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  • 众多电子元器件在5G时代产生

    众多电子元器件在5G时代产生

    今年是5G元年,全球各个通讯公司都使出来毕生的经历,为了在未来5G市场上抢占一块好的地方,他们之间的竞争也催生了一大批新技术。工信部发放4张5G牌照,标志着中国正式进入5G元年。5G商用牌照的发放,加快了5G基站的落地,带动了电子元器件的市场需求,也提高了电子元器件更迭换代的速度,从5G需求层面来看,电子元器件市场的发展前景极为可观。 一、天线量价齐升 5G催生手机与基站天线进入Massive MIMO时代,天线量价齐升。5G需要部署在多个频段,因此需要使用频谱更宽裕且带宽更宽的毫米波波段进行通信,使用大规模天线技术。因而手机天线在5G时代数量增加,列阵天线或成主流,天线封装材质也会发生变革,LCP天线有望成为主流,2020年其市场空间预计能达到24-30亿美元以上。通讯基站方面,5G时代MIMO等天线技术开启技术升级,不仅天线数量增加,而且辐射单元数量和性能也有更高要求。 二、驱动射频前端加速 5G时代通讯标准进一步升级,带来手机射频前端单机价值量持续快速增长,其价值量在5G时代有望成长至22美金以上。预计2022年手机射频前端市场规模将达到227亿美元,年均复合增速将达到14%。滤波器是射频前端市场中最大的业务板块,5G时代手机频段支持数量将大量增长,带动单机滤波器价值量快速增长,其市场规模将从2016年的52亿美元增长至2022年的163亿美元,年均复合增速达到21%。 三、基站升级增加,带动PCB量价齐升 随着5G商用的到来,毫米波发展推进数百万数目级别的小基站建设,通讯基站的大批量建设和升级换代将对企业通讯板形成海量的需求,PCB迎来升级替换需求。5G时代PCB量价提升具体表现在以下几个方面:1、基站单根天线所用PCB一方面数量或有所提升,另一方面需采用低损耗及超低损耗高频PCB,其均价也将有较大提升。2、RRU所用PCB板的尺寸会更大,且材料为高速材料,其价值量也更高。3、BBU使用PCB的面积和层数都会提高,且要求低损耗或者超低损耗,对PCB性能有一定的要求,附加值提升。 四、高频高速基材需求大 高频信号相较于低频信号来说其频段更为宽广,5G时代通信传输的频率更高,因而对高频PCB板与高速PCB板的需求更高,从而覆铜板高频基材与高速基材需求量增加。5G基站中DU与AAU中的天线反射板、背板、TPX&PA电路均采用高频基材,且对高频基材的性能要求更高,需要高频基材在保持介电损耗最小化的状态下维持介电常数稳定,因而 5G时代高频覆铜板的需求与附加值都将得以扩张。 为进一步推动我国电子元器件的产业发展,促进新型电子元器件的技术进步与应用水平提高,中电会展与信息传播有限公司在5G商用爆发前夕,在2019年10月30-11月1日举办的第94届中国电子展期间,围绕着5G产业重点展示关键元器件及设备,并举办多场5G与电子元器件融合与创新为内容的论坛活动,助力电子元器件行业把握发展机遇,实现跨越发展。据了解,展会成功邀请到了华为、中兴、移动、联通、电信、高新兴、移远通信等国内的5G巨头的积极参与,展会期间他们将展示什么样的新产品、对5G技术有哪些最新的见解、嘉宾之间又会碰出什么样的火花,让我们拭目以待!

    时间:2019-10-28 关键词: mimo 5G 总线与接口

  • 三星挑战华为5G通讯,到底谁是王者?

    三星挑战华为5G通讯,到底谁是王者?

    在5G通讯领域,目前做的比较好的当属华为,但是其他几家公司也不甘示弱,就在最近,三星电子成功开发支持28GHz频段的“5G综合型基站”(Access Unit),是目前5G商用基站中,能支持最快速度的产品,外界关注,三星电子是否能撼动华为在通信设备市场的地位。 据韩国科技媒体《etnews》报道,三星电子开发的5G综合型基站,成功结合无线电单元(Radio Unit)与数字单元(Digital Unit),大幅缩小基站大小、重量后,方便自由安装在路灯、建筑物墙面上,也能节省建设成本、时间。 硬件规格方面,该基站搭载支持28GHz频段的5G无线通信芯片,以及为基站开发的5G调制解调器芯片,不论上载或下载速度,最高皆能支持到10Gbps,尤其是无线电单元与数字单元间不需要光缆,能节省5G网络建设成本。 三星电子除支持28GHz频段的5G综合型基站外,为搭配各国的5G规格,也积极增加2.5GHz、3.5~4.1GHz、26~28GHz、39GHz频段的5G产品。三星电子网络事业部长全京勋表示,期待毫米波(mmWave)的频率能发挥5G通信的无限可能性,未来将增加5G通信网的解决方案。 另一方面,三星电子与华为的5G通信设备竞争也备受外界关注。韩媒《首尔经济》指出,虽然从市调公司IHS Markit的统计来看,在去年整体通信设备市场中,华为以市占率31%拿下第1名,相较之下三星电子的市占率仅有6.6%。 但5G通信设备市场的情况却截然不同。据市调公司Dell'Oro统计,去年第4季到今年第1季,三星电子在全球5G设备市场中以市占率37%拿下第1名。而在整体通信设备市场领先的华为,在5G领域则市占率为28%,排在三星电子之后。

    时间:2019-10-28 关键词: 华为 三星 5g通讯 总线与接口

  • 交互式个性化通讯工具数字标牌的解决方法

    交互式个性化通讯工具数字标牌的解决方法

    广告商与受众之间必不可少的沟通媒介最核心的恐怕属于数字标牌,它已演变为交互式个性化通讯工具,为用户提供了更直观的的参与感与体验。研华基于云数字标牌解决方案一应俱全,从单一商店到集中管理,从商业应用到工业应用,可满足大多数业务场景需求。所有系统都已预安装内容管理、设备监控和内容安全软件,并可插接WiFi、3G 或 LTE 模块实现灵活的通信扩展,实现大范围的灵活通信,满足零售店、快餐店、交通、教育等领域。 自助点餐终端应用 为了节约人力成本和提升客户自助意识,越来越多的餐厅提供自助点餐终端服务,客户可以自助浏览餐点进行点餐,研华DS-081仅19mm超薄数字标牌解决方案多USB口接入,实现自助点餐终端应用。 数据可视化应用 在工业 4.0 模式中,所有机器都已实现互联。数字标牌在显示关键生产线警报、工厂指标和库存水平等方面都发挥着重要作用,并可帮助客户简化沟通并提高信息安全性,对现代化生产助益颇多。研华将为生产车间与控制倾力打造全面DS-200数字标牌解决方案。 DS-200应用图示 电子菜单板应用 研华为快捷服务餐厅和企业提供多种数字标牌解决方案。研华DS-580数字标牌解决方案支持多显示屏播放,允许用户直接编辑最新的菜单和促销信息并发送至远程连锁餐厅。 DS-580应用图示 多显示屏应用 研华DS-980数字标牌方案,可支持9显应用,支持您多显示应用多领域应用。     DS-980应用图示

    时间:2019-10-28 关键词: 数字标牌 研华 总线与接口

  • 通讯管理机中多协议接口模块的重要性

    通讯管理机中多协议接口模块的重要性

    通常情况下在工业现场经常需要用两个隔离DC-DC搭配单独的信号隔离电路的方法去隔离RS-232与RS-485,但隔离的性能存在差异性,并且占板面积较大。本文将为你介绍一种稳定可靠、应用简便的全隔离解决方案。 一、通讯管理机的接口电路简述 通讯管理机在电力系统中可以采集多个子系统的数据,通过集中处理和回执,完成电力系统中的数据交互。对外通常需要集成多路RS-232、RS-485、CAN、以太网接口等。 图1 通讯管理机应用拓扑 通讯管理机对于嵌入式主控CPU的接口资源要求较高,常常需要通过各种方式来扩展通讯接口;同时电力通讯设备工作环境较为复杂,对于隔离抗干扰性能有刚性需求。但按常规的设计方案,采用分立的隔离DC-DC、信号隔离、收发器、保护电路等设计出的接口隔离电路占用PCB面积大,物料采购的种类繁多,也不便于单独测试通信接口的性能。 图2 常见的通讯管理机 如下所示为常见通讯管理机需要的扩展资源IO板,通讯接口包括CAN、RS-485以及RS-232。常规模块方案可以使用致远电子的CTM1051KT、RSM485ECHT以及RSM232隔离模块,体积虽然较分立方案有极大的改善,但还不是最佳方案。下文将为各位介绍,产品集成度更高,应用更便捷的解决方案。 图3 常见的通讯管理机 二、MPM的特性与通讯管理机的结合应用 ZLG致远电子的MPM系列模块创造性的将常用的RS-232和RS-485结合在一起,结合通信管理机的应用,带来的额外优势主要如下表:     MPM的部分细节电参数细节如下:     图4 MPM模块选型表 三、MPM接成RS-232转RS-485的应用 因为MPM的RS-485支持自动流控,即意味着只需要TXD、RXD即可完成RS-485的通信。因此,把MPM产品RS-232和RS-485的UART口交叉连接,即支持RS-232转成RS-485,同时RS-232和RS-485之间同样带完整的电气隔离,对于调试串口、隔离总线干扰等的应用非常方便,如下图。     四、总结 根据目前工业产品通信隔离需求,专门研发出MPM系列多协议隔离模块,将隔离电源、通信隔离电路、ESD保护电路集成封装在一个模块中,将电路设计化零为整,只需要简单的电气连接,就可以实现RS-485/232通信隔离,隔离电压高达3500VDC,满足绝大多数应用需求。 在科技快速发展的今天,由于工业产品诸多设计要求的限制,还很难做到像手机这种消费类产品一样精致,但工业产品的小型化发展是必然的。一个模块的使用,或许无法让工业产品彻底摆脱“傻大笨粗”的形象,但致远电子一直在工业产品小型化、模块化的道路上努力着,探索者。

    时间:2019-10-28 关键词: rs-485 rs-232 多协议接口模块 总线与接口

  • 高要求的数据分析将对5G部署具有巨大推动

    高要求的数据分析将对5G部署具有巨大推动

    近年来,第五代移动通信系统5G已经成为通信业和学术界探讨的热点。5G的发展主要有两个驱动力。一方面以长期演进技术为代表的第四代移动通信系统4G已全面商用,对下一代技术的讨论提上日程;另一方面,移动数据的需求爆炸式增长,现有移动通信系统难以满足未来需求,急需研发新一代5G系统。 5G通信在广泛的应用领域提供了巨大的潜力。5G的作用相当广泛,它跨越一个广泛的频率范围-下图说明了从低频段、中频段(“sub-6GHz”)和高频段(“mmWave”)频率分配使用的通用术语。 5G的大规模MIMO天线配置提供了高用户容量、塔间无缝移动连接和极高的可用性——后者对许多应用程序都起到至关重要的作用。下图展示了5G天线配置,定向波束形成的辐射模式与全向4G模式的对比。 虽然利用现有的4G LTE基础设施,一些商业安装已经可以在中频段使用,但5G的前景取决于mmWave通信的部署。mmWave 5G主要特点: 超可靠性低延迟通信(URLLC) 增强型流动宽带(EMB) 对于工业物联网(IIoT)应用,通过部署专用5G网络,来支持机器人自动化、基于传感器的过程监控或利用增强现实(AR)的操作员辅助过程。这些“定位设施网”都依赖于5G特性——URLLC。 大部分5G开发和资本投资都应用在了电磁干扰应用上,涵盖了从消费者移动电话到(4/5级)自动驾驶汽车的潜在通信需求方面。未来改进自动驾驶汽车中的“类人反射”,URLLC的延迟是要将建立连接的时间缩短到小于1毫秒。 此外,尽管我们对自主汽车技术的追求和5G EMB通信的部署是共生共存的,但这两个行业将在市场需求和机遇的驱动下(在一定程度上)是独立发展的。一方面,自动驾驶车辆可能依赖本地传感器数据(激光雷达、雷达、摄像头)进行实时决策,车辆日志和诊断数据很少上传。在5G EMB的环境中,丰富的V2V和V2I应用将被实现出来。例如,车辆可以向基础设施通报道路危险(如路面结冰)、障碍物或正在接近的紧急车辆,这些车辆将向其他车辆通报这些信息,以便作出预测决策。 为5G设想的EMB应用是非常独特的。典型的移动用户寻求高下载“流”吞吐量,而mmWave 5G技术的带宽和低延迟也将导致以上传为中心的应用。下图说明了在全V2V和V2I通信模式下,自动驾驶汽车(潜在的)数据传输需求。

