[参考译文] XTR117：4-20 mA 输出端口是否被视为对称或非对称？

您好、Yash、

是的、4...20mA 线路可能被视为双绞线、但不对称。 我看不到差分或平衡信令的典型 racistic (您将被称为"对称")、因为两条线路都看到不同的阻抗。 一条线路由零阻抗24V 电源驱动、而另一条线路则承担中等阻抗负载、例如500R 负载。 例如、 因此、我会根据这个很好的 pdf 将它们视为不平衡的行：

e2e.ti.com/.../7875.4_5F00_Transient_5F00_immunity_5F00_testing.pdf

Kai

您好、Yash、

随附了 TI 的 IEC 610000-4-5测试程序和定义。 4-20mA 电流环路绝对不平衡、因此您可以将其视为非对称通信线路。 我阅读了凯的评论、我倾向于同意这些评论。  

让我咨询我们的专家、并将其反馈给您、因为该测试类别中有许多定义、有些更通用；有些专门针对高速通信等。 XTR117是一种低通信或接近直流4-20mA 电流环路、并且是单向的。  

https://www.ti.com/lit/an/slva711/slva711.pdf?ts=1630534753193&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

最棒的

Raymond

你好、Yashi、

此外、您可能还需要考虑执行共模和差分浪涌测试。 环路电源线和 Iout 线两端的 TVS 二极管将是您针对差分电压的主要防御线路、而整个电路(XTR、下游电路等)在施加共模测试时理论上应悬空。 由于器件的 CMRR 不是理想值、因此会出现一定程度的差分电压、但这也是 TVS 二极管(和旁路电容器)的作用所在。  

正如 Raymond 所说的、我们 过去的测试 使用 了1.2 50µs CWG 波形、其中一个波形与非对称线相关联、而导线似乎符合非对称线的定义、 但是、在一天结束时 、测试细节和通过/失败标准将取决于定义产品和相关测试的人员或团队确定合规性所需的条件。  显然、更稳健、受良好保护的系统通常是更可取的、因此如果它同时通过共模和差分浪涌测试、那么它就更好了、但它取决于您确定的必要条件。

谢谢、

Jon

您好、Yash、

您还记得这个主题吗？

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/958134/xtr117-failing-surge-immunity-test-where-ti-s-tipd126-design-passes

Kai

是的、Kai、我记得、他非常乐于助人。 但是、根据您的答案、您说500V 是最大额定值、因此 SMBJ 是合理的。

但是、如前所述、TI 的设计通过了5kV 测试。  

此外、我再次提出这个问题是因为我想了解它背后的计算方法。

您好、Yash、

这显然是一个错误。 没有人必须在高达5kV 的电压下对信号线路进行浪涌测试。 我之前说过、500V L-L 和1kV L-E 是标准电平。

BAS70也无法承受5kV/42R = 119A。 这是荒谬的。

Kai

您好、Yash、

正如我先前建议的、我们在由+24V 过程控制电源供电的类似应用中使用1.5KE36CA 或 SMCJ30CA。 上述 TVS 的阈值电压为+30V、比+24V 高25%、从而允许+24V 过程控制电源具有一些容差。

而不是 BAS70采用稳健耐用的整流二极管、这不仅允许浪涌电流流动、还显示出足够高的最大反向电压。 或将二极管安装在 TVS 后面。

Kai

您好、Kai、我是 Yash 团队的一员、参与了这个项目。 在这个线程之后、我们 修改了我们的设计

不过、奇怪的是、在施加1kV L-E (平衡、所有线路接地)时、我们发现浪涌会损坏 XTR 和我们的微控制器、同时使两个 L-E TVS 二极管保持不变。 这是令人困惑的、但原理图的另一部分中的以下 EMI 滤波器可能允许浪涌绕过 TVS 并从机箱接地耦合到微控制器的 GPIO 引脚？

