Вплив динамічного та статичного придушення синфазної перешкоди на цілісність сигналу
NUD4700 - електронний шунт для світлодіодів від ON Semiconductor
Останнім часом світлодіодне освітлення знаходить все більшого застосування. Основним фактором, що сприяє розширенню секторів застосування потужних світлодіодів, незважаючи на їхню досить високу ціну, є великий ресурс та надійність. Особливо це важливо для відповідальних застосувань, де оперативна заміна світильників, що вийшли з ладу, утруднена, а їх відмова призводить до істотної втрати функцій програми. Одним з методів підвищення надійності потужних кластерних світлодіодних освітлювальних приладів є активне шунтування окремих світлодіодів, що вийшли з ладу. У цьому випадку поодинока відмова світлодіода не призведе до втрати суттєвої частини світлового потоку. Активний шунт NUD4700, розроблений On Semi, підвищує надійність світильників із послідовним включенням потужних світлодіодів.
Сутінкова фотометрія: завдання майже вирішено
У статті висвітлено проблеми, пов'язані з оцінкою яскравості в умовах сутінкового зору, а також описані та зіставлені можливі варіанти систем оцінки сутінкового сприйняття.
Самоузгоджена модель люмінесцентної лампи
Частина 2. Моделювання електричних, оптичних та електрокінетичних характеристик ламп та комплекту «лампа-ПРА» при їх роботі в мережі промислового струму 50 Гц.
Реклама наших партнерів
Оптрони, які забезпечують надійну гальванічну розв'язку, дозволяють захистити систему від високовольтних викидів напруги, а також здатні пригнічувати сильні перехідні синфазні перешкоди, які можуть викликати підвищений рівень шуму у вихідному сигналі. У статті обговорюються ключові фактори, що визначають ступінь пригнічення синфазних перешкод оптронах. Стаття є перекладом [1].
Шум може мати різноманітні джерела. Він може виникати, наприклад, через ємнісний зв'язок пристрою з розташованим поблизу електростатичним полем, індуктивного зв'язку з магнітним полем або резистивного зв'язку внаслідок різниці потенціалів землі. Для боротьби з таким видом шуму в пристроях часто використовується придушення синфазної перешкоди для ослаблення сигналів, які є синфазними щодо входу. Це особливо важливо в умовах високого рівня перешкод, тому що шум проявляється як усунення на входах. Здатність пристрою послаблювати шум і передавати сигнал без спотворень має ключове значення збереження цілісності сигналу.
Найважливішими факторами, які визначають здатність пристрою придушувати синфазний сигнал, є синфазна напруга та синфазний перехідний шум. Коли напруга синфазного шуму виходить за діапазон вхідного сигналу інтерфейсу або діапазон придушення синфазного напруги, слід використовувати гальванічну розв'язку. Струм перемикання, який викликає перешкоди по напрузі, часто генерує синфазний перехідний шум, що визначається напругою та швидкістю зміни. Щоб вхідний сигнал не став спотвореним, необхідно відфільтрувати синфазний, так і перехідний шум.
Призначення пристрою, що розв'язує
Розв'язуючий пристрій використовується для з'єднання двох електричних блоків усередині системи, щоб вона могла передавати сигнали без фізичного з'єднання з приймальним вузлом. Найбільш широко як середовище для передачі сигналу в пристрої, що розв'язує, використовується світло. В цьому випадку як пристрій розв'язки застосовується оптрон, який забезпечує не тільки захист системи від високовольтних викидів напруги, але і придушення сильних перехідних синфазних перешкод, які можутьвикликати аномальну перехідну напругу або підвищений рівень шуму вихідного сигналу.
Ключовим параметром, який визначає якість придушення синфазних перешкод у пристрої, що розв'язує, є синфазний струм під час зміни напруги в перехідному процесі. Синфазний струм визначається з наступного виразу: ICM = C(dV/dt), де C - це паразитна ємність через конструктивні особливості корпусу приладу, наприклад, наявність вивідної рамки - і ємність з'єднання між світлодіодом і детектором, а dV/dt - швидкість зміни перехідної напруги. У цьому рівнянні приймається, що зовнішні фактори, такі як топологія друкованої плати або розміщення компонентів, оптимізовані та не вносять істотну паразитну ємність.
Щоб зменшити синфазний струм, важливо зменшити ці паразитні ємності. Значна відстань від світлодіода до фотодетектора (зазвичай 0,08...1 мм, як в оптроні ACPL-J313 компанії Avago) мінімізує паразитну ємність і, таким чином, забезпечує малі струми витоку під час перехідних синфазних перешкод. Оптрон ACPL-J313 має також вбудований фарадіївський патентований екран між вхідним світлодіодом і фотодіодом для більшого придушення синфазного шуму.