    时间:2019-10-28 关键词: 5G 数据分析 总线与接口

  • 高带宽数据接口总线的宽度如何降低

    高带宽数据接口总线的宽度如何降低

    在工业实现当中,需要降低总线接口的宽度,这里专门有一种设备叫工业用串行/解串器(SerDes),它可以降低高带宽数据接口总线宽度。使用一个串行器就可以把数据从一个宽并行数据流转换为少字节甚至单通道低压差分信号(LVDS),有效降低了设计成本,提高了线缆选择的灵活性。在到达传输目的地后,借助一个解串器,即可将数据恢复成并行数据流。串行器和解串器的应用范围广泛多样,本文介绍了数个应用实例,以及该器件的优点和存在的问题。 早期的SerDes产品,如图1所示的Channel Link I器件,通过使用一个单独的时钟线把并行数据总线(宽度达48位)串行到多通道LVDS总线上。在此之前,通常是利用宽带状线缆的数据总线实现从点A到点B的数据传输。虽然此方案比以前好很多,但仍存在一些问题,比如,会出现对间延时差,电磁干扰(EMI)和线缆长度有限等诸多问题。对间延时差会限制线缆的可用长度,或导致被迫使用低失真线缆,这都会大幅提升成本。直到最近,这种解决方案还是最好甚至是唯一的。 图1:早期SerDes产品 如今新的SerDes已解决了许多上一代SerDes所面临的问题。新的解决方案通过把数据和时钟串行到一个单差分对来消除线缆延时,让设计师有更多的线缆选择。新一代SerDes允许选用低成本线缆,比如双绞线(UTP)或同轴线缆,从而无需选择昂贵的低失真线缆。另一个重要改进是减少了电磁干扰的相关问题。当然,比起单端总线,采用LVDS信令已从内部改善了电磁干扰情况。但很多新的SerDes都采用了诸如扩频时钟发生器(SSCG)、数据加扰以及数据编码过程中的随机化等嵌入式电磁干扰抑制技术,来衰减离散频率/谐波。 由于SerDes在传输介质中无法充分均衡输入数据以补偿寄生损耗,线缆的覆盖范围受到了限制。尝试将线缆覆盖范围扩大到超过限制,通常会导致眼图关闭,这将意味着数据不可恢复。对高速传输线理论了解甚少的实用主义者,会争论说一条线缆不过是一个低通滤波器。但新一代的SerDes可以去加重、用电缆均衡补偿高频损失并放大接收信号,从而延长线缆的使用长度。按照此方案,在时序图上眼图就是“睁开”的,这样数据的字节错误即便不能消除也可以减少一些。 如图2a所示,美国国家半导体新一代的Channel Link II SerDes,在串行器DS92LV2421的发送阶段即有去加重功能;而在解串器DS92LV2422的接收阶段则有电缆均衡功能。框图下所示(图2b)的是当运行数据率为1.8Gbps,在信号路径上的三个测试点的模拟信号。左侧图片所示的是在去加重关闭的情况下,TP1处的波形,此时设定为-3.3dB。为了补偿预计在传输介质上会出现的高频损耗,在发送端进行了去加重补偿。在Channel Link II器件中,去加重和EQ都由寄存器控制,有8个设定值。如TP3处的数据所示,使用去加重和EQ可产生显著的效果。在VOD=840mV(在TP1处的差分输出电压)时,无去加重或EQ信号,在TP3的幅度是290mV,抖动是403pS。而当信号DE=-3.3dB,EQ=3.3dB时,幅度是825mV,抖动是142pS。 图2a:国半SerDes Channel Link II框图 图2b:Channel Link II信号链路上三个测试点的模拟信号 图3是数据从TP1到TP3的示波器截图,使用的是10米的CAT-6 STP线缆,运行数据负载为1.8Gbps。测试数据点位于解串器的输入端,不附加EQ。可以看到均衡器在接收数据时变化明显,当EQ设定为0dB,眼图完全封闭;而当EQ是6dB时,眼图完全打开。时钟和数据恢复(CDR)电路是恢复数据的关键,在解串器内CDR电路紧随EQ阶段后。CDR电路的设计目的在于恢复数据,避免字节错误,其眼图呈50%或0.5UI(典型)闭合态。     图3:数据从TP1到TP3的示波器截图 Channel Link III器件DS92LX1621和DS92LX1622是SerDes的最新产品,解决了以往的所有问题。图4显示的串行器可以直接连接到16位LVCMOS并行总线摄像头,该摄像头可在单向交流耦合CML通道上串行数据。其中,摄像头的时钟和双向I2C控制线也可编码到串行数据中。串行数据、时钟和I2C总线通过带有分立时钟的16位并行总线实现解串,经I2C接口到帧接收器或FPGA的接收端。解串器无需额外的外部时钟,这既降低了成本,也降低了设计难度。此外,解串器与串行器自动同步功能使其实现了真正的“即插即锁”功能。     图4:基于Channel Link III SerDes的应用实例一 图5所示的是工业用SerDes的一个更简单灵活的应用,用于实现显示器与图像或视频处理器的远距离沟通。本例中,视频处理器包含21位的并行总线和显示器,显示器是一个由I2C控制的触摸屏,装在15米外。与上面的例子相同,数据、时钟和I2C总线都被串行到数据负载为1.05Gbps(21×50MHz)的单差分对,具有很大的设计灵活性。在低成本媒介、远距离或点对点的数据传输等多种应用中,均可以使用这种SerDes。     图5:基于Channel Link III SerDes的应用实例二 工业用SerDes不仅应用广泛,还具有高度的灵活性。在图4和图5中,串行和解串前后的数据格式是一样的。使用该SerDes转化数据格式时,仅靠解串器即可完成数据格式的转化。图6显示了DS92LV2421的工作流程,通过分立合成器、时钟和控制信号接收24bit RGB数据,而后把数据串行到一个差分对上。其线缆接收端的数据即被DS92LV0422解串到4路LVDS通道和一路时钟信道上。     图6:DS92LV2421/ DS92LV2422的工作流程图 本文讨论的SerDes器件不局限于文中所列的视频应用,具有广泛的用途。SerDes可以简化产品架构,降低成本,有效提高设计的灵活性。此外,SerDes系列具有内置自测试(BIST)功能,可以实现高速串行链接测试,非常有助于系统调试和生产测试。由于使用了扩频时钟发生器,可以进一步减少电磁干扰。在I2C控制下,扩频时钟发生器可以为具体应用选择合适的时钟扩频(+/-0.5%,+/-1%或+/-2%)。

    时间:2019-10-19 关键词: serdes 总线与接口 高带宽数据接口总线

  • 高速串行总线的难点在哪里,该怎么突破?

    高速串行总线的难点在哪里,该怎么突破?

    在当前虽然在嵌入式系统中有许多连接元件的方法,但最主要的还是以太网、PCI Express和RapidIO这三种高速串行标准。所有这三种标准都使用相似的串行解串器(SerDes)技术,它们提供的吞吐量和时延性能都要超过宽的并行总线技术。随着这些标准的不断发展,今后的趋势将是采用通用SerDes技术。这意味着这些协议提供的原始带宽不会有明显的差异。相反,每种协议的用途将取决于如何使用带宽。LinkedIn串行总线的发展一共目前可以总结分为 3 个环节时期: 时钟并行总线:小于 200MHZ,比如CPCI,PCIX,SDRAM,ISA,PIC 源同步时钟并行总线:小于 3200Mbps,比如 DDRr1234 系列,MII,EMMC 高速串行总线:最高有 56NRZ ,比如USB1/2/3/3.1/3.2,PCIE3,PCIE4,SAS3,SAS4 那么对于这些信号的重要线信号的处理我们在设计过程中注意以下几点: 差分走线,信号换层过孔数量,等长长度把控,阻抗控制要求,跨分割的损耗,走线拐角的位置形状,绕线方式对应的插损和回损,布局不妥当造成的一系列串扰和叠层串扰,布局不恰当操作焊盘存在的stub。 1. 差分走线,差分走线严格按照差分仿真所得出的结论,2S,和 3W 的要求进行把控走线,其目的在于增强信号质量的耦合性能,减少信号的回损 2. 信号层走线过孔数量,对于重要的信号线而言这里简直就是致命的伤害,特别是高速信号频率很高的信号线,过孔数量一旦过多,就会造成回损的加剧,所以打孔不是遇到线就打孔,尤其是我们的时钟线。 3. 等长长度把控     按照对应的器件的等长要求,进行数据的线段匹配长度一致,从而保证数据传输的稳定和数据文件传输时序上的同步。 4. 跨分割的损耗。重要线段不能跨分割走线,以免我们的信号会出现回损和插损的产生     5. 信号线的布局尽量不要出现 stub 布局出现,如图所示     6. 走线直角和倒角和圆弧到底哪个好 通过仿真,其实圆弧走线是最好的,信号没有 reflect 反射,倒角多多少少会有,但是反射没有直角来的明显,当我们设备 A 传输到设备 B 其自然而然的就会有信号在传输过程中存在反射回来我们的设备A,当我们的设备 B 传输到设备 A,同样因为直角的反射,会有信号回到我们的设备 B 中。  

