Передача сигналов на большие расстояния в схемах на микроконтроллере

May 8, 2014 by admin Комментировать »

Существует неписанное правило — чем дальше от конечной нагрузки сигнала удаляется выход MK, тем больше «головной боли» появляется у разработчика. При больших расстояниях образуются отражения в длинной линии, искажающие форму сигнала. Особенно это заметно на фронтах импульсов, где возникает так называемый «звон» — затухающий колебательный процесс, который может быть воспринят как серия ложных коротких импульсов.

Простое снижение скорости передачи данных в тракте хотя и помогает, но не всегда. Гораздо чаще приходится принимать меры аппаратного и программного плана. Например, ставятся буферные усилители, устойчиво работающие на низкоомную нагрузку, или вводятся программные задержки, чтобы отсеять «звон».

Нужны ли ВЧ-кабели при передаче импульсных НЧ-сигналов на большие расстояния? С одной стороны, амплитуда сигнала что с НЧ-, что с ВЧ-кабелем останется прежней. Другое дело — искажение формы на фронтах импульсов, причём предугадать или рассчитать их характер довольно сложно.

Если фронт получается слишком пологим, то момент регистрации сигнала может сдвинуться слишком далеко во времени. Если, наоборот, на фронтах появляются выбросы или колебательные процессы, то пороговое устройство на противоположном конце тракта может зафиксировать пачку ложных импульсов.

По теории, чем круче фронт сигнала, тем шире его спектр и больше гармоник. Следовательно, чем широкополоснее линия связи и лучше выполнено согласование волнового сопротивления кабеля, тем более точно будет воспроизводиться форма сигнала. В идеале она должна приближаться к прямоугольной. Этому, как раз, и способствует применение ВЧ-кабелей в НЧ-аппаратуре.

На Рис. 2.93, а…ж приведены схемы передачи сигналов от МК  на большие расстояния.

Рис. 2.93. Схемы передачи сигналов от MK на большие расстояния (начало):

а) демпферная цепочка R1, C1 гасит колебательные процессы на фронтах импульсов. В качестве приёмного порогового элемента специально поставлен триггер Шмитта DD1, чтобы повысить помехоустойчивость;

б) «антизвонный» резистор R1 позволяет улучшить согласование между низким выходным импедансом выхода MK (10…30 Ом) и волновым сопротивлением длинного ленточного кабеля (120… 150 Ом). Важный нюанс. Резистор R1 ставится на стороне передатчика, а не приёмника, иначе теряется эффективность согласования. Необязательный резистор R2 нужен, чтобы вход КМОП-микросхемы DD1 не «висел в воздухе» при начальном сбросе MK или обрыве кабеля;

в) логический элемент «4И-НЕ» ДД/допускает работу на низкоомную нагрузку. Резистор R2 выбирается 51 или 75 Ом в зависимости от волнового сопротивления коаксиального кабеля. Информационный сигнал  вых формируется с нижнего выхода MK. Выставляя НИЗКИЙ уровень на верхнем выходе MK, можно его запретить. Резистор R1 нужен, чтобы выводы 1,2 микросхемы DD1 не «висели» в воздухе. Альтернативный вариант — обойтись без резистора R1 и соединить вместе выводы 1 и 4, 2 и 5 микросхемы DD1, но тогда увеличится нагрузка по току на MK;

г) нагрузкой эмиттерного повторителя VT1 служит «параллельный» резистор R2 на дальней стороне. «Последовательный» резистор R1 размещается на ближней стороне. Волновое сопротивление коаксиального кабеля 50 Ом. Триггер Шмитта DD1 (фирма Motorola) восстанавливает форму сигнала и передаёт его в систему в уровнях ТТЛ;

д) DA1, DA2 — это низковольтные экономичные приёмопередатчики интерфейса RS-232 (фирма Maxim/Dallas), удлиняющие линию связи на десятки метров при частотах до 100 кГц;

е) лучше всего справляются с передачей сигналов на длинные расстояния специализированные «чипсеты», состоящие из мощного драйвера DD1 и высокочувствительного приёмника DD2. Подобные пары выпускают многие фирмы, в данном случае Motorola. Гарантированное время нарастания/спада передаваемых импульсов по коаксиальному кабелю — 20 нс;

Рис. 2.93. Схемы передачи сигналов от MK на большие расстояния (окончание):

ж)        передача чёрно-белого видеосигнала от MK с полосой пропускания до 10 МГц через «чипсет» на микросхемах DA1, Д42фирмы Maxim/Dallas.

Источник: Рюмик, С. М., 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2 / С. М. Рюмик. — М.:ЛР Додэка-ХХ1, 2011. — 400 с.: ил. + CD. — (Серия «Программируемые системы»).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты