Иванов Ю.И., Югай В.Я. Интерфейсы средств автоматизации

Подождите немного. Документ загружается.

221

Таблица 5.10

АИМЕНОВАНИЕ КОНФИГУРАЦИЯ

IL260-3: 5-Channel Isolator, 3.3/5V

IL710T-3: 125C, 1-Channel Isolator, 3V/5V

IL711-3: 2-Channel (both same direction) Isolator,

3V/5V

IL712-3B: 2-Channel (1 each direction) Digital Isolator,

IL715-3: 4-Channel (all same direction) Isolator, 3V/5V

IL716-3: 4-Channel (2 each direction) Isolator, 3V/5V

IL717-3: 4-Channel (3 transmit, 1 receive) Isolator,

3V/5V

IL7710-3: 85C 1-Channel Isolator, 3V/5V

222

Таблица 5.11

АИМЕНОВАНИЕ КОНФИГУРАЦИЯ

IL3285: Fractional Load Isolated RS485 Interface

IL3585: 3V/5V Isolated RS485 Interface

IL422-3V: 3V/5V Isolated RS422 Interface

IL422: Isolated RS422 Interface

IL485-3V: 3V/5V 2kV Bus ESD Isolated RS485 Inter-

face

IL485: 5V 2kV Bus ESD Isolated RS485 Interface

IL485W: Isolated RS485 Interface w/handshake

223

Перечень цифровых изоляторов аналогичного функционального назначе-

ния, производимых компанией Agilent Technologies, приведен в табл. 5.12.

Таблица 5.12

Тип

Каналы

Корпус PWD

Задержка

распро-

странения

300 mil

DIP

“Gull

Wing”

SO8

SO16 ши-

рокий

SO16 уз-

кий

(нс) (нс)

HPCL-0900 Один X

при 3.3 В

при 5 B

HPCL-9000 Один X

HPCL-0930 Два X

HPCL-9030 Два X

HPCL-9030-

300

Два X

HPCL-0931

Два двуна-

правлен-

ных

HPCL-9031

Два двуна-

правлен-

ных

HPCL-9031-

300

Два двуна-

правлен-

ных

HPCL-090J Четыре X

HPCL-900J Четыре X

HPCL-091J Четыре, 2/2

двунапр.

HPCL-901J Четыре, 2/2

двунапр.

HPCL-092J Четыре, 3/1

двунапр.

HPCL-902J Четыре, 3/1

двунапр.

Примечание: PWD

(Pulse Width Distortion) - искажение ширины импульса.

224

5.1.5.Изоляторы с элементом Холла

Магнитоуправляемые ИС на основе кремниевых датчиков Холла предна-

значены для выполнения следующих задач:

• бесконтактного измерения электрического тока;

• измерения индукции магнитного поля;

• построения датчиков, определяющих положение объектов в простран-

стве, скорость и направление их поступательного или вращательного

движения;

• построения устройств охранной и аварийной сигнализации.

Чувствительным элементом такого

датчика является элемент Холла. Фи-

зические эффекты, используемые в датчиках на основе элементов Холла, по-

казаны на рис.5.16. Если полупроводниковую пластину с током I поместить в

магнитное поле с индукцией В, то движущиеся в полупроводнике носители

заряда будут испытывать воздействие силы в направлении перпендикуляр-

ном магнитному полю и вектору скорости

носителей. В равновесном состоя-

нии эта сила будет компенсироваться индуцированным электрическим по-

лем, возникающем в результате перераспределения зарядов в полупроводни-

ковой платине. Это поле формирует на противоположных сторонах пластины

напряжение Vн, которое носит название электродвижущей силы (ЭДС) Хол-

ла.

Рис. 5.16. Элемент Холла

Одним из производителей магнитоуправляемых интегральных микросхем

является КО

«КРИСТАЛЛ» [www.krystall.net]. В табл. 5.13 приведены типы и

функциональные характеристики магнитоуправляемых микросхем КО

«КРИСТАЛЛ».

225

Таблица 5.13

Тип ИС

Тип выхода

ИС

Управляющее магнит-

ное поле

Схема выхода

УР1101ХП29 Логический Однополярное «S»

Открытый кол-

лектор

УР1101ХП39 Логический Однополярное «S»

Внутренний

Rнагр

УР1101ХП49 Логический Биполярное «N» и «S»

Открытый кол-

лектор

УР1101ХП30 Аналоговый Биполярное «N» и «S»

Парафазный

выход

В микросхемах УР1101ХП29, ХП39 и ХП49 (рис. 5.17) состояние выхода

изменяется под воздействием внешнего магнитного поля. Эти микросхемы

содержат интегральный датчик Холла (ДХ), дифференциальный усилитель

(ДУ), триггер Шмитта (ТШ), стабилизатор напряжения (СН), выходной n-p-n

транзистор c открытым коллектором (микросхема ХП39 имеет внутренний

резистор нагрузки) и схему защиты выходного транзистора от короткого за

мыкания (СЗ). Микросхема ХП39 не имеет такой защиты.

