|
Разработка узла бесконтактной передачи информации, Частотное детектирование + общая критика |
|
|
|
Aug 21 2018, 18:54
|
Местный
Группа: Свой
Сообщений: 232
Регистрация: 8-06-05
Из: Москва
Пользователь №: 5 847
|
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.
|
|
|
|
|
Aug 22 2018, 08:01
|
Профессионал
Группа: Свой
Сообщений: 1 262
Регистрация: 13-10-05
Из: Санкт-Петербург
Пользователь №: 9 565
|
Цитата(Stepanich @ Aug 21 2018, 22:54) - ёмкость каждого канала: не более 10 пФ; - количество каналов на стационарной стороне: 2 принимающих, 1 передающий; - устойчивость к синфазным помехам. т.е вы хотите разместить 6 вложенных колец по 10 пФ. Вы это вообще рисовали? Даже два кольца сложно будет разместить с одинаковой площадью друг в друга. Причём помеха на внешнее кольцо, вроде, больше влияет. Так что думайте насчёт одного полудуплексного канала. Цитата(Stepanich @ Aug 21 2018, 22:54) 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 Ну и зря. Ненужна там никакая модуляция вообще. Просто передавайте сразу цифровые данные. Лучше закодируйте их чем-то типа БЧХ и синхру хорошую добавьте для организации временного разделения. Цитата(Stepanich @ Aug 21 2018, 22:54) 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. Зачем всё это??? У меня 74LVC2G125 прекрасно передаёт 15Мбит канальных на несколько сантиметров. Цитата(Stepanich @ Aug 21 2018, 22:54) Это связано с изменением уровня входного сигнала на компараторе и несимметричности постоянной времени нарастания и спада сигнала, формируемого узлом усреднения (AVERAGING). Не замечал чтобы фронты зависили от ёмкости барьера, уровень - да. Может потому, что кодировал передачу данных манчестером и количество нулей и единиц в сообщении было постоянным. Цитата(Stepanich @ Aug 21 2018, 22:54) С выхода изоляционного барьера сигнал поступает на преобразователь дифф. сигнала в униполярный И вот AD8009 справится с сигналом 250МГц при 200к на входе? Цитата(Stepanich @ Aug 21 2018, 22:54) - потребление: не более 0,5 Вт; 90мВт во время приёма данных, и то из-за АРУ.
|
|
|
|
|
Aug 22 2018, 10:46
|
Местный
Группа: Свой
Сообщений: 232
Регистрация: 8-06-05
Из: Москва
Пользователь №: 5 847
|
Всем доброго дня и спасибо за участие. 1. Ни светодиоды, ни радиоканал использовать нельзя. 2. Не знаю, что такое вывод изображения на колесо. В любом случае, это не относится к изображению. Это является частью системы бесконтактной передачи энергии (вращающийся трансформатор) и информации - замена колец-щёток. 3. На входе AD8009 не 200 кОм, а выходное сопротивление ПДУ. Если в модели 200 кОм заменить на 200 Ом, картина не меняется:
4. От ёмкости зависит амплитуда выпрямленного сигнала, поэтому при фиксированном пороге компаратора длительность выходного сигнала не стабильна. 5. Униполярная передача сигнала не подходит: земли у неподвижной и вращающейся пластин не объединены, нужна именно дифф. передача. 6. Передавать сразу цифровые данные нельзя, т. к. это не 8b10, а дискретные сигналы, где уровень "1" может быть бесконечно долгим. 7. Шесть колец, образующие указанную ёмкость, успешно размещены на пластинах.
|
|
|
|
|
Aug 22 2018, 12:08
|
Гуру
Группа: Свой
Сообщений: 2 563
Регистрация: 8-04-05
Из: Nsk
Пользователь №: 3 954
|
Разделите ВЧ и НЧ как в изоляторах от TI. http://www.ti.com/lit/ds/symlink/iso7421-ep.pdfФронты передаются напрямую как plain нарисовал, только дифференциально если синфазных помех боитесь. А чтобы случайно не потерять состояние выхода после продолжительного простоя, по второму каналу ШИМом - состояние по DC. По картинке изменение длительности импульсов при изменении ёмкости всего десяток нс, вам зачем столько для передачи 500кбит/с потока? Ещё можно взять езернет phy, только c MII (а не RMII, там надо думать что с клоками делать), lan8710 какой-нибудь. Если ему зажать навсегда TXEN, тогда то что подано ножки TXD[3:0] само будет сериализовано, пропущено через 8b10b и через 40нс вылезет с другой стороны на ножках RXD, сразу 4 канала. 40нс джиттера для 500кбит/с канала тоже не проблема. А если хотите через этот канал ШИМ передавать, то джиттер в отличии от вашей схемы в среднем испортить скважность не должен.
|
|
|
|
|
Aug 22 2018, 13:53
|
Местный
Группа: Свой
Сообщений: 232
Регистрация: 8-06-05
Из: Москва
Пользователь №: 5 847
|
_pv, решение, как у TI хорошо, когда оно реализовано на одном на кристалле: тамошний конечный автомат не так-то просто создать на дискретных элементах. По крайней мере, для меня это проблематично. Применение EPHY - очень интересное предложение, но боюсь, емкость линии слишком мала для обеспечения нормальной связи. Типовая ёмкость начинается с нФ:
Ёмкости в 10 пФ будет недостаточно для передачи таких длительностей на терминацию в десятки Ом:
Но если увеличить величину терминации до 10кОм, сигнал пролезает:
Пока не знаю, можно ли будет подавать этот сигнал напрямую на PHY, или его нужно будет буферизировать тем же ПДУ.
