3.3. Проводные каналы передачи сигналов

Каналы передачи информации по проводам состоят из источника сигнала, линии связи и приемника. Выбор перечисленных компонентов существенно влияет на помехозащищенность канала. Ниже приведены идеализированные модели источников и приемников сигнала, позволяющие понять их основные свойства.

3.3.1. Источники сигнала

Источники сигнала (например, датчики и измерительные преобразователи, передатчики физических интерфейсов, выходные каскады модулей вывода и др.) могут быть незаземленными (рис. 3.74-а), заземленными (рис. 3.74-б) и балансными (парафазными) (рис. 3.74-в, -г).

а)	б)	в)	г)
Рис. 3.74.  Заземленный (а), плавающий (б) и балансный (в, г) источники напряжения сигнала

Примерами незаземленных ("плавающих") источников сигнала являются батарейки, источники сигнала с батарейным питанием, термопары, трансформаторы, изолированные операционные усилители, изолирующие DC-DC преобразователи. Сигналом в этих случаях является разность потенциалов между выводами источника ( ). Потенциал выводов относительно земли   является паразитным (синфазной помехой), поскольку не участвует в передаче информации от источника в линию связи.

У заземленного источника сигнала один из выводов заземлен (рис. 3.74, б) и напряжение второго вывода измеряется относительно земли. Заземленный источник можно получить из плавающего, если один из его выводов заземлить. Однако получить плавающий источник достаточно сложно, поскольку сам принцип построения датчика или схемы преобразования измеряемой физической величины в напряжение часто не позволяют этого сделать. Поэтому плавающие источники конструктивно и схемотехнически часто сложнее, чем заземленные.

Балансный источник напряжения (рис. 3.74, в) представляет собой комбинацию из двух источников напряжения, работающих синхронно. Сигналы источников симметричны ("сбалансированы") относительно некоторого уровня напряжения (рис. 3.75): если на выходе одного источника высокий уровень, то на другом - низкий, и наоборот. Размах напряжения между клеммами источника равен удвоенной разности напряжений  (Klimchynski). Синфазное напряжение  .

Балансный источник напряжения можно представить эквивалентной цепью, показанной на рис. 3.74-г), где  ,  . Эта цепь более наглядно показывает смысл термина "балансный источник": напряжения на его клеммах симметричны относительно напряжения источника  . Примером балансных источников напряжения могут быть выходные каскады передатчиков интерфейса RS-485.

Рис. 3.75. Осциллограммы напряжений на выходах балансного источника напряжения

Источники сигнала могут быть не только источниками напряжения, но и источниками тока (рис. 3.76). Источники тока также могут быть заземленными или плавающими. Балансный источник тока, в котором токи обоих выводов равны и противоположно направлены (рис. 3.76-в), полностью эквивалентен незаземленному источнику (рис. 3.76-б), поскольку разность одинаковых токов равна нулю. Примерами источников тока могут быть источники стандартного сигнала 0-20 мА, 4-20 мА, источники тока интерфейсов "токовая петля" и HART.

Особо можно отметить источник сигнала интерфейса CAN, который в режиме передачи доминантного состояния (логической единицы) является балансным источником напряжения, а при передачи рецессивного состояния (логического нуля) является источником тока нулевой величины. Модель источника содержит ключи (рис. 3.77) для переключения между режимами источника напряжение и тока. Для обнаружения нулевого тока в такой цепи принципиально необходимо наличие сопротивления  , в противном случае при размыкании ключа напряжение между клеммами источника становится неопределенным.