    时间:2019-10-19 关键词: 串行总线 差分走线 总线与接口

  • 一文读懂CAN总线的来龙去脉

    一文读懂CAN总线的来龙去脉

    对于现在的嵌入式工程师,一般都知道CAN总线广泛应用到汽车中,但是CAN总线不仅运用到汽车上,在船舰电子设备通信也广泛使用CAN,随着国家对海防的越来越重视,对CAN的需求也会越来越大。这个暑假,通过参加苏州社会实践,去某船舶电气公司实习几周,也借此机会,学习了一下CAN总线。 概述 CAN(Controller Area Network)即控制器局域网,是一种能够实现分布式实时控制的串行通信网络。想到CAN就要想到德国的Bosch公司,因为CAN就是这个公司开发的(和Intel)。CAN有很多优秀的特点,使得它能够被广泛的应用。比如:传输速度最高到1Mbps,通信距离最远到10km,无损位仲裁机制,多主结构。近些年来,CAN控制器价格越来越低,很多MCU也集成了CAN控制器。现在每一辆汽车上都装有CAN总线。一个典型的CAN应用场景: CAN总线标准 CAN总线标准只规定了物理层和数据链路层,需要用户自定义应用层。不同的CAN标准仅物理层不同。 CAN收发器负责逻辑电平和物理信号之间的转换。 将逻辑信号转换成物理信号(差分电平),或者将物理信号转换成逻辑电平。 CAN标准有两个,即IOS11898和IOS11519,两者差分电平特性不同。     高低电平幅度低,对应的传输速度快;         *双绞线共模消除干扰,是因为电平同时变化,电压差不变。 物理层 CAN有三种接口器件         多个节点连接,只要有一个为低电平,总线就为低电平,只有所有节点输出高电平时,才为高电平。所谓"线与"。 CAN总线有5个连续相同位后,就插入一个相反位,产生跳变沿,用于同步。从而消除累积误差。 和485、232一样,CAN的传输速度与距离成反比。     CAN总线,终端电阻的接法:     为什么是120Ω,因为电缆的特性阻抗为120Ω,为了模拟无限远的传输线 数据链路层 CAN总线传输的是CAN帧,CAN的通信帧分成五种,分别为数据帧、远程帧、错误帧、过载帧和帧间隔。 数据帧用来节点之间收发数据,是使用最多的帧类型;远程帧用来接收节点向发送节点接收数据;错误帧是某节点发现帧错误时用来向其他节点通知的帧;过载帧是接收节点用来向发送节点告知自身接收能力的帧;用于将数据帧、远程帧与前面帧隔离的帧。 数据帧根据仲裁段长度不同分为标准帧(2.0A)和扩展帧(2.0B) 帧起始 帧起始由一个显性位(低电平)组成,发送节点发送帧起始,其他节点同步于帧起始; 帧结束由7个隐形位(高电平)组成。 仲裁段 CAN总线是如何解决多点竞争的问题? 由仲裁段给出答案。 CAN总线控制器在发送数据的同时监控总线电平,如果电平不同,则停止发送并做其他处理。如果该位位于仲裁段,则退出总线竞争;如果位于其他段,则产生错误事件。 帧ID越小,优先级越高。由于数据帧的RTR位为显性电平,远程帧为隐性电平,所以帧格式和帧ID相同的情况下,数据帧优先于远程帧;由于标准帧的IDE位为显性电平,扩展帧的IDE位为隐形电平,对于前11位ID相同的标准帧和扩展帧,标准帧优先级比扩展帧高。 控制段 共6位,标准帧的控制段由扩展帧标志位IDE、保留位r0和数据长度代码DLC组成;扩展帧控制段则由IDE、r1、r0和DLC组成。 数据段为0-8字节,短帧结构,实时性好,适合汽车和工控领域; CRC段 CRC校验段由15位CRC值和CRC界定符组成。 ACK段 当接收节点接收到的帧起始到CRC段都没错误时,它将在ACK段发送一个显性电平,发送节点发送隐性电平,线与结果为显性电平。 远程帧 远程帧分为6个段,也分为标准帧和扩展帧,且RTR位为1(隐性电平) CAN是可靠性很高的总线,但是它也有五种错误。 CRC错误:发送与接收的CRC值不同发生该错误; 格式错误:帧格式不合法发生该错误; 应答错误:发送节点在ACK阶段没有收到应答信息发生该错误; 位发送错误:发送节点在发送信息时发现总线电平与发送电平不符发生该错误; 位填充错误:通信线缆上违反通信规则时发生该错误。 当发生这五种错误之一时,发送节点或接受节点将发送错误帧 为防止某些节点自身出错而一直发送错误帧,干扰其他节点通信,CAN协议规定了节点的3种状态及行为 过载帧 当某节点没有做好接收的"准备"时,将发送过载帧,以通知发送节点。 帧间隔 用来隔离数据帧、远程帧与他们前面的帧,错误帧和过载帧前面不加帧间隔。 //好好理解1.6最后一张ppt 构建CAN节点 构建节点,实现相应控制,由底向上分为四个部分:CAN节点电路、CAN控制器驱动、CAN应用层协议、CAN节点应用程序。 虽然不同节点完成的功能不同,但是都有相同的硬件和软件结构。 CAN收发器和控制器分别对应CAN的物理层和数据链路层,完成CAN报文的收发;功能电路,完成特定的功能,如信号采集或控制外设等;主控制器与应用软件按照CAN报文格式解析报文,完成相应控制。 CAN硬件驱动是运行在主控制器(如P89V51)上的程序,它主要完成以下工作:基于寄存器的操作,初始化CAN控制器、发送CAN报文、接收CAN报文; 如果直接使用CAN硬件驱动,当更换控制器时,需要修改上层应用程序,移植性差。在应用层和硬件驱动层加入虚拟驱动层,能够屏蔽不同CAN控制器的差异。 一个CAN节点除了完成通信的功能,还包括一些特定的硬件功能电路,功能电路驱动向下直接控制功能电路,向上为应用层提供控制功能电路函数接口。特定功能包括信号采集、人机显示等。 CAN收发器是实现CAN控制器逻辑电平与CAN总线上差分电平的互换。实现CAN收发器的方案有两种,一是使用CAN收发IC(需要加电源隔离和电气隔离),另一种是使用CAN隔离收发模块。推荐使用第二种。 CAN控制器是CAN的核心元件,它实现了CAN协议中数据链路层的全部功能,能够自动完成CAN协议的解析。CAN控制器一般有两种,一种是控制器IC(SJA1000),另一种是集成CAN控制器的MCU(LPC11C00)。 MCU负责实现对功能电路和CAN控制器的控制:在节点启动时,初始化CAN控制器参数;通过CAN控制器读取和发送CAN帧;在CAN控制器发生中断时,处理CAN控制器的中断异常;根据接收到的数据输出控制信号; 接口管理逻辑:解释MCU指令,寻址CAN控制器中的各功能模块的寄存器单元,向主控制器提供中断信息和状态信息。 发送缓冲区和接收缓冲区能够存储CAN总线网络上的完整信息。 验收滤波是将存储的验证码与CAN报文识别码进行比较,跟验证码匹配的CAN帧才会存储到接收缓冲区。 CAN内核实现了数据链路的全部协议。 CAN协议应用层概述 CAN总线只提供可靠的传输服务,所以节点接收报文时,要通过应用层协议来判断是谁发来的数据、数据代表了什么含义。常见的CAN应用层协议有: CANOpen、DeviceNet、J1939、iCAN等。 CAN应用层协议驱动是运行在主控制器(如P89V51)上的程序,它按照应用层协议来对CAN报文进行定义、完成CAN报文的解析与拼装。例如,我们将帧ID用来表示节点地址,当接收到的帧ID与自身节点ID不通过时,就直接丢弃,否则交给上层处理;发送时,将帧ID设置为接收节点的地址。 CAN收发器 SJA1000的输出模式有很多,使用最多的是正常输出模式,输入模式通常不选择比较器模式,可以增大通信距离,并且减少休眠下的电流。 收发器按照通信速度分为高速CAN收发器和容错CAN收发器。 同一网络中要使用相同的CAN收发器。 CAN连接线上会有很多干扰信号,需要在硬件上添加滤波器和抗干扰电路 也可以使用CAN隔离收发器(集成滤波器和抗干扰电路)。 CAN控制器与MCU的连接方式 SJA1000可被视为外扩RAM,地址宽度8位,最多支持256个寄存器 #define REG_BASE_ADDR 0xA000 // 寄存器基址 unsigned char *SJA_CS_Point = (unsigned char *) REG_BASE_ADDR ; // 写SJA1000寄存器 void WriteSJAReg(unsigned char RegAddr, unsigned char Value) { *(SJA_CS_Point + RegAddr) = Value; return; } // 读SJA1000寄存器 unsigned char ReadSJAReg(unsigned char RegAddr) { return (*(SJA_CS_Point + RegAddr)); } 将缓存区的数据连续写入寄存器 …… for (i=0;i  将连续多个寄存器连续读入缓存区 …… for (i=0;i  头文件包含方案: 每个程序包含用到的头文件 每个程序包含一个公用头文件,公用头文件包含所有其他头文件 #ifndef __CONFIG_H__ // 防止头文件被重复包含 #define __CONFIG_H__ #include <8051.h> // 包含80C51寄存器定义头文件 #include "SJA1000REG.h" // 包含SJA1000寄存器定义头文件 // 定义取字节运算 #define LOW_BYTE(x) (unsigned char)(x) #define HIGH_BYTE(x) (unsigned char)((unsigned int)(x) >> 8) // 定义振荡器时钟和处理器时钟频率(用户可以根据实际情况作出调整) #define OSCCLK 11059200UL // 宏定义MCU的时钟频率 #define CPUCLK (OSCCLK / 12) #endif // __CONFIG_H__

    时间:2019-10-19 关键词: 接口 can总线 总线与接口

  • CAN总线检测机制注意要点

    CAN总线检测机制注意要点

    CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称,是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的,并最终成为国际标准(ISO 11898),是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN总线是ISO国际标准化的串行通信协议。在汽车产业中,出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求,各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同,由多条总线构成的情况很多,线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN,进行大量数据的高速通信”的需要,CAN总线应运而生,图1为CAN总线在汽车中的应用图。     图1 汽车中CAN总线的应用 CAN的高性能和可靠性已被认同,并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一,被誉为自动化领域的计算机局域网。图2为CAN总线网路图,它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强而有力的技术支持。     图2 CAN总线网路图 CAN总线作为可靠性非常高的总线,出错概率非常小,这也是它被广泛应用的原因之一。在CAN总线的实际研发中,相较于CAN总线的正确帧,工程师更关注CAN总线的错误帧,下面将为大家展现CANscope波形常见的几类错误,图3为干扰导致的CAN通讯错误。     图3 错误波形图 图4为终端电阻并联过多,差分电平幅值太小导致接收节点识别失败的错误。     图4 错误波形图 图5为总线支线过长,电平下降沿台阶过高,导致位宽度失调的错误。     图5 错误波形图 图6为卡车打开/关闭大灯时,耦合到CAN总线上的干扰,导致的错误。     图6 错误波形图 图7为波特率异常(位宽度从2us突然变成1.6us),导致位错误。     图7 错误波形图 CAN总线的错误都有哪些形式,相互之间有什么样的关系,以及总线的检测与校验的原理是什么? CAN总线的错误帧可分为位错误、位填充错误、CRC错误、格式错误、应答错误五大类,每类错误的具体解释如图8所示,此图简洁明了的展现了各种错误。     图8 CAN总线错误类型 CAN报文传输过程中出现通讯错误,会发送错误帧,以上所述的错误帧类型中根据其错误标识符不同,可分为“主动错误”和“被动错误”。 主动错误:检测错误主动报错,发出错误标识符(连续6个显性位)和错误界定符(连续8个隐形位);目的在于“主动”通知错误,即使别的节点没有发现此错误; 被动错误:检测错误,被动等待其他节点报错后发送错误标识符(连续6个隐形位)和错误标识符(连续8个隐形位);目的在于识别错误,回应主动错误; 总线关闭:节点不参与总线通讯; 为了避免某个设备因为自身原因(例如硬件损坏)导致无法正常收发数据而不断地破坏数据帧,从而影响其他正常节点通讯,CAN-bus规范中规定每个CAN控制器都有一个发送错误计数器和一个接收错误计数器。根据计数值不同CAN节点会处于不同的设备状态,状态之间的转换关系如图9所示:     图9 错误转换图 接收、发送错误计数器对应的变动条件及数值变动情况: 接收单元检测出错误时,检测到错误标识符或过载标志的“位错误”除外,此时REC+1、TEC不变; 接收单元在发送完错误标志后检测到第一位为显性电平,此时REC+8、TEC不变; 发送单元输出错误标志,此时REC不变、TEC+8; 发送单元发送主动错误标志或过载标志,检测出位错误,REC不变、TEC+8; 接收单元发送主动错误标志或过载标志,检测出位错误,REC+8、TEC不变; 各单元从主动错误标志、过载标志的开始检测出连续14个显性位,之后每检测出连续8个显性位,发送时REC+8、接收时TEC+8; 检测出被动错误标志后追加连续8个位的显性位,发送时REC+8、接收时TEC+8; 发送单元正常接收数据结束时(返回ACK且到帧结束位检测到错误),REC不变、TEC-1; 接收单元正常接收数据结束时(到CRC未检测出错误且正常返回ACK),REC 处于总线关闭的单元,检测到128次连续11个位的隐形位,错误计数器归零,REC、TEC=0; CAN总线错误处理功能属于是链路层功能,此功能由CAN控制器决定,如图10所示CAN控制介绍图,其中详细介绍与错误处理有关的部分:位流处理器、位逻辑控制、错误管理逻辑。 位流处理器(BSP)是一个控制发送缓冲器、接收FIFO和CAN总线之间数据流的程序装置,它还执行总线上的错误检测、仲载、总线填充和错误处理。 位时序逻辑(BTL)监视串行的CAN总线和位时序,它在信息开头“弱势支配”的总线传输时,同步 CAN总线位流(硬同步),接收报文时再次同步下一次传送(软同步)。 错误管理逻辑(EML)负责限制传输层模块的错误,它接收来自位流处理器的出错报告,然后把有关错误统计告诉位流处理器和接口管理逻辑(IML)。     图10 CAN控制器 CAN控制器的信号从CAN收发器的TXD发送到总线,同时被RXD收回进行检测,以此达到实时的接收错误检测、发送错误检测与ID仲裁功能。CAN总线是如何保证数据传输可靠性的,以下介绍CAN总线独有的检测机制:位流检测和CRC校验; 位流检测:即位检测,如图11所示节点在发送过程中,同时会监测自身发送的位数值,假如检测到位与自身送出的位数值不同,则会提示位错误;     图11 位检测 CRC校验:即循环冗余校验码是数据通讯领域中最常用的一种差错校验码,其信息字段和校验字段的长度可任意选定;CRC校验过程是通过循环计算冗余校验码的方式实现的,CAN控制器内部CRC的实现是基于多项式发生器和一个15位寄存器;其意义在于保证传输数据的正确性,未经CRC校验检测出的错误低于10负九次方。 CANscope总线分析仪是一款综合性的CAN总线开发与测试的专业工具,集海量存储示波器、网络分析仪、误码率分析仪、协议分析仪及可靠性测试工具于一身,并把各种仪器有机的整合和关联,如图12所示CANscope的软件界面图;重新定义CAN总线的开发测试方法,可对CAN网络通讯正确性、可靠性、合理性进行多角度全方位的评估;帮助用户快速定位故障节点,解决CAN总线应用的各种问题,是CAN总线开发测试的终极工具。     图12 CANscope软件界面

