Разработка узла бесконтактной передачи информации, Частотное детектирование + общая критика Опции

[Stepanich]

Здравствуйте.

Разрабатывается узел бесконтактной передачи информации. Узел представляет собой две пластины, расположенные друг напротив друга на расстоянии около 0,5 мм. Одна пластина закреплена неподвижно, вторая - вращается относительно первой. Задача обеспечить двунаправленную передачу цифровых сигналов с одной стороны на другую. Параметры следующие.
- скорость передачи: не менее 500 кбит/с;
- количество каналов на стационарной стороне: 2 принимающих, 1 передающий;
- ёмкость каждого канала: не более 10 пФ;
- потребление: не более 0,5 Вт;
- устойчивость к синфазным помехам.

Были рассмотрены способы, применённые фирмами Texas Instruments и Silicon Labs.
Выбор был сделан на решении фирмы Silicon Labs: использование непрерывной модуляции должно обеспечивать большую помехозащищённость в сравнении с кодированием перехода уровня сигнала:


Была разработана модель узла (прикладываю со всеми внешними файлами):
 Isolator_21.08.2018.rar ( 5.44 килобайт ) Кол-во скачиваний: 11



В качестве формирователя несущей предполагается использование осцилляторов с LVDS выходом (Abracon, Epson и т. п.); в качестве ключей - аналоговые SPST или SPDT ключи. Оба эти элемента в модели заменены на идеальные.
Ёмкость между пластинами в модели задана конденсаторами Cdiff. Модулирующий сигнал (собственно, который нужно передать) поступает на ключи, коммутирующие в/ч несущую (150...250 МГц) на усилитель и изоляционный барьер. С выхода изоляционного барьера сигнал поступает на преобразователь дифф. сигнала в униполярный, затем усредняется и поступает на компаратор, восстанавливающий исходный (модулирующий сигнал). Сейчас основная проблема в том, что длительность восстановленного сигнала искажается при изменении ёмкости изолирующего барьера (приведены диаграммы для ёмкости 10 пФ и 100 пФ):


Это связано с изменением уровня входного сигнала на компараторе и несимметричности постоянной времени нарастания и спада сигнала, формируемого узлом усреднения (AVERAGING). Да и сам узел AVERAGING является неэффективным по входному току. Хочется выработать для данного узла решение, устраняющее эти недостатки (например, частный детектор).

Итак вопросы:
- как можно решить проблему искажения выходных сигналов при изменении ёмкости барьера?
- на что ещё обратить внимание в решении задачи создания цифрового изолятора (критика остальной части схемы)?

Спасибо.

[Plain]

Вопрос был, какая она в ТЗ указана.

[Stepanich]

Вопрос был, какая она в ТЗ указана.

Узел передачи энергии состоит из вращающегося трансформатора, драйвера и выпрямителя 48 В -> 48 В. Пока не известно, будут ли объединены земли.

1. При поддержании отношения D/h > 3 там все хорошо, D- диаметр, h- расстояние между катушками.

Т. е. коэффициент связи хотя бы 0,9?

2. Не факт

Электрическое поле полностью подавляется тонкой медной фольгой. Для подавления магнитных помех эта фольга ничего не даст. Тут важна и толщина, и тип материала (пермаллой, сталь и т. п.).

3. Не факт
В вашем применении сложнее всего было бы изолировать передачу данных по одному индуктивному каналу от другого(и от передачи питания), т.к. при вращающихся парах плоские трансформаторы будут либо вложенными, либо будет временное разделение передачи/приёма. Короче свои нюансы, но не те, что вы указали.

Согласен.

[Lerk]

Т. е. коэффициент связи хотя бы 0,9?


Электрическое поле полностью подавляется тонкой медной фольгой. Для подавления магнитных помех эта фольга ничего не даст. Тут важна и толщина, и тип материала (пермаллой, сталь и т. п.).

k зависит от множества параметров, и указанное мною отношение - далеко не единственный из них На практике для передачи сигнала вы можете работать и с k=0,3, просто это несколько усложняет детекцию и снижает помехоустойчивость(либо дает увеличение потребления энергии). Гораздо более важно k при передаче энергии.

Магнитные помехи это не какое то шаманство, все считается по формулкам. Если у вас огромная вращающаяся пара, то, вероятно, могут быть сложности. А еще могут быть сложности с тем, чтобы конструктивные материалы пары не гасили магнитное поле, но раз у вас энергия по трансу гонится, значит с этим уже разобрались