我们还无法在~45MHz、3V 测试电平下进行传导射频测试。 在某种程度上、噪声会耦合到 ADS114S06输入引脚、但由于这是共模噪声、ADS 的 CMRR 应该已经消除了它、对吧？

如果它提供了另一个线索、我们在 ADS114S06输入引脚上具有相同的 EMI 滤波器保护。 我们可以在下一个测试日尝试删除这些内容、看看它是否有用。

您好、Gaurav、

错误是您将 TVS 二极管从信号和直流电源线放置到保护接地端。 切勿这样做、因为这样会强制浪涌电流流经信号接地连接、而浪涌电流通常永远不会流过。

仅将 TVS 二极管从信号和直流电源线连接到信号接地、必要时通过10nF/1kV 电容器将信号接地旁路到保护接地。 当 L-E 浪涌测试时、没有浪涌电流流入10nF/1kV 电容器、那么只有一个充电电流不会持续很长时间、很容易承受。

如果在某些地方意外地出现了从信号接地到保护接地的电视(没有专业的工业电子电路是很好的原因！) 您需要加强所有涉及的保护电路、这会使电路变得一团糟。 因此、切勿将 TVS 从信号和直流电源线连接到保护接地端。 将其连接在信号和直流电源线与信号接地之间、如有必要、通过10nF/1kV 电容将信号接地旁路至保护接地。

请记住、XTR117和类似产品旨在与传感器侧(XTR117所在的位置)的保护接地完全隔离。 从 PELV 供电时、接收侧的分流器和24V 电源可能以保护接地为基准。 但不在传感器侧！

还请记住、XTR117的"IRET"引脚和其他引脚没有信号接地。 它们可能在电路中以这种方式工作、但实际上它们是完全浮动的、无法吸收形成其他电路的接地回路电流或流入"暂时"连接到"IRET"引脚的屏蔽层的电流。 "IRET"和 XTR117的大多数其他引脚是超敏感和易受影响的节点。 这意味着传感器侧必须远离保护接地或连接到保护接地的物体、甚至必须将杂散电容最小化、以保护接地。 但 XTR117完全不受浪涌的影响！

但不要犯错、将某些东西连接到 XTR117的输入端、XTR117的输入端再次与保护地球有一定的连接、并破坏了与保护地球完全隔离的效果。 那么、您很可能无法通过大多数 CE 测试。

共模滤波器 L2上的一些字。 共模滤波器的危害往往要大于性能。 除非绝对需要、否则我始终会省略共模滤波器。 在任何情况下、都不应在传感器(XTR117)侧使用带有 Y 电容器连接到保护接地端的共模滤波器。 请记住、Y 电容器不仅会将 EMI 分流以保护接地、这会很好、而且还会将保护接地的 EMI 注入信号接地。 这在接收端可能不是问题、但在传感器端可能意味着灾难。

Kai

尊敬的 Kai：

感谢您的详细回答。 如果我理解正确、我们需要移除 Y 电容接地(C41/C42)和 TVS 二极管接地(D2/D3)、并尝试不使用共模扼流圈。 我们将针对浪涌和传导射频实施这些更改。

但是、我只有一个疑问、那就是有关 ESD 的问题。 如果我理解正确、游戏的目的是将所有 ESD 分流到金属机箱中、使其尽可能远离电路的敏感部件、对吧？ 然后 PE 连接会释放电荷、从而缓慢地使外壳恢复电压。

对于所有直接放电到车身或通过水平/耦合平面、我了解金属底盘杂散电容到接地将消耗电荷。 一旦外壳充电至几 kV、如何在外壳与信号接地之间没有牢固连接的情况下保护内部电路免受可能的二次电弧的影响？ 最初的目的是实现从线路到接地的 TVS 、这样 它们将使电路击穿并通过环路+和-向上浮动、而不是积累足够的电势差、从而可能导致二次电弧。