    时间:2019-08-23 关键词: 自动化 can 总线与接口 位流检测

  • 秒懂UART通信的工作原理及运用特点

    秒懂UART通信的工作原理及运用特点

    UART是用于控制计算机与串行设备的芯片。有一点要注意的是,它提供了数据终端设备接口,这样计算机就可以和调制解调器或其它使用RS-232C接口的串行设备通信了。 UART通信简介 在UART通信中,两个UART直接相互通信。发送UART将来自CPU等控制设备的并行数据转换为串行形式,并将其串行发送到接收UART,接收UART然后将串行数据转换回接收设备的并行数据。在两个UART之间传输数据只需要两根线。数据从发送UART的Tx引脚流向接收UART的Rx引脚:     UART以异步方式发送数据,这意味着没有时钟信号将发送UART的位输出与接收UART的位采样同步。发送UART不是时钟信号,而是将开始和停止位添加到正在传输的数据包中。这些位定义数据包的开始和结束,因此接收UART知道何时开始读取位。 当接收UART检测到起始位时,它开始以称为波特率的特定频率读取输入位。波特率是数据传输速度的度量,以每秒位数(bps)表示。两个UART必须以大致相同的波特率运行。发送和接收UART之间的波特率只能相差10%左右。 两个UART还必须配置为发送和接收相同的数据包结构。     UART如何工作 UART传输数据依靠的是UART总线,数据总线用于通过CPU,存储器或微控制器等其他设备将数据发送到UART。数据以并行形式从数据总线传输到发送UART。在发送UART从数据总线获得并行数据之后,它将添加起始位,奇偶校验位和停止位,从而创建数据包。接下来,数据包在Tx引脚上逐位串行输出。UART接收端则在其Rx引脚上逐位读取数据包。然后,接收UART将数据转换回并行形式,并删除起始位,奇偶校验位和停止位。最后,接收UART将数据包并行传输到接收端的数据总线:     UART传输的数据被组织成数据包。每个数据包包含1个起始位,5到9个数据位(取决于UART),可选的奇偶校验位以及1或2个停止位:     开始位 当UART数据传输线不传输数据时,它通常保持在高电压电平。为了开始数据传输,发送UART将传输线从高电平拉至低电平一个时钟周期。当接收UART检测到高电压到低电压转换时,它开始以波特率的频率读取数据帧中的位。 数据框 数据框包含要传输的实际数据。如果使用奇偶校验位,则它可以是5位到8位长。如果不使用奇偶校验位,则数据帧可以是9位长。在大多数情况下,数据首先以最低有效位发送。 奇偶校验位 奇偶校验描述数字的均匀性或奇数。奇偶校验位是接收UART在传输过程中判断是否有任何数据发生变化的一种方法。电磁辐射、不匹配的波特率或长距离传输时,数据都有可能发生变化。接收UART读取数据帧后,它会计算值为1的位数,并检查总数是偶数还是奇数。如果奇偶校验位为0(偶校验),则数据帧中的1位应总计为偶数。如果奇偶校验位是1(奇校验),则数据帧中的1位应总计为奇数。当奇偶校验位与数据匹配时,UART知道传输没有错误。但如果奇偶校验位为0,然而1位应总计为奇数;或者奇偶校验位是1,并且1位应总计是偶数,则数据帧中的位已经改变。 停止位 为了通知传输数据包的结束,UART发送端会将数据传输线从低电压驱动至高电压至少两位持续时间。 UART传输步骤 1.发送UART从数据总线并行接收数据:     2.发送UART将起始位,奇偶校验位和停止位添加到数据帧:     3.整个数据包从发送UART串行发送到接收UART。接收UART以预先配置的波特率对数据线进行采样:     4.接收UART丢弃数据帧中的起始位,奇偶校验位和停止位:     5.接收UART将串行数据转换回并行并将其传输到接收端的数据总线:     UART的优点和缺点 没有任何一种通信协议是完美的,以下是一些优点和缺点,可帮助您确定它们是否符合您项目的需求: 优点 只使用两根电线 不需要时钟信号 有一个奇偶校验位 只要双方设置后,就可以改变数据包的结构 有完整的文档并且具有广泛的使用 缺点 数据帧的大小限制为最多9位 不支持多个从属或多个主系统 每个UART的波特率必须在10%之内

    时间:2019-08-23 关键词: CPU uart 总线与接口 rs-232c接口

  • 秒懂I2C串行总线的工作原理以及特点

    秒懂I2C串行总线的工作原理以及特点

    我们都知道I2C总线是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。 I2C总线简介 I2C结合了SPI和UART的优点。使用I2C,您可以将多个从设备连接到单个主设备上(如SPI),并且可以让多个主器件控制单个或多个从器件。当您希望有多个微控制器记录数据到单个存储卡或将文本显示到单个LCD时,这非常有用。 与UART通信一样,I2C仅使用两条线在设备之间传输数据:     SDA(串行数据) - 主站和从站发送和接收数据的线路。 SCL(串行时钟) - 承载时钟信号的线路。 I2C是一种串行通信协议,因此数据沿着单线(SDA线)逐位传输。 与SPI一样,I2C是同步的,因此位输出通过主机和从机之间共享的时钟信号与位采样同步。时钟信号始终由主机控制。     I2C如何工作 使用I2C时,数据被转换成messages,messages则被分解为数据帧。每条messages都有一个地址帧,其中包含从站的二进制地址,以及一个或多个包含正在传输的数据的数据帧。该消息还包括每个数据帧之间的启动和停止条件,读/写位和ACK / NACK位:     启动条件:在SCL线路从高电平切换到低电平之前,SDA线路从高电平切换到低电平。 停止条件:SCL线路从低电平切换到高电平后,SDA线路从低电平切换到高电平。 地址帧:每个从站唯一的7或10位序列,用于在主站想与之通信时识别从站。 读/写位:单个位,指定主器件是向从器件发送数据(低电压电平)还是从器件请求数据(高电压电平)。 ACK / NACK位:消息中的每个帧后跟一个应答/不应答位。如果成功接收到地址帧或数据帧,则从接收设备向发送方返回ACK位。 地址 I2C没有像SPI这样的从选择线,因此它需要另一种方法让从器件知道数据正在发送给它,而不是另一个从器件。它通过地址来做到这一点。地址帧始终是新消息中起始位之后的第一帧。 主设备将与其通信的从设备的地址发送给与其连接的每个从设备。然后,每个从设备将从主设备发送的地址与其自己的地址进行比较。如果地址匹配,则将低电压ACK位发送回主机。如果地址不匹配,则从器件不执行任何操作,SDA线保持高电平。 读/写位 地址帧在末尾包括一个位,用于通知从设备,主设备是想要向其写入数据还是从主设备接收数据。如果主设备想要向从设备发送数据,则读/写位是低电平。如果主设备向从设备请求数据,则该位是高电平。 数据框架 在主设备检测到来自从设备的ACK位之后,准备好发送第一个数据帧。 数据帧始终为8位长,并以最高有效位先发送。紧接着每个数据帧的ACK / NACK位以验证帧已被成功接收。在发送下一个数据帧之前,主机或从机必须接收ACK位(取决于发送数据的人)。 在发送了所有数据帧之后,主设备可以向从设备发送停止条件以停止传输。停止条件是SCL线上从低电平到高电平转换后,SDA线上从低电平变为高电平,SCL线保持高电平。 I2C数据传输步骤 1.主机向每一个连接的从设备发送数据,然后将SDA信号从高切换到低,之后在将SCL从高切换到低电平。     2.主设备向每个从设备发送它想要与之通信的从设备的7或10位地址,以及读/写位:     3.每个从设备将主设备发送的地址与其自己的地址进行比较。如果地址匹配,则从器件通过将SDA线拉低一位来返回ACK位。如果主设备的地址与从设备的地址不匹配,则从设备将SDA线保持为高电平。     4.主设备发送或接收数据帧:     5.在传输了每个数据帧之后,接收设备将另一个ACK位返回给发送方以确认成功接收到该帧:     6.要停止数据传输,主机通过在将SDA切换为高电平之前切换SCL为高电平来向从机发送停止条件:     有多个从设备的单一主设备 由于I2C使用寻址,因此可以从单个主设备控制多个从设备。使用7位地址,可以使用128(27)个唯一地址。使用10位地址并不常见,但提供1,024(210)个唯一地址。要将多个从器件连接到单个主器件,请像这样连接它们,使用4.7K欧姆上拉电阻将SDA和SCL线连接到Vcc:     有多个从设备及多个主设备 多个主设备可以连接到单个从设备或多个从设备。当两个主设备尝试通过SDA线同时发送或接收数据时,同一系统中出现多个主设备的问题。为了解决这个问题,每个主设备需要在发送消息之前检测SDA线路是低还是高。如果SDA线为低电平,则表示另一个主控制器已控制总线,主控制器应等待发送消息。如果SDA线路很高,那么传输信息是安全的。要将多个主设备连接到多个从设备,请使用下图,使用4.7K欧姆上拉电阻将SDA和SCL线路连接到Vcc:     I2C的优点和缺点 与其他协议相比,I2C听起来很复杂,不容易在程序中实现而导致数据丢失、无应答、“死等”等问题。但却有很多优点: 优点 只使用两根电线 支持多个主服务器和多个从服务器 ACK / NACK位确认每个帧都已成功传输 硬件没有UART那么复杂 众所周知且广泛使用的协议 缺点 数据传输速率比SPI慢 数据帧的大小限制为8位 实现比SPI更复杂的硬件