Рис. 5.17. Функциональная схема магнитоуправляемых микросхем с логиче-

ским выходом

226

Микросхемы УР1101ХП29, ХП39, ХП49 применяются в различных сис-

темах в качестве датчиков:

• определения скорости и направления движения (или вращения);

• бесконтактного зажигания горючей смеси в двигателях внутренне-

го сгорания;

• аварийной и охранной сигнализации;

• спидометров автомобилей;

• клавиатуры ЭВМ;

• концевых выключателей и т.п.

Рис. 5.18. Функциональная

схема ИС УР1101ХП30

Интегральная микросхема УР1101ХП30 содержит магниточувствитель-

ный элемент (датчик Холла) и усилитель с линейным выходом. (рис. 5.18)

Напряжение на выходе ИС пропорционально индукции воздействующего

магнитного поля. УР1101ХП30 состоит из датчика Холла (ДХ), стабилизато-

ра напряжения (СН), источника стабильного тока (ИТ) и линейного усилите-

ля с

парафазным выходом (У). Имеется возможность регулировки чувстви-

тельности микросхемы изменением коэффициента усиления ОУ с помощью

подсоединяемого к выводам 2 и 3 резистора Rу. Предусмотрена балансиров-

ка выходов усилителя по постоянному току с помощью потенциометра, под-

соединяемого к выводам 1 и 5.

227

Основные области применения микросхемы УР1101ХП30:

• датчики определения скорости и направления вращения;

• датчики угла поворота и конечного положения объекта;

• измерение индукции магнитного поля;

• бесконтактное измерение тока и т.д.

Компоненты аналогичного назначения на основе датчиков Холла выпус-

каются многими компаниями. В табл. 5.14 приведен перечень магнитоуправ-

ляемых микросхем серии К1116, выпускаемых отечественной промышленно-

стью, и их зарубежные аналоги.

Таблица 5.14

Тип Аналог Назначение

К1116КП1 RAFIH-JC-30

Магниточувствительная ИС для клавиш пер-

сональной ЭВМ

К1116КП2 б/а

Магниточувствительная ИС для клавиш пер-

сональной ЭВМ

К1116КП3 1AV2A

Магнитоуправляемая ИС системы зажигания

автомобиля, 4-18 В

К1116КП4 DN838

Магнитоуправляемая ИС для видеомагнито-

фона, 9 В

К1116КП5 SAS221

Магнитоуправляемая ИС датчика коленчато-

го вала автомобиля, 5 В

1116КП6 SAS241 Магнитоуправляемая ИС

К1116КП7 X79115-AU Магнитоуправляемая ИС

1116КП8 UGN3030T Магнитоуправляемый ключ

К1116КП9

UGN3076U

TL3020C

Магнитоуправляемая микросхема для рабо-

ты в двигателях накопителя на магнитных

дисках

К1116КП10 UGN3040 Магнитоуправляемая микросхема

К1116КП11 UGN3076T

Магнитоуправляемая ИС для коммутатора

электродвигателя ЛПМ видеомагнитофона

К1116КП14 UGN3030 Магнитоуправляемый ключ

228

5.2. Оптоволоконные приемопередатчики

Волоконно-оптические линии связи - это вид связи, при котором инфор-

мация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным

под названием "оптическое волокно". Оптическое волокно в настоящее время

считается самой совершенной физической средой для передачи информации,

а также самой перспективной средой для передачи больших потоков инфор-

мации на значительные расстояния

Широкополосность оптических сигналов обусловлена чрезвычайно высо-

кой несущей частотой. Это означает, что по оптической линии связи можно

передавать информацию со скоростью порядка 1.1 Терабит/с. Т.е. по одному

волокну можно передать одновременно 10 миллионов телефонных разгово-

ров и миллион видеосигналов. Скорость передачи данных может быть увели-

чена за счет передачи информации

сразу в двух направлениях, так как свето-

вые волны могут распространяться в одном волокне независимо друг от дру-

га. Кроме того, в оптическом волокне могут распространяться световые сиг-

налы двух разных поляризаций, что позволяет удвоить пропускную способ-

ность оптического канала связи. На сегодняшний день предел по плотности

передаваемой информации по

оптическому волокну не достигнут.

Важнейшим компонентом является волоконно-оптический кабель. В мире

существует несколько десятков фирм, производящих оптические кабели раз-

личного назначения. Наиболее известные из них: AT&T, General Cable

Company (США); Siecor (ФРГ); BICC Cable (Великобритания); Les cables de

Lion (Франция); Nokia (Финляндия); NTT, Sumitomo (Япония), Pirelli (Ита-

лия). Стоимость оптических кабелей соизмерима со стоимостью стандартных

"медных" кабелей. Применение оптоволоконных средств передачи сигналов

пока

сдерживается относительно высокой стоимостью оборудования и слож-

ностью монтажных работ.

Чтобы передать данные через оптические каналы, сигналы должны быть

преобразованы из электрического вида в оптический, переданы по линии свя-

зи и, затем в приемнике преобразованы обратно в электрический вид. Эти

преобразования происходят в приемопередатчиках, которые содержат элек-

тронные блоки наряду

с оптическими компонентами.