此外、对于键盘按钮/LCD 显示引脚附近的空气放电、微控制器 GPIO 引脚上的 TVS 二极管(如我之前的注释中的 U9内部)需要以某种方式将 ESD 分流至接地。 我是否将它们连接到机箱接地(并破坏电路的浪涌隔离)或信号接地(并有可能损坏 XTR117的敏感 IRET 引脚)

您好、Gaurav、

是的、我会删除 L2。 FB1和 FB2应该足够高频滤波。 您还可以通过铁氧体套圈将运行到 XTR117的两条线路额外线程、从而形成共模扼流圈。 您可以在电缆的两端安装这样的铁氧体套圈。 但我不会使用具有 Y 电容器的共模滤波器。

D2和 D3绝对有意义。 但仅当它们以信号接地或直流电源接地为基准时。 "LOOP IN+"端子将连接到+24V 电源、对吧？ 在这里有电视是个好主意。 但请不要参考保护接地！

"loop in"会进入负载(负载)、对吧？ 在这里、TVS 同样可以保护分流器和以下电子器件。 但请将 TVS 参考到信号接地、而不是保护接地。 例如、当涉及 PELV 时、信号接地可能直接连接到此处的保护接地端。 这是可以的。 但不要与保护接地端建立一个等式连接、仅仅是因为信号接地与保护接地端之间没有连接、这是有充分理由的。

C45、C46和 C47也存在问题。 在这个地方、您不应该有这么大的电容、既不能保护接地、也不能保护信号接地。 为什么我们不希望有电容来保护接地、我在前面已经讨论过。 但是、即使 D3以直流电源接地或信号接地为基准、这种高电容也会适得其反、因为它会与负载并联。 如果完全与分流器并联、我会安装一个10nF 电容器、并在后面添加一个额外的 RC 低通滤波器。 与负载上的大电容相比、这可提供更好的低通滤波。 通过此测量、XTR117的输出不需要驱动进入电容短路。

[引用 userid="497584" URL"~/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1032609/xtr117-is-4-20-ma-output-port-considered-as-symmetric-or-asymmetric/3821257 #3821257"]外壳充电至几 kV 后，如何保护内部电路免受可能的二次电弧的影响，而不通过某种方式从外壳到信号接地之间建立牢固的连接？

法拉第笼的内部没有电场。 法拉第笼中的电子会移动并产生一个电气场、该电场会从外部完全抵消电场。 如果取消效果尚未优化、则只要取消效果完美、它们就会移动。 如果闪电击中您的汽车、您可以安全地触摸汽车底盘的内部。

如果 ESD 冲击金属外壳、则所有 ESD 电流都在金属外壳的外部层上流动。 皮肤效应使得 ESD 电流在金属外壳外部的微范围薄层内流动。 金属外壳的内侧没有电流流动。 连接到金属外壳内侧的电容器不会将任何此 ESD 电流导入金属外壳内侧。

这是理想的法拉第笼中正在发生的事情。 在非理想的法拉第笼中、法拉第笼的内侧可能不会完全没有电场。 是的、通过电容器将信号接地连接到金属外壳确实会强制信号接地和金属外壳处于相同的电位。 但是、如果 ESD 电流的相关部分现在注入到电子电路中、那么这种情况会造成比良好的损害更大的损害、否则、这种情况不会仅由不可避免的低杂散电容注入。

[引用 userid="497584" URL"~/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1032609/xtr117-is-4-20-ma-output-port-considered-as-symmetric-or-asymmetric/3821257 #3821257">此外、对于键盘按钮/LCD 显示屏引脚附近的空气放电、微控制器 GPIO 引脚上的 TVS 二极管(如我之前评论中的 U9内部)需要以某种方式将 ESD 分流到接地端。 我是否将它们连接到机箱接地(并破坏电路的浪涌隔离)或信号接地(并有可能损坏 XTR117的敏感 IRET 引脚)[/QUERPI]

切勿让 ESD 进入电子电路并在印刷电路板上运行。 如果发生这种情况、您就会迷路。 务必将 ESD 分流到金属外壳的外部(如果不能使用金属外壳、则应分流到合适的射频平面)。 物理学通过皮肤效应和法拉第笼的机制为您提供帮助。 ESD 始终会搜索到土壤的最佳路径、这会自动成为电感最低的路径。 这是 Faraday 笼和电缆屏的外侧、如果您只允许这样做的话。 ESD 不想进入电路、但当没有其他方法找到土壤时、ESD 就会进入电路。

不得将金属外壳连接到保护接地端-当然也不得通过一根电线连接-以成为防止 ESD 的强大工具。 在法拉第笼外侧运行的 ESD 通过杂散电容自动发现土壤。 甚至不得将金属外壳连接到信号接地端以用作 ESD 防护装置。 当然、出于其他 EMI 目的、您希望金属外壳通过混合接地连接到信号接地、至少对于 HF 而言是如此。

浪涌的最后一点仍然是：如果您将金属盖子连接到保护接地端、并将信号接地端和整个电子元件通过10nF/1kV 电容器(也称为混合接地)连接到金属金属重合闸、 然后、在1kV L-E 浪涌的情况下、整个电子产品将移动大约几十微秒1000V、以远离金属粘膜的可能性。 电子设备必须能够承受这种情况。 例如、通过使用连接到信号接地的单独内部屏蔽、并在易受攻击的点使用合适的隔离来防止从电子器件到金属外壳的电弧(反之亦然)。 但是、与数十安培的浪涌电流毫不费力地流经电子器件相比、所有这些都更容易处理。

Kai  

尊敬的 Kai：

[引用 userid="339984" URL"~/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1032609/xtr117-is-4-20-ma-output-port-considered-as-symmetric-or-asymmetric/3821277 #3821277">是的、我会删除 L2。 fb1和 FB2应该足够高频滤波

FB1、FB2和电容器不会形成差分滤波器？ 如果 L2消失、我想知道什么会减弱从0.15 - 80MHz 注入的共模噪声。 这是 ADS114S06的 CMRR 消除 此噪声的任务吗？  或者、如果它耦合到 XTR 的 Iin、我会看到环路电流波动、对吧？

[引用 userid="339984" URL"~/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1032609/xtr117-is-4-20-ma-output-port-considered-as-symmetric-or-asymmetric/3821277 #3821277"> C45、C46和 C47也存在问题。 您在这个地方不应具有如此大的电容[/引述]

未填充(并且应该已标记为这种方式)。 它们就在 PCB 上、我们可以在 EMC 测试时提供相应的选项。 此外、我们无法访问系统的电源或负载侧、只能访问传感器侧。

[引用 userid="339984" URL"~/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1032609/xtr117-is-4-20-ma-output-port-considered-as-symmetric-or-asymmetric/3821277 #3821277"]

D2和 D3绝对有意义。 但仅当它们以信号接地或直流电源接地为基准时。 "LOOP IN+"端子将连接到+24V 电源、对吧？ 在这里有电视是个好主意。 但请不要参考保护接地！

"loop in"会进入负载(负载)、对吧？ 在这里、TVS 同样可以保护分流器和以下电子器件。 但请将 TVS 参考到信号接地、而不是保护接地。

[/报价]

我只能接触信号接地和保护性接地(通过机箱连接)。
我认为、由于浪涌是通过保护性接地端施加的、并且底盘接地端连接到保护性接地端、因此我可能需要 TVSes 和保护性接地端。  

[引用 userid="339984" URL"~/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1032609/xtr117-is-4-20-ma-output-port-considered-as-symmetric-or-asymmetric/3821277 #3821277"]金属外壳不得连接到保护接地端、也不得通过一根电线连接、从而成为一种强大的防 ESD 工具。 在法拉第笼外侧运行的 ESD 通过杂散电容自动发现土壤。 甚至不得将金属外壳连接到信号接地端以用作 ESD 防护[/引述]