    时间:2019-08-23 关键词: uart i2c spi 总线与接口

  • 关于自动化系统的无线通信标准介绍

    关于自动化系统的无线通信标准介绍

    当初的无线网是作为有线以太网的一种补充,遵循了IEEE802.3标准,使直接架构于802.3上的无线网产品存在着易受其他微波噪声干扰,性能不稳定,传输速率低且不易升级等弱点,不同厂商的产品相互也不兼容,这一切都限制了无线网的进一步应用。 自动化领域正在从有线连接过渡到无线连接。系统的无线控制是物联网(IOT)世界的重要组成部分。这种自动化和连接性是IP地址扩展到IPv6的基础,因此所有内容都可以独立连接到网络。自动化系统具有许多不同的无线标准,设备可以与之通信。关键是要了解什么类型的数据和系统将要传输的数量,以及数据需要多快和可用的速度。 通信分区 对于所有自动化系统,无论是单个功能还是通过中央处理器或FPGA处理多个功能的系统,外部通信都需要分区方案。通信功能与标准内存管理和标准I/O分开。分离是由于通信是结构化同步事件,而大多数自动化I/O源自控制反馈环路并且通常是异步的。使用的块是处理数据准备和协议的传统数字MCU部分; DAC和ADC,用于在数字和模拟形式之间转换数据,以便通过天线系统发送;以及用于驱动天线系统的RF收发器。 边界和内部/外部组件因供应商而异。主要分区约束之一取决于无线协议的选择。从历史上看,433 MHz ISM频段(车库门开启器等)和较低频率(13.3 MHz,27.2 MHz)的专用RF使用了专有协议。为了与传统项目兼容,这些RF接口仍可从Linx Technologies的Digi-Key(搜索“RF接收器,发送器和收发器完成单元”)获得,作为发送器(参见图1)和接收器模块。这些系统利用低数据速率(低于19 kbps)和低数据量。     图1:Linx Technology无线“密钥卡”发送器 大多数新的无线系统都有许多高速数字标准可供选择,其中传递的数据量和网络中的节点数决定了协议的选择。 Digi-Key提供的主要选择包括Zigbee®(IEEE 802.15.4),Bluetooth®(Bluetooth SIG支持),Wi-Fi(IEEE 802.11 a/b/g/n)和蜂窝(CDMA,HSDPA,GSM,EDGE,GPRS)。蜂窝系统主要用于M2M(机器到机器)网络。 这些产品支持的蜂窝网络基于数字分组数据交换。现有系统的很大比例,如报警/安全系统,自动柜员机,信息亭,POS终端和工业自动化,都是为模拟电话通信而设计的。随着陆地线路的可用性萎缩以及对数字数据结果的需求不断增长,这些系统正在转向无线。这些系统的设计分区很简单,因为模拟调制解调器接口系统有外部改造,无论是独立还是嵌入式。图2显示了Multi-Tech Systems,Inc。的Multiconnect™AW模拟到无线转换器。该外部转换器通过RJ11连接与模拟调制解调器连接,支持多个RS232连接,并集成了嵌入式闪存。闪存允许现场升级和修改调制解调器和蜂窝网络连接。该解决方案保留了系统的现有设计分区,并且仅需要对网络的无线方面进行鉴定。     图2:Multi-Tech MultiConnect AW模拟到无线套件 数据接口和应用程序 自动化系统的数据接口正在不断发展。历史上,系统通过时间戳作为信息集传递简单的错误代码和状态代码。这些代码将转到另一个系统,该系统具有代码之间的转换表和代码的解释。这允许自动化系统和流量控制系统之间的“最轻”的电线连接。通过无线通信,大大降低了自动化系统的数据流量,物理接近度和物流成本,从而允许更改正在发送的数据的数量和类型。 新设计解决无线网络的最简单方法是通过串行端口连接到完成的无线电子系统。标准串行端口(RS232)和USB有许多选择。这允许现有的架构系统通过传统的点对点有线连接提供数据,状态和M2M连接,以保持不变。外部无线电套件可以简单地连接到端口,套件可以处理IP握手,数据格式化和模拟子系统功能。 蓝牙是一种流行的短距离双设备连接协议。虽然它主要被称为手机耳机的协议,但通信规范实际上支持通用数据应用。该系统对于与短距离接收器和/或移动设备和计算机的通信特别有用,用于跟踪自动化设备的状态。蓝牙支持两类 - 当前规格下的Class 1最多可达30米,Class 2最高可达10米。当前版本2.x规范支持高达2.1 Mbps的短突发数据,实际数据传输速率为几百kbps。这些传输的数据集通常在字节到千字节范围内。整个系统往往在2%的功能工作循环下运行。完成的USB子系统的示例是Laird Technologies的BRBLU03-010AC和Roving Networks的RN-270M USB蓝牙2.0适配器(参见图3)。蓝牙网络支持扩展范围和信号聚合应用的收发器和接入点。     图3:Roving Networks蓝牙收发器 如果需要多个点对点连接,Zigbee环境支持网状网络。网状网络是一种多点对点网络,允许通过相邻设备(在3D空间,多层设施以及同一楼层)将数据中继回中央网络核心。该网络支持WPAN适配器,接入点和模块,开发人员套件,网络扩展器,传感器和网关。典型应用如图4所示,其中安装了Digi XBee™/XBee-Pro™环境。 Zigbee网络以250 kbps的数据速率支持长达1英里的无线距离。该网络支持高占空比流量,包括状态,ID和错误代码,以及收集指标和环境传感器的结果。该协议支持在网状网上同时通话的多个设备以及多个接口 - RS-232,RS-485,全双工和半双工RS-422以及USB。     图4:Digi XBee-Pro ZB适配器使用配置 家庭和工业自动化领域的主要传统连接选项是铜缆以太网或EtherCAT。它们具有明确定义的高速数据端口,通常通过RJ45连接器连接,并在高占空比(超过60%)下以1 Mbps至600 Mbps的数据范围运行。因此,将这些转换为Wi-Fi(基于802.11的连接)非常简单,通常不会影响性能。这些网络可以支持中距离,标称70米室内/250米室外;在美国的特殊FCC许可下,您可以在3.6 GHz高功率下运行802.11a,最长可达5000米。协议的a/b/g版本仅支持一个天线和一个用于数据流的收发器。这些支持1 Mbps至54 Mbps的数据速率。 802.11n版本的协议支持多达四个同步输入/输出(MIMO),每个数据流最高可达150 Mbps。 与Zigbee系统一样,这些Wi-Fi网络包括收发器,网关,网桥,接入点,扩展器和开发套件。完整的改造解决方案,如Qualtech Airborne工业无线以太网解决方案型号ABDG-ET-IN5010,可提供RJ45接口或RS232串行接口,用于802.11b/g网络。这些装置目前可用于802.11a/b/g的单天线驱动系统。未来几年将有更新的设计可用于支持802.11n的MIMO环境。 由于这些选项代表了对当前有线网络环境的改进,因此系统的关键组件是无线配置的管理。这些系统可以远程升级,实现远程访问控制,配置和数据记录。 Qualtech等产品为企业方提供了一个通用的管理软件平台,可以控制其产品系列,与自动化侧连接(有线,RJ45,RS232,USB或其他引脚排列)无关。它们通常是基于Windows的系统,如机载管理中心(AMC),如图5所示,其GUI可以具有较短的学习曲线。     图5:Qualtech空降管理中心 嵌入式无线选项 对于具有空间和功率限制的新设计,外部子系统不是一个实用的解决方案。在这种情况下,建议使用DAC到前端模块(FEM)或mux/PA/滤波器的数字接口。这将通过匹配的,面向相反的设置处理系统的发送侧,该设置将进入接收侧所需的ADC。公共天线用于接收器和发射器对。 前端模块的复杂程度取决于要处理的网络选项的数量。它们可以是简单的单向输出,这需要两个部分才能完成连接。一个例子是Microchip的SST12LF02 FEM(见图6),它只是一个LNA/PA,一个滤波器和一个开关。该交换机支持到天线的侧旁路通道,以便在与2.4 GHz LNA相同的频段上实现蓝牙连接。     图6:SST12LF02 FEM框图 下一步是单波段2.4 GHz 802.11b/g/n和BT收发器模块,如SiGe半导体/Skyworks解决方案部件号SE2613T(见图7),它具有功率检测器,谐波滤波器,开关/多路复用器,LNA,PA以及相关的通道/设备匹配。     图7:Skyworks Solutions单频带FEM框图 高端有限元法一直到Skyplex Solutions SE2595L等多波段MIMO兼容(802.11n双频段)模块(见图8)。这些模块包含一个发送和一个接收路径架构,用作MIMO构建块,所有RF端口匹配50欧姆。它们包括集成的2.4/5 GHz PA,2.4/5 GHz LNA,TX滤波器,T/R开关和双工器,以及集成功率检测器,所有这些都在3.3伏的单电源电压下工作。     图8:Skyworks多频段MIMO FEM框图 安全 无线系统最近关注的一个领域是数据和访问安全性。一旦只是IT世界和业务通信的领域,Stuxnet攻击的幽灵就会使所有基于网络的自动化实现在任何有数据网络的地方都需要数据安全性。信息不是唯一有价值的东西,因为能够破坏或改变业务和制造流程具有明确的市场价值并且更难以追踪。由于大多数自动化系统开发人员只熟悉系统设计的IP保护,因此Digi国际嵌入式无线安全产品培训模块是嵌入式应用无线安全的入门模块,可在Digi-Key网站上获得。 为了帮助嵌入式应用解决M2M通信中的安全问题,可以使用可集成的无线网络服务器,如Qualtech WLNG-XX-DP551系列 - 坚固耐用,安全,高可靠性的Wi-Fi模块。该系统不仅具有完整的软件支持,还具有SPI,以太网,GPIO,UART和802.11网络的可配置接口。这些是对单个OEM板级组件中的完整RF,网络堆栈和安全/密钥处理的补充。图9显示了具有ARM9™处理器,本地存储器,电源管理,以太网PHY和完整802.11 b/g无线电的模块架构。     图9:Qualtech Airborne嵌入式无线设备服务器

    时间:2019-07-28 关键词: 无线通信 自动化系统 总线与接口

  • 基于实现无线电传输范围和可靠性的RF增益模块的详解

    基于实现无线电传输范围和可靠性的RF增益模块的详解

    无线电通信是将需要传送的声音、文字、数据、图像等电信号调制在无线电波上经空间和地面传至对方的通信方式,利用无线电磁波在空间传输信息的通信方式。 “无线电”这个术语现在意味着比过去更多。早期的无线电发射机只不过是振荡器,它只是通过幅度,频率或相位将信号信息调制到载波上。设计并使用了简单的单芯片或晶体管发射器和接收器,功率晶体管可以提供足够的功率以满足大多数需求。今天,普通人普遍使用多个RF收发器的个人移动设备是司空见惯的。 这些现代无线电具有很高的性能和可靠性。我们的无线链接必须工作以及有线链接。这意味着在我们的接收信号被仔细检查和解码的同时,许多在后台运行的子系统需要摆动。随着数字时代的到来,甚至模拟信号也以数字形式处理。数字系统,尤其是密集且具有多个时钟的数字系统,可能会产生噪声,增加高功率发射器也会降低对接收信号的敏感度。 其他要求,如跳频,扩频,协议前导码,CRC,ECC,ACK/NOACK,仅举几例,使简单的晶体管RF链路过时。因此,RF链路需要比以往更复杂的芯片。对于工程师来说,就像背着沉重的石头一样,每一代都会越来越重,因为增加了复杂性。 设计过程也经历了复杂程度的提高。多个地平面需要收敛。数字地平面可能充满开关噪声。模拟地平面应尽可能安静,因此传感器可以将可靠的电平传递到数据采集系统的敏感A/D级。 RF接地平面还应策略性地保护低电平无线电信号,同时保持一致的传输线阻抗。这在分层电源和地平面设计以及布局电路板时的功能划分方面提出了更多的思考。 本文介绍了可以从现代高端无线电芯片中获取预先形成的复杂RF信号的离散RF增益模块阶段并提升水平以实现更高的范围和可靠性。此外,虽然特定频段和协议的功率输出水平确实由政府机构决定,但如果我们想要充分利用我们允许传输的功率电平,增益模块可以实现这一点。 增益块的优点 现代数字无线电允许使用的增加的发射功率量是一种混合的祝福。由于采用扩频技术,与10 mW的发射功率相比,无线电可以发射高达1.5 W的发射功率,而较旧的窄带AM和FM发射机是允许的。这有利于增加范围和信号接收可靠性,但增加了对设计的更多功率要求,以及另一个可能噪声源由于对低电平信号的敏感性和不断增长的功能集成,只有太多功率复杂的无线电SoC可以处理。逆平方功率定律表明将天线移动到安静点可以降低数字系统的噪声,从而优化接收效果。因此,RF开关(参见TechZone文章“RF开关增加灵活性”)可以是用于将无线电信号从嘈杂的SoC引导到更优化的位置,并允许使用多个天线(图1)。对于传输信号,增益天线可以增加范围和功率输出,但增益模块可以将原始RF用于传输,并将其提升到更高的水平,以达到其符合标准所允许的最大功率。 实现无线电传输范围和可靠性的RF增益模块介绍图1:RF开关可以允许多个天线,以提高接收灵敏度和三角测量,以及更好的发射辐射模式。地平面的战略分离有助于保持模拟和射频部分的安静。注意模拟和数字地平面在微型AVss引脚上连接在一起。 将更高功率的发射器移动到电路板上的远程或外围位置有许多优点。差分信号可以通过电路板将低电平无线电信号干净地传递到边缘安装的PC板天线,外部天线连接器或两者。外围是用于传输(和接收)信号的畅通路径的最佳镜头,并且在选择外壳材料时允许更多控制,以便不会削弱性能。此外,冗余天线可用于改善发射覆盖范围,以及在多个平面上接收灵敏度。 各种应用的设计可利用增益模块,包括GSM,蜂窝,本地多点分配服务(LMDS) ),多通道多点分配服务(MMDS),CATV等。 已经出现了增益块,以解决通用和频段特定的需求。在这两种情况下,它们都采用低电平RF信号,并为具有非常特定特性的天线提供功率增益。一些制造商(如ADI公司)制造了一系列针对特定设计以及通用和宽带应用的增益模块。 ADI公司AD8353ACPZ-REEL7是一款基本输入/输出两级反馈放大器,结构紧凑8-VFDFN封装,带有裸露焊盘。它针对蜂窝,LMDS和MMDS设计。良好的1 MHz至2.7 GHz,它是一个相当宽的放大器,能够运行标准的3或5 V电源,并提供固定的20 dB增益。其紧凑的尺寸和简单的“直通”布局使其可以轻松放置在自己的地平面上(图2)。     实现无线电传输范围和可靠性的RF增益模块介绍图2:无源元件可用于在单端或差分配置中将单端输出耦合到天线。另一个类似的例子是Analog Devices ADL5530ACPZ-R7,它支持CDMA2000,W-CDMA,GSM和细胞。仔细观察,您会发现它从0 Hz到1 GHz都很好,非常适合928 MHz ISM频段设计,以及医疗植入物,工业控制等的低频段。更高频率仍然合理宽带ADL5542ACPZ-R7可处理50 MHz至6 GHz,并针对蜂窝和CATV设计。 ADI公司推出的新型ADL5610,ADL5611,ADL5544和ADL5545器件将宽频率范围扩展至30在保持高频6 GHz高端的同时达到MHz。它们的增益水平不同,都采用非常紧凑的SOT89-3封装。 Avago Technologies还生产一种带有MGA-30689-TR1G扁平增益高线性度SOT-89器件的RF增益模块芯片。它的工作频率范围为40 MHz至3 GHz,它包含了所有当前的2.4 GHz协议和标准,并采用了直通布局(图3)。它需要一个5 V单电源,在40 MHz至2.6 GHz范围内具有平坦的14 dB(±0.5 dB)增益响应。 实现无线电传输范围和可靠性的RF增益模块介绍图3:SOT封装也适用于良好的直通放大,与裸露焊盘VFDFN封装一样,提供与地平面的牢固连接。 Hittite也在这个舞台上播放并提供一些感兴趣的部分。例如,可比较的SOT-89宽带HMC311ST89E,从0 Hz到6 GHz都很好。其50Ω增益级可级联,以实现非标准调节设计的更高输出电平。如果使用达林顿输出对提供16 dB增益,与其他技术相比可显着降低电流消耗。 Hittite还提供2 x 2 mm的“超高”频率(0至10 GHz)增益模块GaAs pHEMT HMC788LP2E增益阻滞级。该器件还具有50Ω阻抗的级联功能,可直接驱动单平衡或双平衡混频器的本地振荡器端口,输出功率高达20 dBm。它还采用5 V电源和达林顿反馈对,在温度范围内具有出色的增益稳定性。 Hittite的增益模块评估板,标记为119394-HMC636ST89,可以使用直通外部连接器演示器件的性能(图4) )。 实现无线电传输范围和可靠性的RF增益模块介绍图4:RF增益块评估单元演示了“理想的”地平面使用情况,以及使用外部连接器直接连接到天线或阻抗控制布线到目标的直通架构设计。这简化了原型设计和测试。 在接收端 有趣的是,增益块不仅用于发送器级,还可用于与接收链相关的目的。一个很好的例子是Linear Tech LTC6430BIUF-15PBF。该部分调节原始接收数据并针对超高速差分A/D转换器级进行优化(图5)。软件定义无线电(SDR)和直接DSP类型的解调方案(如正交频分复用(OFDM))的理想选择,该器件采用24引脚QFN封装,可直接耦合到外部A/D或微控制器的高性能A/D级。请注意,4 x 4 mm尺寸仍然相当小,可用于手持式和便携式设备(但功耗为800 mW)。 实现无线电传输范围和可靠性的RF增益模块介绍图5:RF增益模块对于接收部分,用于放大和调节低电平接收信号为全摆幅差分信号对,用于基于DSP解调的直接高速差分A/D转换器。 总之,本文讨论了为什么增益块是一项了解的好技术,并向您展示如何利用可用部件来实现最大传输范围,同时保持接收灵敏度。正如我们已经注意到的那样,RF增益模块进一步为工程师提供了更大的灵活性和自由度,可用于布置可容纳您设计的物理PC板。

    时间:2019-07-28 关键词: 振荡器 总线与接口 无线电传输 rf增益

  • 基于智能建筑内设备的无线连接及照明解决方案

    基于智能建筑内设备的无线连接及照明解决方案

    “无线连接”是指使用WiFi、4G等无线技术建立设备之间的通讯链路,为设备之间的数据通讯提供基础,也称为无线链接,常用的实现无线链接的设备有无线路由器、蜂窝设备等。  智能建筑革命正在进行中,为住宅提供更好的舒适性和便利性,降低运营成本,提高商业部门的员工生产力。到2022年,全球市场价值近780亿美元。 无线控制照明是这场革命的关键因素,允许多种多样的操作模式,有助于避免浪费能源,避免大型重新布线项目的动荡和成本。安装无线控制器可以节省高达70%的现有房屋重新布线成本,或者占新建项目布线成本的15%。 虽然有些新房,如高级房产,可能从一开始就设计得很聪明,现有房屋可能会分阶段升级。所有者可以优先考虑加热或照明系统,作为智能技术的第一步,然后可以使用其他智能功能扩展系统,例如设备控制器,百叶窗或门锁。所有类型的智能建筑设备似乎都有光明的未来,从简单的灯开关,墙壁插头或散热器盖到复杂的中央控制器。这为新品牌赢得市场份额提供了机会,通过提供技术先进或比更成熟的竞争对手提供的产品更加时尚的产品。 互操作性和共存将成为寻求成功的开发者的关键问题客户倾向于逐步向其建筑物引入智能功能的市场。 候选连接标准 用于控制设备(如灯,散热器阀门,窗户)的多种连接标准已经提出了智能建筑中的开启器和电器。目前市场上已获得认证产品的流行标准包括EnOcean,KNX,ZigBee ?和Z-Wave ?。 EnOcean和Z-Wave工作在sub-GHz无线电频段。在欧洲,这是868 MHz。 Z-Wave基于网状网络拓扑,最多支持232个节点。该协议提供了应用级别的互操作性,并且可以使用许多Z-Wave片上系统设备,例如Sigma Designs ZM5202。 Z-Wave堆栈驻留在芯片上,并通过也提供的API访问,这使开发人员可以简单地将应用程序加载到设备的集成程序存储器中,如图1所示。 SoC支持单芯片解决方案,具有所有硬件功能,如传感器ADC,128位安全加密和集成在器件中的三端双向可控硅调光器控制器。     图1:通过提供的API访问Z-Wave协议 EnOcean技术基于极轻的无线电协议,可实现从太阳能电池或其他能源运行的无电池模块 - 诸如动力转换器或Peltier元件的收获系统,用于传输包含传感器数据的短电报。这对于诸如灯开关之类的物品来说是一个强有力的主张,它可以放置在房间的任何地方,与使用EnOcean TCM300U等系统模块构建的线路供电照明执行器(图2)进行通信。 EnOcean交换机还可以轻松地集成到更大的家庭自动化网络中。例如,德国KNX开发商Weinzierl(www.weinzierl.de)建立了一个EnOcean-KNX网关,它接收EnOcean无线电报并在KNX总线上生成适当的信号。     图2:无线传感器与线路驱动的执行器进行通信 KNX声称是全球唯一根据ISO/IEC14543-3等标准获得批准的标准,EN-50090(CENELEC),EN13321-1/2(CEN),中国家庭自动化标准GB/T20965和美国ANSI/ASHRAE 135.与基于无线的EnOcean,ZigBee和Z-Wave标准,KNX总线不同可以在各种介质上运行,包括双绞线(KNX TP),交流电源线(KNX PL)和以太网/Wi-Fi(KNXnet/IP),以及在868 MHz频段运行的无线(KNX RF)。 KNX协会还为设备开发人员和系统安装人员提供独立于制造商的工具。 ZigBee家庭自动化是基于2.4 GHz无线电的着名ZigBee标准的特殊配置文件。它针对控制家庭设备进行了优化,并使用ZigBee PRO网状网络堆栈。 ZigBee Pro可以在各种微控制器上实现。 Silicon Labs拥有许多ZigBee模块,例如ETRX357,其中包含单芯片ZigBee收发器以及符合ZigBee PRO标准的EmberZNet网格堆栈。这些模块允许没有RF经验的开发人员为其产品添加无线网络功能。 使用选择的标准 每个标准都有自己的联盟或协会支持,该联盟或协会负责管理技术规范以及许可和产品认证等法律方面。认证过程确保来自不同制造商的产品之间的互操作性。希望渗透目前使用任何这些标准的市场的OEM必须提供他们的新产品设计以进行认证。 通常,开发认证的,可互操作的设备(例如灯具,开关或调光器)的道路开始通过购买Sigma Designs的开发人员套件,如RBK-ZW500DEV-CON Z-Wave套件。 Sigma还拥有许多低成本的区域套件,可为欧洲,北美和日本等地区的不同子频段分配服务。对于Z-Wave,购买开发人员套件还可以访问Sigma的Z-Wave软件开发套件SDK。 SDK允许在线访问协议库,应用程序示例和文档等资源。使用可用的工具,开发人员可以做出必要的决定,例如硬件选择,协议选择以及设备和命令类。完成硬件和软件开发后,产品可以提交给Z-Wave联盟进行认证。 集中控制 在智能建筑中,可能需要激活照明在几个方面,不限于通过壁挂式控制的传统手动切换或调光。中央控制器可以被编程为在某些时间打开或关闭灯,或者响应于也构成家庭安全系统的一部分的占用传感器,或者来自环境光传感器的信号,其可以用于调节调光以获得最佳照明和此外,随着消费者越来越多地采用网络移动设备,智能建筑用户会被丰富多彩的应用程序所吸引,这些应用程序可以控制智能建筑的各个方面,例如照明,供暖,电器和安全平板电脑或智能手机的设置。将智能建筑网络与互联网路由器相连接的网关设备为此功能提供了关键,如图3所示。任何智能建筑技术都需要这样的基于IP域的网关,无论是否与连接到建筑物的平板电脑进行通信Wi-Fi网络,或通过移动设备通过世界任何地方的蜂窝或Wi-Fi热点连接到互联网。许多制造商都提供网关,适用于将智能家居网络(如EnOcean,KNX,ZigBee或Z-Wave环境)连接到建筑物的互联网路由器。     图3:将智能家庭网络连接到IP域允许使用各种设备控制设置 应用程序开发人员可以利用所选技术支持的功能为最终用户提供方便的功能。这些包括配置设备组以允许单击控制,或创建自定义“场景”以自动应用照明,加热和其他设备的所需设置。用户可以创建一个“家庭影院”场景,同时调暗灯光,关闭百叶窗,调节温度,打开平板电视,或“进入睡眠”场景锁门,关闭窗户,关闭加热和关闭除卧室外的所有灯光。 结论 定义智能建筑内设备之间连接的标准各自提供了产品开发人员需要能够解决可量化市场的结构。确保与市场上已有的其他产品的互操作性。协会大力推广自己的标准,但开发商必须根据他们提供的资源和准确的机会和竞争评估进行选择。

    时间:2019-07-28 关键词: 无线连接 总线与接口 无线电频段 enocean技术

  • 无线供电,脱离电池

    无线供电,脱离电池

    无线供电,是一种方便安全的新技术,无需任何物理上的连接,电能可以近距离无接触地传输给负载。实际上近距离的无线供电技术早在一百多年前就已经出现,而我们现在生活中的很多小东西,都已经在使用无线供电。也许不远的未来,我们还会看到远距离和室内距离的无线供电产品,而不会看到电线杆和高压线,“插头”也将会变成一个历史名词。   图1 无线功率传输系统 目前大多数无线功率传输应用都采用无线电池充电器配置。可充电电池位于接收端,只要有发射端,就可对其进行无线充电。充电完成后,将电池与充电器分离,可充电电池即可为终端应用供电。后端负载既可直接连接到电池,也可通过PowerPath?理想二极管间接连接到电池,或连接到充电器IC中集成的电池供电稳压器的输出端。在所有三种情况下(见图2),终端应用既可在充电器上运行,也可脱离充电器运行。   图2 无线Rx电池充电器,后端负载连接到   a)电池、b)PowerPath理想二极管和c)稳压器输出端。 但是,如果特定应用根本没有电池,取而代之的是,当无线电源可用时,只需提供一个稳压的电压轨,那又会如何呢?在远程传感器、计量、汽车诊断和医疗诊断领域,此类应用的例子极为常见。例如,如果远程传感器无需持续供电,那么它就不需要电池,而使用电池需要定期更换(若是原电池)或充电(若是可充电电池)。如果该远程传感器仅需要用户在其附近时给出读数,则可按需进行无线供电。 我们来看 LTC3588-1 纳安功耗能量收集电源解决方案。虽然LTC3588-1最初为传感器(如压电、太阳能等)供电的能量收集(EH)应用而设计,但它也可用于无线电源应用。图3显示了采用LTC3588-1的完整发射端和接收端WPT解决方案。在发射端,使用基于 LTC6992 TimerBlox?硅振荡器的简单开环无线发射器。在此设计中,将驱动频率设置为216 kHz,低于LC谐振电路的谐振频率266 kHz。fLC_TX与fDRIVE的精确比值最好是凭经验来确定,旨在最大程度地减小由零电压开关(ZVS)引起的M1开关损耗。关于发射端线圈选择和工作频率的设计考虑,与其他WPT解决方案没有什么不同,也就是说,在接收端采用LTC3588-1并无任何独特之处。     Figure 3 WPT employing the LTC3588-1 to supply a regulated 3.3 V rail 在接收端,将LC谐振电路的谐振频率设置为与216 kHz的驱动频率相等。鉴于许多EH应用需要进行交流到直流的整流(就像WPT一样),因此LTC3588-1已经内置了这项功能,允许LC谐振电路直接连接到LTC3588-1的PZ1和PZ2引脚。该整流为宽带整流:直流到>10 MHz。与LTC4123/LTC4124/LTC4126的VCC引脚类似, 将LTC3588-1的VIN引脚调节至适合为后端输出供电的电平。对LTC3588-1而言,是迟滞降压型DC-DC稳压器的输出而不是电池充电器的输出。可通过引脚选择四种输出电压:1.8 V、2.5 V、3.3 V和3.6 V可选,连续输出电流高达100 mA。只要平均输出电流不超过100 mA,就可以选择大小合适的输出电容来提供较高的短期突发电流。当然,要完全实现100 mA输出电流能力,还取决于是否具有适当大小的发射端、线圈对以及是否充分耦合。 如果负载需求低于支持的可用无线输入功率,则VIN电压会增加。虽然LTC3588-1集成了一个输入保护分流器,可在VIN电压上升至20 V时,提供高达25 mA的拉电流,但这个功能并非必需的。随着VIN电压上升,接收线圈上的峰值交流电压也会上升,这相当于可提供给LTC3588-1的交流量下降,而不只是在接收谐振电路中循环。如果在VIN上升至20 V之前就达到了接收线圈的开路电压(VOC),则后端电路受到保护,接收端IC中不会产生热量造成能耗。测试结果:针对图3所示气隙为2 mm的应用,测得在3.3 V下可提供的最大输出电流为30 mA,而无负载时测得的VIN电压为9.1 V。当气隙接近为零时,可提供的最大输出电流增加至大约90 mA,而无负载时的VIN电压仅增加至16.2 V,远低于输入保护分流电压(见图4)。     图4 在3.3 V下各种距离可提供的最大输出电流 针对采用无线电源的无电池应用,LTC3588-1提供了一种简单的集成解决方案,可提供低电流稳压电压轨,还带有完整的输入保护功能。

    时间:2019-07-28 关键词: 太阳能 压电 无线供电 总线与接口

  • 关于IIC通信协议的理解

    关于IIC通信协议的理解

    IIC协议是二线制,信号线包含SDA和SCL,且信号线是双向的,开路结构,需要通过上拉电阻到VCC,具体的电阻值影响的是信号反应速度和驱动能力。 首先,IIC通信与UART,还有SPI统称为串行接口通信,不过它们之间还是有区别的,如UART的负电平逻辑,还有UART通信不需要时钟,只需要特定的波特率即可,SPI与IIC都可以有一个主机,多个从机的情况,不过IIC适用于短距离传输,如片间通信,摄像头的配置等场景。 要搞定IIC首先来看IIC的硬件接口:     如图所示,我们知道IIC一个主机可以悬挂多个从机,所以地址线A2,A1,A0 可以实行片选的功能,那么WP这个引脚的功能就是当WP悬空或者接地的时候,表示这时的EEPROM既可以读,也可以写,当WP接电源时,则只可以读而不能写。 SCL与SDL这两个引脚,必须上拉,否则驱动能力不够,无法进行正常的IIC通信。 OK,硬件接口已经介绍清楚了,那么我们现在开始来看协议了。 首先IIC分为字节读写和页面读写,首先来看字节读写的协议:     如上图所示,如果我们要向EEPROM中写入一个字节的数据,得有如下几个步骤: 1.开始信号——在SCLK的高电平器件,拉低SDA的信号(由1 变为0)。 2.控制字节——即器件地址,就是你操作那一块EEPROM。 3.ACK信号——由从机发出,主机为接收,所以在此阶段,sda_link必须置为0,即为读取这个应答信号,所以在SCLK的高点平期间。 4.字节地址——即某一块EEPROM里面的哪一个地址。 5.ACK信号——与上述相同。 6.数据信号——即你往某个地址里面写入的8位数据。 7.ACK信号——上述相同。 8.结束信号——在SCLK的高电平期间,拉高SDA信号,表示通信结束。 再来看读的时序:     由上图可看出读时序的前面处理方式与写相同,不同的时在第三个ACK信号来了之后,如果是读,那么会又有一个起始信号,紧接着读器件地址,然后应答,再然后读数据,再然后在SCLK的低电平期间发送一个NO ACK信号,要记住这个信号由主机发出,然后紧接着一个结束信号。 由上述读写时序我们可知,通信的起始均在SCLK的高电平期间发生跳变,这就据定了我们其他信号跳变均在SCLK的下降沿,SCLK高电平期间数据稳定,适用于读(即低电平改变数据,高电平采集数据)。 具体过程如下: 首先板子上电来个初始化需要来个延时,具体多少用计数器自己搞定。 代码如下: reg [6:0] hadware_initial_delay; wire hadware_initial_delay_done; always@(posedge clk or negedge rst_n) if(!rst_n) hadware_initial_delay<=7’d0; else if(hadware_initial_delay<=7’d49) hadware_initial_delay<=hadware_initial_delay+1;else hadware_initial_delay<=hadware_initial_delay;assign hadware_initial_delay_done=(hadware_initial_delay==7’d50)?1’b1:1’b0;OK,我们要知道IIC的速率一般就几百KH而我们的系统时钟为50M,所以需要分频: 代码如下: reg [8:0] sclk_cnt; always@(posedge clk or negedge rst_n) if(!rst_n) sclk_cnt<=9’d0; else if(hadware_initial_delay_done) begin if(sclk_cnt<9’d499) sclk_cnt<=sclk_cnt+1; else sclk_cnt<=0; end assign sclk=(sclk_cnt<=9’d249)?1’b1:1’b0;OK,我们知道SCLK高电平期间采集数据,低电平期间改变数据,那么当然,这个“期间”肯定时时钟沿中间最好啦,毕竟更容易满足建立时间与保持时间,很稳定的。 具体代码如下: wire sclk_posedge_middle=(sclk_cnt==9’d124)?1’b1:1’b0;wire sclk_negedge_middle=(sclk_cnt==9’d374)?1’b1:1’b0;OK,读写定义了那么多个过程,当然需要状态机来搞定啦,定义变量如下: parameter IDLE = 4’d0 ; parameter START1 = 4’d1 ; parameter ADD1 = 4’d2 ; parameter ACK1 = 4’d3 ; parameter ADD2 = 4’d4 ; parameter ACK2 = 4’d5 ; parameter DATA = 4’d6 ; parameter ACK3 = 4’d7 ; parameter STOP1 = 4’d8 ; parameter START2 = 4’d9 ; parameter ADD3 = 4’d10; parameter ACK4 = 4’d11; parameter DATA_READ = 4’d12; parameter NO_ACK = 4’d13; parameter STOP2 = 4’d14; OK,再来个宏定义,假设写入是这几个地址,这几个数据。 define DEVICE_READ 8'b1010_0001 define DEVICE_WRITE 8’b1010_0000 define WRITE_DATA 8'b0001_0001 define BYTE_ADDR 8’b0000_0011 SDA双向端口,这个记住,一般这样搞; reg sda_link; reg sda_out_r; assign sda=sda_link?sda_out_r:1’bz; 当作为输出时,对吧,使sda_link拉高,作为输入时,输入高阻。 各过程如下: reg [3:0] current_state; //reg [3:0] next_state; reg [7:0] db_r; reg [3:0] num; reg [7:0] data_out_reg; always@(posedge clk or negedge rst_n) if(!rst_n) begin sda_link<=0; db_r<=0; num<=0; current_state<=IDLE; sda_out_r<=0; data_out_reg<=8’b0; end else begin case(current_state) IDLE:begin sda_out_r<=1; sda_link<=1; if(!sw1_r||!sw2_r) current_state<=START1; else current_state<=IDLE; end START1:if(sclk_posedge_middle) begin sda_out_r<=0; db_r<=`DEVICE_WRITE; current_state<=ADD1; end else current_state<=START1; ADD1 : if(sclk_negedge_middle) begin if(num==4'd8) begin sda_link<=0; num<=0; current_state<=ACK1; sda_out_r<=1; end else begin current_state<=ADD1; sda_out_r<=db_r[7-num]; num<=num+1; end end else current_state<=ADD1; ACK1: if(sclk_posedge_middle) // begin // if(!sda) // begin begin // */current_state<=ADD2; db_r<=`BYTE_ADDR; end else current_state<=ACK1; ADD2:begin sda_link<=1; if(sclk_negedge_middle)begin if(num==4'd8) begin sda_link<=0; current_state<=ACK2; num<=4'd0; sda_out_r<=1; end else begin num<=num+1; current_state<=ADD2; sda_out_r<=db_r[7-num]; end end else current_state<=ADD2; end ACK2: if(sclk_posedge_middle) ////begin //if(!sda) begin begin if(!sw1_r) begin db_r<=`WRITE_DATA; current_state<=DATA; end else if(!sw2_r) begin current_state<=START2; sda_out_r<=1; end end else current_state<=ACK2; DATA: begin sda_link<=1; if(sclk_negedge_middle) begin if(num==4'd8) begin num<=4'd0; current_state<=ACK3; sda_out_r<=1; sda_link<=0; end else begin num<=num+1; current_state<=DATA; sda_out_r<=db_r[7-num]; end end else current_state<=DATA; end ACK3: if(sclk_posedge_middle) // begin // if(!sda) current_state<=STOP1; // end STOP1: begin sda_link<=1; sda_out_r<=0; if(sclk_posedge_middle) begin sda_out_r<=1; if(sw1_r) // 你要是不等它松开才恢复初始状态,那么你一旦恢复初始状态SW1_r就为低电平,他又开始写了,所以为了避免重复写入数据。 current_state<=IDLE; else current_state<=STOP1; end else current_state<=STOP1; end START2:begin sda_link<=1; if(sclk_posedge_middle) begin sda_out_r<=0; sda_link<=1; db_r<=`DEVICE_READ; current_state<=ADD3 ; end end ADD3: begin if(sclk_negedge_middle) begin if(num==4'd8) begin num<=0; sda_link<=0; sda_out_r<=1; current_state<=ACK4; end else begin num<=num+1; sda_out_r<=db_r[7-num]; current_state<=ADD3; end end else current_state<=ADD3; end ACK4: if(sclk_posedge_middle) // begin // if(!sda) current_state<=DATA_READ; else current_state<=ACK4; // end DATA_READ: begin sda_link<=0; if(sclk_posedge_middle) begin if(num==4'd8) begin sda_link<=1; sda_out_r<=1; current_state<=NO_ACK; num<=4'd0; end else begin num<=num+1; current_state<=DATA_READ; data_out_reg[7-num]<=sda; end end end NO_ACK: if(sclk_negedge_middle) begin sda_out_r<=1; current_state<=STOP2; end else current_state<=NO_ACK; STOP2:begin sda_out_r<=0; sda_link<=1; if(sclk_posedge_middle) begin sda_out_r<=1; current_state<=IDLE; end else current_state<=STOP2; end default:current_state<=IDLE; endcase end assign data_out=data_out_reg; endmodule 仿真结果如下:     OK,搞定,输出当然可以连接数码管,连接LED等来显示是否正确。

    时间:2019-07-28 关键词: sda scl 总线与接口 iic协议

  • ESD保护组件对NFC天线的保护方案设计

    ESD保护组件对NFC天线的保护方案设计

    NFC天线是以RFID射频识别技术为基础,采用变压器共耦匹配做通信的硬件处理方案,并通过处理器的通讯指令完成数据传送过程的校验,软硬件环境通过RFID调制处理,并通过匹配电路调整而设计制作成功的。 将NFC与移动电话整合在一起,提供消费者以近距离感测方式进行有价交易,是现在广为讨论与实现的功能。但在大家热中于讨论与实现NFC的各种整合与实现方式时,有一项不可被忽视的影响是静电放电(ESD)的冲击经由NFC天线对整个NFC的沟通功能所造成的错误动作。移动电话这些电子产品由于频繁地与人体接触,很容易受到静电放电(ESD)的冲击。此外,这些电子产品所采用的IC大多是使用最先进的半导体制程技术,所使用的组件闸极氧化层很薄且接面很浅,很容易受到ESD的冲击而造成损伤。因此,这些电子产品需要额外的ESD保护组件来避免ESD冲击产生系统当机,甚至硬件受到损坏,而NFC天线是必须有ESD保护组件保护的第一关。 针对移动电话这些可携式电子产品所使用的ESD保护组件需符合下列几项要求: 第一、为符合这类电子产品轻薄小巧、易于携带的需求,ESD保护组件的尺寸必须够小,例如0402封装尺寸,甚至0201封装尺寸,以达到在PCB设计上兼具高聚集度及高度弹性的优势。 第二、ESD保护组件接脚本身的寄生电容必须要小,避免讯号受到干扰。例如使用在天线(antenna)的ESD保护组件,必须考虑到天线所使用的频段,不同频段所能够接受的最小寄生电容值,通常使用在天线的ESD保护组件其寄生电容值必须小于1pF,甚至更低。 第三、ESD保护组件所适用的最大工作电压及单向或双向特性的选择,必须考虑讯号上下摆动的最高及最低电压,避免讯号受到影响。例如使用在手机的天线,讯号最高电压通常会超过10V且最低电压会低于0V,必须选择适用此讯号电压的双向ESD保护组件;使用在GPS的天线,最高电压通常小于5V且最低电压不会低于0V,可使用5V单向的ESD保护组件。 第四、ESD防护组件本身对ESD事件的耐受能力必须要高,最少要能承受IEC61000-4-2接触模式8kV的ESD轰击。 第五、也是最重要的,ESD保护组件在ESD事件发生期间所提供的箝制电压(clampingvoltage)必须要够低,除了提供受保护电路免于遭受静电放电的冲击而造成永久的损伤,还要能确保讯号传输不会受到ESD的干扰。 针对这些可携式电子产品,对于ESD保护组件的设计需要同时符合上述所有要求,困难度变的很高。 晶焱科技拥有先进的ESD防护设计技术,针对可携式电子产品,利用自有的专利技术推出一系列0402DFN/0201DFN、低电容、双向/单向、单信道的ESD保护组件,如表一所列。其中0402DFN封装大小仅有1.0mmx0.6mm,厚度只有0.55mm高;0201DFN封装大小更是仅有0.6mmx0.3mm,厚度只有0.3mm高,可以满足可携式电子产品轻薄小巧对于组件封装的严苛要求。如此细小的封装尺寸,更可以整合到系统模块,作为系统ESD的防护将更具弹性。 特别针对NFC(NearFieldCommunication)应用中的天线保护推出AZ4217-01FESD保护组件,这是目前业界唯一提供适用于最大工作电压17V,具有0402封装尺寸、极低电容、双向特性的ESD保护组件。图一是AZ4217-01F的菜单。     除了NFC天线外,在移动电话上还有其他许多RF天线的设计同时存在,因此同样需要对这些天线设计有ESD防护功能。因此晶焱科技另有推出一系列ESD防护组件来保护这些RF天线,如具有极低电容0.5pF/0.8pF的ESD保护组件AZ5325-01F/AZ5425-01F,能满足IEC61000-4-2接触模式至少8kV的ESD轰击。另有0201封装尺寸且其ESD耐受度更可高达15kV的AZ5A15-01F,以及具有具有最低的箝制电压仅有11V的AZ5215-01F,能提供系统产品于ESD测试时最佳的防护效果。图二是这系列ESD保护组件的菜单,图三、图四是利用传输线脉冲系统(TLP)测量ESD箝制电压的结果,观察TLP电流为17A(等效IEC61000-4-2接触模式6kV测试)时的箝制电压,与其他相同应用的产品作比较,均具有最低的箝制电压。     图二晶焱科技推出小尺寸低电容ESD保护组件     图三5-V双向ESD保护组件的TLP测试曲线     图四5-V单向ESD保护组件的TLP测试曲线 随着消费者对可携式电子产品的使用质量要求越来越高,ESD保护组件的箝制电压也需要设计得越来越低,晶焱科技将持续发展更先进的防护设计技术来满足这项需求。