В общем случае организация оптического канала аналогична IrDA. Суще-

ственными отличиями являются диапазон оптических волн и скорость пере-

даваемых данных. В этой связи в качестве излучателей применяют полупро-

водниковые лазеры, а в качестве приемников – высокочастотные фотодиоды.

Структурная схема оптоэлектронного приемника данных приведена на рис.

5.19, а на рис. 5.20 –

передатчика данных.

229

Рис. 5.19. Оптоэлектронный приемник данных

Рис. 5.20. Оптоэлектронный передатчик данных

Для передачи информации по волоконно-оптическому каналу используют

два диапазона волн: 1000 ÷ 1300 нм (второе оптическое окно), и 1500 ÷ 1800

нм (третье оптическое окно). В этих диапазонах - наименьшие потери сигна-

ла в линии на единицу длины кабеля.

Для оптических систем передачи могут быть

использованы различные оп-

тические источники. Например, светоизлучающие диоды (LED) часто ис-

пользуются в дешевых локальных сетях для связи на малое расстояние. Од-

нако, широкая спектральная полоса излучения и невозможность работы в

длинах волн второго и третьего оптических окон, не позволяет использовать

светодиод в системах телекоммуникаций.

В отличие от светодиода, оптически модулируемый

лазерный передатчик

может работать в третьем оптическом окне. Поэтому для ультрадальних и

WDM систем передачи, где стоимость - не главное соображение, а высокая

эффективность обязательна, используют лазерный оптический источник. Для

оптических каналов связи различные типы прямо-модулируемых полупро-

водниковых лазерных диодов имеют оптимальное отношение стоимость /

эффективность. Приборы могут работать и во втором

, и в третьем оптических

окнах.

Все полупроводниковые лазерные диоды, используемые для прямой мо-

дуляции, обычно имеют потребность в постоянном токе смещения, чтобы ус-

Фотопри-

емный

модуль

Усилитель

-ограни-

читель

Блок

восстанов-

ления

синхро-

импульсов

и данных

Блок

преобра-

зования

последова-

тельного

кода

параллельный

Оптический

вход

Цифровой

выход

Шина

данных

Блок

преобра-

зования

параллель-

ного кода

в последова-

тельный

Оптический

передатчик

Оптический

выход

230

тановить рабочую точку и ток модуляции для передачи сигнала. Величина

тока смещения и тока модуляции зависит от характеристики лазерного диода

и может отличаться от типа к типу и друг от друга у одного типа. Диапазон

изменения этих характеристик со временем и температурой должен учиты-

ваться при проектировании блока передатчика. Особенно это

касается эко-

номически более выгодных неохлаждаемых типов полупроводниковых лазе-

ров. Отсюда следует, что драйвер лазера должен выдавать ток смещения и

ток модуляции в диапазоне достаточном, чтобы разные оптические передат-

чики с широким выбором лазерных диодов могли работать в течение дли-

тельного времени и при разной температуре.

Для компенсации ухудшающихся характеристик

лазерного диода исполь-

зуют устройство автоматического управления энергией (APC). Здесь исполь-

зуется фотодиод, который преобразовывает световую энергию лазера в про-

порциональный ток и подает его в драйвер лазера. Исходя из этого сигнала,

драйвер выдает ток смещения в лазерный диод, чтобы световая мощность ос-

тавалась постоянной и соответствовала первоначально установленной. Так

поддерживается "

амплитуда" оптического сигнала. Фотодиод, который нахо-

дится в схеме APC, также может использоваться при автоматическом управ-

лении модуляцией (АМС).

Восстановление синхронизации и преобразование в последовательный

формат требуют синхроимпульсов, которые должны синтезироваться. Этот

синтезатор также может быть интегрирован в параллельно-последо-

вательный преобразователь и, обычно, включает схему фазовой автопод-

стройки частоты. Синтезатор

играет важную роль в передатчике оптической

системы связи.

Оптические приемники обнаруживают сигналы, передаваемые по воло-

конно - оптическому кабелю и преобразуют его в электрические сигналы, ко-

торые затем усиливают, восстанавливают их форму и синхросигналы. В за-

висимости от скорости передачи и системной специфики устройства, поток

данных может быть преобразован из последовательного

формата в парал-

лельный. Ключевой компонент, который следует за усилителем в приемном

устройстве - это схема восстановления синхронизации и данных (CDR). CDR

выполняет тактирование, принимает решение об уровне амплитуды посту-

пающего сигнала и выдаёт восстановленный поток данных.

Есть несколько способов поддержания синхронизации (внешний ПАВ -

фильтр, внешний контрольный синхросигнал и т.д.), но только

комплексный

подход позволяет эффективно решать эту задачу. Использование системы

фазовой автоподстройки частоты (PLL) - неотъемлемая часть в синхрониза-

ции тактовых импульсов с потоком данных, это гарантирует выравнивание

синхросигнала с серединой информационного слова.