Цей прозорий внутрішній екран забезпечує оптичний зв'язок з фотодіодом і в той же час відводить електрично зв'язаний струм на загальний висновок, зменшуючи паразитну ємність, що, в свою чергу, послаблює синфазні перешкоди оптрона. Крім того, цей екран забезпечує розряд накопиченого на чіпі детектора заряду через високу синфазну напругу, прикладену до приладу протягом тривалого часу. Оптрон ACPL-J313 здатний покращити ступінь пригнічення синфазних перешкод на 40 кВ/мкс при 1,5-кВ синфазному напрузі.
З іншого боку, у системі, де мікроконтролерістотно віддалений від інтерфейсу, що розв'язує, і тому в ній є довгі провідники, можуть виникнути індуктивні перешкоди і спотворення сигналу. У цьому випадку оптопари з безпосереднім керуванням, такі як ACPL-M61L, працюють як «природні» фільтри. Для обмеження струму, який керує світлодіодом в оптопарі, потрібно увімкнути резистор, послідовно з'єднаний із входом світлодіода (див. рис. 1). Разом із внутрішньою вхідною ємністю світлодіода пари «резистор-конденсатор» утворює RC-фільтр нижніх частот для фільтрації високочастотних перешкод.
Статичне та динамічне придушення синфазних перешкод
Розв'язуючий пристрій забезпечує як статичне, і динамічне придушення синфазних перешкод. Статичне придушення синфазного сигналу – це здатність послаблювати сигнал, коли вхід перебуває у статичному стані високого чи низького рівня. Така ситуація зазвичай відбувається, коли система перебуває у черговому режимі. У цьому стані деякі компоненти системи вимкнені, щоб забезпечити зниження енергоспоживання, інші елементи включені, щоб детектувати вхідні сигнали. Система повинна постійно перебувати в тому самому стані, незалежно від наявності статичного синфазного шуму. Ця вимога гарантує, що перешкоди не спричинять помилкового запуску системи.
В умовах сигналів, що динамічно змінюються, система передає сигнал, який перемикається з одного логічного стану в інший. Щоб синфазний шум не зміг викликати спотворень вхідного сигналу, система повинна забезпечити фільтрацію перешкод динамічним придушенням синфазного сигналу. Зазвичай у системі динамічне придушення синфазних перешкод або змінної напруги слабше статичного придушення або постійної напруги, а ступінь придушеннясинфазних перешкод менше при більш високих синфазних напругах для постійної напруги.
Динамічний придушення синфазного сигналу забезпечує відсутність втрат сигналів у робочому режимі. У такому режимі більшість компонентів системи працює, і будь-який помилковий сигнал, який передає система, може викликати випадкове увімкнення або вимкнення пристрою. Така ситуація може призвести до короткого замикання, перегріву або виходу з експлуатації дорогих пристроїв, таких як електромотори та інші агрегати.
Придушення синфазних перехідних процесів
Деякі оптрони використовують метод кодування сигналу із запуском за рівнем. При такому методі світлодіод детектує рівень прямого струму, який задає вхідний сигнал і передає вихідний сигнал у вигляді світлового імпульсу на детектор. На відміну від даного методу, метод кодування із запуском по фронту сигналу, реалізований в інших пристроях, що розв'язують, генерує невеликі імпульси напруги під час переходу фронту вхідного сигналу (див. рис. 2).
У схемі кодування сигналу із запуском за рівнем тривалість імпульсів струму або напруги дорівнює 100 нс, як, наприклад, оптрон ACPL-072L від Avago. Тому ймовірність того, що динамічні перехідні перешкоди викличуть спотворення сигналу в такій системі менше, ніж у схемі кодування із запуском по фронту, де тривалість імпульсів дорівнює 2 ... 3 нс. Через короткий час наростання та спаду струму світлодіода динамічні перехідні перешкоди, швидше за все, викличуть незначне збільшення або зменшення тривалості імпульсу у схемі кодування сигналу із запуском за рівнем. А у схемі кодування із запуском по фронту можливий пропуск імпульсу. Таким чином, оптрони зі схемою кодування сигналу із запуском за рівнем мають найкраще динамічне придушеннясинфазного сигналу.
На малюнку 3 показані можливості динамічного придушення синфазного сигналу оптрона із запуском за рівнем ACPL-072L, який може забезпечити 10-кВ/мкс динамічне придушення синфазної перешкоди при частоті сигналу 25 Мбіт/с, зберігаючи при цьому цілісність сигналу.
1. Yeo Siok Been. Dynamic and static CMR: Impacts to signal integrity//EDN, June, 24, 2010.
Автор: Е Сек Бін (Yeo Siok Been), менеджер з маркетингу, Avago Technologies