пары и дифференциальную передачу сигналов такими успешными, и каковы некоторые проблемы? Некоторые важные преимущества и недостатки приведены в таблице ниже:

Категория	Преимущества	Недостатки
ЭМС	– Удаление синфазных помех – Они излучают дифференциальный шум, который намного менее интенсивен, чем синфазный шум	– Синфазное шумоподавление несовершенно и зависит от устранения перекоса
Высокая скорость EMI	— Низкие электромагнитные помехи от дифференциальных пар позволяют им поддерживать чрезвычайно высокие скорости передачи данных	– Быстрые скорости фронтов требуют более точного согласования задержки
Смещение земли	– Дифференциальные пары могут выдерживать смещения земли при прокладке по длинным соединениям между двумя платами	— Влияет на выбранное подключение, хотя подключение на кристалле исключает его из списка проблем для разработчиков печатных плат

Давайте рассмотрим эти различные преимущества и недостатки печатной платы и то, как они проявляются в трассировке и компоновке.

Подавление синфазного шума

Способность подавлять синфазный шум без необходимости какой-либо фильтрации является уникальной для дифференциальных пар. Подавление синфазного шума является результатом того факта, что разница между двумя сигналами измеряется в дифференциальной паре, что при определенных условиях может компенсировать любой шум в дифференциальных парах.

На изображении ниже схематично показано, как достигается подавление синфазного шума в дифференциальной паре. Если шум поступает в приемник в пределах соответствующего допустимого отклонения, то он может быть подавлен приемником.

Синфазный шум, принимаемый дифференциальной парой, может быть подавлен, если он имеет одинаковую величину на каждой стороне пары.

Предостережение заключается в том, что одинаковый уровень шума должен быть получен на каждой стороне пары. Это может произойти с дифференциальной парой, проложенной через свободное пространство по кабелю, так что это не является невозможным явлением. Однако это не означает, что дифференциальные пары невосприимчивы к перекрестным помехам на печатной плате. Если у вас есть, например, несимметричная трасса рядом с разводкой дифференциальной пары, она может направить импульс перекрестных помех на обе пары через магнитное поле, создаваемое во время переключения. Однако импульс перекрестных помех не будет одинаково восприниматься обеими дорожками в паре; напряженность магнитного поля. В результате шум не будет подавлен на приемнике, и некоторый шум может остаться на одной стороне пары. Убедитесь, что между несимметричными дорожками и дифференциальными парами применено соответствующее расстояние, чтобы предотвратить получение чрезмерного шума на каждой стороне пары.

Электромагнитные помехи, излучаемые дифференциальными парами

Одним из больших преимуществ дифференциальных сигналов является то, что они излучают низкий уровень шума. Когда две дорожки в паре расположены ближе друг к другу, магнитные поля, которые они генерируют во время переключения, равны и противоположны. Пока два сигнала совпадают по фазе и имеют одинаковую величину, генерируемые ими магнитные поля будут противодействовать друг другу. Обратите внимание, что сгенерированное поле не везде равно нулю; это верно только вдоль центральной линии между парой. Однако поле будет слабым и вызовет меньший шум в близлежащих несимметричных дорожках.

Это еще одна причина, по которой дифференциальные пары предпочтительнее для каналов с высокой скоростью передачи данных. Последовательные протоколы, работающие с высокими скоростями передачи данных (Гбит/с и выше), будут иметь очень быстрые переходы фронта для каждого бита. Следовательно, каждая трасса в паре будет излучать сильные электромагнитные помехи через магнитное поле во время этих быстрых краевых переходов (события с высоким dI/dt). С этими сигналами с высокой скоростью фронта паразитная емкость по отношению к соседним проводникам может быть проблематичной, а полоса пропускания сигнала может охватывать высокие частоты ГГц.

Дифференциальные пары излучают равные и противоположные магнитные поля, которые противодействуют друг другу и могут создавать более низкие индуктивные перекрестные помехи, чем несимметричный сигнал с таким же dI/dt.

Хотя дифференциальные пары могут давать меньшие перекрестные помехи в соседнем несимметричном сигнале, они могут создавать перекрестные помехи дифференциального режима при маршрутизации соседней дифференциальной пары. Именно здесь важно тщательно оптимизировать расстояние между дифференциальными парами. Хотя дифференциальные пары относительно невосприимчивы к синфазному шуму, они не защищены от дифференциального шума. Имейте это в виду при прокладке дифференциальных пар и обеспечьте достаточное расстояние между парами, чтобы обеспечить связь между ними с низким уровнем шума.

Невосприимчивость к смещениям земли

Основная причина, по которой дифференциальные пары используются в длинных каналах, которые могут пересекаться между двумя платами, заключается в их невосприимчивости к смещениям земли. Смещение заземления на переменном или постоянном токе можно рассматривать как синфазный шум; это возмущение сигнала, которое влияет на каждую сторону пары с одинаковой фазой и величиной. Следовательно, он также может быть устранен дифференциальным приемником. Когда бегущий сигнал пересекает промежуток между двумя разными областями земли, возникает разрыв импеданса между двумя компонентами. Возможно, несимметричный сигнал от источника не имеет одинакового напряжения на нагрузке, потому что потенциалы земли в каждой области разные. В результате приемник будет считывать правильное напряжение, переносимое сигналом, поскольку уровень дифференциального сигнала не зависит от разности потенциалов между двумя разными областями GND.

Если вы создали свою печатную плату должным образом для поддержки высокоскоростных компонентов и разводки, вы должны иметь единый потенциал земли во всей конструкции только за счет использования единой плоскости заземления в конструкции. Хотя дифференциальные сигналы могут выдерживать смещение земли между разными землями на печатной плате, конструкции, которые работают на достаточно высоких частотах/скоростях, так что для них требуются дифференциальные пары, должны в любом случае прокладываться по однородной плоскости земли.

Поскольку дифференциальные сигналы в стандартных вычислительных протоколах и для некоторых периферийных устройств обрабатываются с высокой частотой фронтов, для них обычно требуется управление импедансом, чтобы предотвратить отражение волны от стороны нагрузки при маршрутизации дифференциальной пары. Все дифференциальные пары, которые используются в конструкции высокоскоростных печатных плат, требуют регулировки двух сторон пары, чтобы обеспечить одновременное поступление сигнала каждой полярности на приемник. Вот некоторые из основных советов по проектированию для работы с дифференциальными парами:

• Несимметричный и дифференциальный импеданс: Стандарты дифференциальной сигнализации определяют некоторые требования к несимметричному и дифференциальному импедансу, которые должны быть выполнены для предотвращения отражений и обеспечения максимальной передачи мощности в компонент приемника.
• Согласование задержки или длины: Длины дорожек в паре должны быть согласованы в пределах допустимого отклонения, определенного в стандарте сигнализации, хотя оно может быть довольно большим и составляет несколько миллиметров для некоторых стандартов.
• Постоянный интервал: Я считаю, что интервал между парами должен быть установлен на минимальное значение, не нарушающее ограничений импеданса. Причина этого в том, что это поможет обеспечить как можно более низкий уровень излучаемых синфазных электромагнитных помех, а также поможет обеспечить синфазный шум, принимаемый парой, поскольку перекрестные помехи имеют почти одинаковую величину на каждой трассе в паре.

Для высокоскоростных сигналов существуют и другие факторы, такие как ширина полосы сигнала и потери по длине канала, которые следует учитывать при выборе материалов и компонентов. Лучшие инструменты маршрутизации могут помочь вам выполнить эти требования, гарантируя, что ваши настройки проекта закодированы как правила проектирования, и у вас будут автоматизированные инструменты, которые обеспечивают расчет импеданса и применяют участки согласования длины на вашей печатной плате.

Если вам необходимо спроектировать и развести дифференциальные пары, обеспечив целостность дифференциальной сигнализации, используйте полный набор функций проектирования, компоновки и моделирования печатных плат в Altium Designer®.