当然、我们不会将外壳连接到信号接地、但根据我们对竞争产品的研究、将外壳连接到保护接地以实现瞬态保护、并在电源端附近连接电缆屏幕是行业标准程序 请参阅产品安装手册中的以下片段。

对于 ESD、我们尝试通过将金属外壳接地并使电路悬空来模拟 OTT 博士的书中的这种情况、从而使二次电弧极不可能发生。

但是、除了在 LCD 段引脚和键盘按钮附近进行空气放电外、所有这些功能都能完美工作。 因此、如果我将 TVS 二极管从 LCD 段引脚和键盘 GPIO 引脚连接到机箱接地、那么 ESD 不会通过电路、对吧？ 目前就是这种情况、我们没有 ESD 损坏的问题。 但是、我们的器件在浪涌中发生故障、我怀疑我们的 ESD 缓解 TVS 二极管会将电路隔离断开以保护接地、并提供浪涌路径以损坏 XTR。

如果我要将 GPIO 引脚 TVS 二极管连接到信号接地而不是机箱接地、并将混合接地从信号接地添加到保护接地、它是否满足 ESD 和浪涌要求？ 这样、混合接地会在阻止浪涌的同时分流 ESD。

您好、Gaurav、

很难对我根本不知道的产品发表评论。 因此、我无法对 LCD 和键盘按钮做出非常具体的评论。 通常的措施是利用100p...1nF 电容器将 ESD 从易受攻击的点分流到实心接地层、然后通过100p...1nF 电容器再次从该电容器分流到外壳。 但此处不应使用 TVS、因为正如您提到的、这会为浪涌创建一条路径。

除非产品包含安全等级 I 的组件、否则无需将金属外壳连接到保护接地端。 即使是这样、也无需将信号接地连接到保护接地、除非使用了安全的 I 类电源变压器。 但通常、您使用的是安全主电源变压器、即安全等级 II 则根本不需要将信号接地连接到保护接地。

[引用 userid="497584" URL"~/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1032609/xtr117-is-4-20-ma-output-port-considered-as-symmetric-or-asymmetric/3821284 #3821284"]请参阅产品安装手册中的以下片段。

不要过分依赖这些安装手册。 其中许多学校采用旧的教学方法，这些方法已不再有效。 而且，有许多不同的哲学是相互排斥的，不能相互配合。 在早期、电缆屏幕仅在一侧连接、以防止发生回路。 但今天我们已经了解到，我们再也不能用所有这些大幅增加的 EMI (手机...)来实现这一点。 今天、我们在屏蔽电缆中运行信号线、屏蔽层连接到电缆进出控制柜的两侧的保护接地端。 信号接地可自由浮动、仅通过10nF/1kV 电容器连接到保护接地、但绝不通过 TVS 连接。

Kai

 

Kai、

[引用 userid="339984" URL"~/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1032609/xtr117-is-4-20-ma-output-port-considered-as-symmetric-or-asymmetric/3821317 #3821317"]无需将金属外壳连接到保护地

如果使用 金属螺栓将整个设备安装到更大的接地系统上、我认为我无法将机箱与地面隔离。
我不希望仅为了从现场了解设备由于机箱安装连接创建接地路径而发生故障而对浮动设备进行认证。

尽管如此、在我们的第一个测试中、我们未通过 ESD 测试、但在没有 L-E TVS 二极管和电容器的情况下通过了浪涌测试。 这与机箱是否接地无关。

在我们的下一个测试中、将机箱接地并添加上述组件 L-E、我们在没有悬挂装置的情况下通过了 ESD、但浪涌失败。

因此 、让机箱保持接地、 我们将尝试您所说的内容、并在获得结果后返回给您。
所有 TVS 都是用于信号接地的 GPIO、而不是机箱接地、我们将具有从信号接地到机箱的混合接地。

Kai、您非常乐于助人、感谢您提供的宝贵支持。

祝你好运

Kai