|
|
|
|
|
Aug 22 2018, 14:56
|
Гуру
Группа: Свой
Сообщений: 2 563
Регистрация: 8-04-05
Из: Nsk
Пользователь №: 3 954
|
Цитата _pv, решение, как у TI хорошо, когда оно реализовано на одном на кристалле: тамошний конечный автомат не так-то просто создать на дискретных элементах. По крайней мере, для меня это проблематично. дарю ещё одну дурацкую идею - взять готовую микросхему от TI и распилить пополам/стравить корпус у езернета десятки нФ на картинках это для замены трансформаторной развязки т.е. для работы ещё на 100м кабеля после. если у вас расстояния - сантиметры, всё куда проще. у cat5 витой пары длиной 100м, где езернет ещё вполне работает, insertion loss больше 13дБ на 30МГц (максимальная частота после mlt-3). 10пФ на 30МГц по сравнению со 100Ом импеданса сделает не хуже, а на более высоких частотах только лучше. и это можно легко проверить принеся в жертву небольшой короткий патчкорд, разрезать его, запаять 10пФ последовательно и посмотреть будет ли связь или нет. или вообще просто к вашей емкостной развязке подключить. ну и с согласованием потом ещё пошаманить можно, вообще убрав его с приёмной стороны, оставив 10кОм, раз расстояния совсем небольшие.
|
|
|
|
|
Aug 23 2018, 09:05
|
Профессионал
Группа: Свой
Сообщений: 1 262
Регистрация: 13-10-05
Из: Санкт-Петербург
Пользователь №: 9 565
|
Цитата(Stepanich @ Aug 22 2018, 14:46) 4. От ёмкости зависит амплитуда выпрямленного сигнала, поэтому при фиксированном пороге компаратора длительность выходного сигнала не стабильна. Возьмите любой другой вид кодирования сигнала с постоянной амплитудой, а на приёмнике поставьте АРУ, а уже за ним пороги и декодеры. ЧМ, ФМ, ШИМ... Цитата(Stepanich @ Aug 22 2018, 14:46) 5. Униполярная передача сигнала не подходит: земли у неподвижной и вращающейся пластин не объединены, нужна именно дифф. передача. И что манчестер нельзя передать дифференциально на скорости 500кбит? Цитата(Stepanich @ Aug 22 2018, 14:46) 6. Передавать сразу цифровые данные нельзя, т. к. это не 8b10, а дискретные сигналы, где уровень "1" может быть бесконечно долгим. LMH6552 поставить можно, а микроконтроллер с ком портом нет?
|
|
|
|
|
Aug 23 2018, 15:13
|
Местный
Группа: Свой
Сообщений: 232
Регистрация: 8-06-05
Из: Москва
Пользователь №: 5 847
|
Цитата(_4afc_ @ Aug 23 2018, 12:05) Возьмите любой другой вид кодирования сигнала с постоянной амплитудой, а на приёмнике поставьте АРУ, а уже за ним пороги и декодеры. ЧМ, ФМ, ШИМ... Не могли бы вы порекомендовать источник, где можно почитать о подобной реализации? Или рассказать чуть подробнее о предлагаемых способах. Я не спец. в методах радиосвязи, а это, я так понимаю, оттуда (детектор огибающей, промежуточная частота и т. д.) Цитата(_4afc_ @ Aug 23 2018, 12:05) LMH6552 поставить можно, а микроконтроллер с ком портом нет? да, должна быть использована жёсткая логика, без ЭППЗУ. Цитата(Plain @ Aug 22 2018, 22:35) Урежьте осетра до вышепредложенных 10 МГц и кодируйте передаваемые сигналы, например, ШИМ — тогда всё реализуется парой заурядных логических элементов. Вы имеете в виду: на передающей стороне преобразователь напряжение - скважность, на приёмной - скважность - напряжение? Цитата(_pv @ Aug 23 2018, 15:20) 1) да не устанавливается там связь как таковая, если без autonegotiation сконфигурировать phy (подтяжками в момент включения) в определённый режим 100FullDuplex например, то вроде сразу должен начинать слать. ему без разницы услышит его кто или нет. В документации присутствует описание процесса линковки (короткий одиночный импульс). Я так понимаю, что даже если режимы работы заданы жёстко, сначала и при каждом обрыве связи запускается процесс линковки? Цитата(_pv @ Aug 23 2018, 15:20) 2) станет неактивным RXDV и CRS, а что на выходах будет - надо даташит смотреть, возможно в нуле останутся. Понял, спасибо. Т. е. на всякий случай, можно использовать объединять RXDV и CRS с выходными сигналами по "И". Решил добить исходное решение:
Теперь дрожание фронта составляет 7 нс и то с одной стороны. Идея - отказ от выпрямителя и схемы усреднения и переход на ВПС с пороговым элементом. Далее - только цифра. RS триггер планирую заменить на счётчик MC74AC4040, для увеличения помехозащищённости за счёт работы со вторым-третьим разрядом.
|
|
|
|
2 чел. читают эту тему (гостей: 2, скрытых пользователей: 0)
Пользователей: 0
|
|
|