    时间:2019-07-28 关键词: 总线与接口 esd保护组件 nfc天线 rfid射频识别技术

  • 基于天线及传输信道模型建模的方法的研究与仿真实现

    基于天线及传输信道模型建模的方法的研究与仿真实现

    1、论述 在通信系统或雷达系统中,天线模型需要和通信信道或雷达使用场景等紧密结合,共同作用。 对于通信或雷达系统,天线都扮演着发射及接收电磁波的角色。天线性能的好坏,会对系统性能产生很大影响。传统理论和仿真技术,很少将天线放入通信/雷达系统进行整体考量。天线设计师重点关注的是天线的方向性、效率、体积等指标,很少考虑天线和传输信道的配合,更难得考虑天线特性会对系统系能造成怎样的影响。 本文通过研究业界针对通信终端及雷达系统中天线及传输信道模型建模的方法及系统仿真案例,总结两个不同的系统中天线模型的差别及仿真的侧重点。 2、通信终端中的天线模型 移动通信信道主要存在以下特点:开放变参信道,容易受到各种干扰影响;接收点地理环境非常复杂多样,如大致可分为城市、近郊及农村三类;用户具有随机移动性。 由于上述移动通信信道特点,导致电磁波的传播和自由空间相比,除直射波以外,还存在较多的绕射波及散射波,同时存在不同类型的损耗:路径传播损耗、慢衰落损耗及快衰落损耗[1]。为在不同环境下获得最佳接收效果,通信终端的天线尽量设计为全向天线。 2.1 单天线终端天线模型 对于通信系统终端,天线模型通常由其坐标及增益来进行定义;而信道模型则由噪声、衰落、多径等参数进行定义。针对不同类型的通信系统,常常将天线和信道模型放在一起,进行综合考量。 下图引用了ADS软件中描述的最常见的天线及信道使用模式。其中信道(PropGSM)位于基站(AntBase)和移动天线(AntMobile)之间。移动天线指标仅有增益、位置及高度、速度等信息,天线类型默认为全向天线,对系统性能的贡献主要是增益及多径效应、多普勒频移。     图1、GSM系统天线及信道模型 2.2 MIMO系统中天线模型 在移动通信中,由于多径衰落、多普勒频移等因素,导致接收信号质量下降。为改善移动接收信号质量,使用双天线分集接收技术在低成本、低实现难度的前提下明显改善接收信号质量。使用分集天线,就是为接收到两个以上的不相关信号,以便在后续处理中找到强度最大的信号或者进行矢量信号合成。故天线之间的相关性越低越好。天线工作的电磁环境各有不同,故在衡量天线的相关性时必须将无线环境考虑进去。可以将发射机及障碍物总效应用概率密度函数PDF(probabilitydensity function)来进行描述,其表征了天线从不同方向接收到最强信号的概率分布特征。 除了空间的分集,还存在极化分集情况。使用交叉极化鉴别度XPD(Cross-PolarizaTIonDiscriminaTIon)可以描述空间电波极化情况。XPD越大,则phi方向极化分量越大,反之XPD越小,theta方向极化分量越小。 使用复相关性(Complex CorrelaTIon)来描述处于一定电磁化境及极化情况下,两个天线接收到的相似平均度。 使用一些商业软件,如EMPro,能够针对特定的分集天线模型,设定PDF、XPD,考虑双天线分集接收效果[2]。 在无线通信系统仿真软件中,能够通过导入发射、接收天线的三维方向图以及其相对位置,结合典型信道模型(如WINNER),对通信系统的天线及信道进行建模,从而仿真系统指标。如下图为系统仿真软件SystemVue中的WINNER II信道模型,其支持导入仿真或测试的多天线方向图,并能够设置发射、接收天线阵列的二维相对位置。     图2、WINNER信道MIMO天线模型设置 通过导入单纯的手机远场方向图及考虑SAM人头模型的手机方向图,创建两种信道模型,能够比较理想工作场景及实际工作场景下系统容量[3]。通过这种方式,能够将天线真实方向图及天线布局融入到信道模型中,获取天线性能对系统指标的影响。 天线及信道模型不仅能够应用在仿真软件中,还能作为必要测试条件,参与到标准测试中。典型案例是是德科技的辐射两步法(RTS)。 辐射两步法是把MIMO OTA 的测试分成两步:第一阶段先在暗室对终端进行方向图测量,利用终端的上报功能测出待测件的辐射方向图;第二阶段把在第一阶段中测到的方向图信息加载到信道仿真器中,模拟出包含了待测件天线特性的无线信道。基站模拟器输出的下行信号先和加载了待测件方向图信息     图3、辐射两步法测试示意 的无线信道进行卷积,通过测量天线发射出来,进行接收机的性能测试。 辐射两步法的测量结果和已经成为CTIA MIMO OTA测量标准的多探头方法(MPAC)测量结果的一致性已被3GPP 认可。在2017年5月份结束的3GPP RAN4 会议上有正式批准的结论[4]。 3、雷达系统中的天线模型 和移动终端的全向天线不同,雷达系统的天线波束宽度一般为几度至十几度。雷达系统工作在搜索、跟踪两种模式时,需要对波束方向进行精确建模[5]。 传统仿真系统中,主要侧重于对雷达系统进行信号流级的仿真,即考虑信号传输路径及信号处理结果,并不考虑天线的方向图及指向性对雷达系统的影响。如VSS中,考虑目标的距离及速度,将收发天线简化为增益模型,仅影响接收机获得的信号电平。在这种系统仿真架构下,天线仅有部分指标(如反射系数、阻抗等)能够和级联的射频系统发生关联。 对于复杂的应用场景,需要考虑动平台(如舰船、飞行器或战车)及天线的位置信息。系统仿真软件SystemVue提供了一个层次化的设计解决方案,即除了信号层面的分析以外,还可将相控阵雷达系统所处的动平台的位置(如地心惯性坐标系)和速度信息、天线的位置信息等纳入一并进行分析。这个平台中,可以进行多目标、多站雷达的设定,也能够进行多天线设定。     图4、雷达系统三层仿真设置示意 在信号层中,设置天线的工作模式(搜索或者跟踪)、天线方向图等基本指标;在天线层中,设置雷达目标位置,以及雷达平台的侧倾角、俯仰角、偏航角,天线在雷达平台中侧倾角、俯仰角、偏航角;在轨迹层中,分别设置雷达收发平台及目标的位置(经度、维度、高度)、指向、速度、加速度、运动轨迹等信息。通过在不同坐标系下进行转换,将天线的方向图及雷达平台、目标的运动轨迹等信息进行综合考虑。 可以以EW接收机测试的示例,来说明雷达的复杂应用场景。在场景中,EW接收机(EW Rx)用于监视空间中的四个雷达站。EW接收机的任务是检测所有这些信号、识别每个信号,并对每个雷达站的位置、速度、时间波形和频率内容进行整理。     图5、EW接收机测试场景 为了测试EW接收机,必须产生测试信号,这并不意味着简单的将多个时间波形进行叠加。由于EW接收机可能安装在飞机、汽车或军舰上,用于生成该测试信号的工具必须允许用户指定EW Rx站的位置、速度、运动轨迹等。此外,对于每个雷达站,工具必须允许用户指定其位置、速度、时间波形、频率、天线工作模式等[6]。 如果需要对环境进行精确建模,信号层仿真软件Simulink、SystemVue等就不能胜任了。使用专业的场景仿真软件,如STK等,对目标姿态、环境进行建模,能够获得较为真实的目标特性。 如图6中,使用SystemVue产生线性调频脉冲信号源,并经过射频发射路径加入射频器件的非线性、噪声等因素,时域信号通过接口进入STK软件。STK中预先定义外场地形地貌以及飞机运动轨迹、飞行姿态等指标。雷达处于跟踪模式,尽量将波束照射到飞机上,而飞机则做出各种机动动作来规避雷达探测。整个场景的时域信号会返回到SystemVue软件中,通过后处理程序来获得雷达的检测概率。     图6、STK联合仿真示意图 4、结论 可见,在通信或雷达系统中,天线都不再以独立的姿态出现,而和通信信道、雷达使用场景等紧密结合,共同作用。天线设计师及通信/雷达系统设计师如果能够利用已有商业软件及成熟理论,将天线的特性融入到系统设计中,能够大幅度降低联调风险,加快产品设计速度。

    时间:2019-07-28 关键词: 天线 建模 总线与接口 传输信道模型

  • 在信号线中使用共模扼流圈来消除共模噪音的方法

    在信号线中使用共模扼流圈来消除共模噪音的方法

    共模电感(Common mode Choke),也叫共模扼流圈,常用于电脑的开关电源中过滤共模的电磁干扰信号。在板卡设计中,共模电感也是起EMI滤波的作用,用于抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射。 1.信号线用共模扼流圈的偏移改善功能 在信号线中使用共模扼流圈的目的在于消除共模噪音,由于共模扼流圈是变压器的应用元件,因此可以寄希望于差动传输电路的偏移改善功能。在差动传输电路中,将两条线路设计成平衡状态是最理想的,但是由于制造不均衡而导致的线路不平衡事件也时有发生。在这种情况下,两条线路的信号到达时间会发生差别,这便导致了传输信号发生偏移。     在此处放入共模扼流圈后便可减少偏移。     图2展示了通过共模扼流圈改善偏移的结构 共模扼流圈与变压器结构相同,因此当两条信号线的上升/下降时机不均衡时,共模扼流圈就在相反一侧产生电动势,以确保电流的均衡。这种做法可以使差动信号的时机一致,改善偏移。     这是在故意设定了不同线路长度的差动传输线中检测到的波纹,可以看出,在不放入滤波器(共模扼流圈)的情况下,DOUT+和DOUT-的上升/下降时机有所偏差。 DOUT+与DOUT-的总和在两条线路保持平衡的情况下应该是固定值,此时由于平衡被破坏,偏移在一定程度上存在。 当放入了共模扼流圈时,两条线路的上升/下降时机一致,可以看出DOUT+与DOUT-的总和基本固定,偏移得以改善。 2.共模扼流圈的等价电路图 下面的内容我想内行人应该已经知道了,但是由于我经常被问到这些问题,所以想借此机会介绍一下共模扼流圈的等价电路图中记载的黑点的意思。 共模扼流圈的等价电路图如图4所示。     与变压器形状基本相同。在线圈一侧有两个地方标记了黑点。 经常有人问:"这表示线圈开始绕转吗?"实际上这并不表示在黑点处有什么东西,而是表示两个线圈中磁力结合的方向。在以前的报道中,已经说明了共模扼流圈的结构。共模扼流圈在工作时需要两个线圈中发生的磁通量与共模电流之间互相强化,同时与差动模式电流之间互相抵消。 因此,当2个线圈的绕转方向发生错乱时,往往会产生相反的效果。     如图5的上半部分所示,当等价电路上的黑点与线圈处于同一侧时,磁力结合作为共模扼流圈发挥作用,如下半部分所示,当等价电路上的黑点处于线圈的另一侧时,磁力结合将不再作为共模扼流圈发挥作用。 可见,黑点位置表示每个线圈的磁力结合方向,并不意味着有黑点的一侧有任何东西。 另外,这个黑点原本表示使用变压器时的电压极性。

    时间:2019-07-28 关键词: 变压器 共模扼流圈 总线与接口

  • 怎样减少带状线缆中的电磁干扰

    怎样减少带状线缆中的电磁干扰

    带状电缆是指具有多根用一根扁平的宽带子绑在一起的导线。带状电缆的概念很简单,但是它的实现各不相同。 最近在做一个项目时,我不得不对几组电子电线进行重新布线,让它们远离越野车的发电机,因为电容耦合产生的噪声可从发电机进入电线。这个项目让我想起了在通过电线、带状线缆或板对板连接器布线相互之间相邻信号时所遇到的类似情况。 正如采用绝缘体隔离的任何其它导体一样,任何相邻布线的两条电线都会在其之间产生电容。根据所用的线规和绝缘体材料,大部分标准带状线缆及电线会在电线之间产生10至50pF/ft的电容,如下图1所示。     图1.带状线缆中相邻电线间的电容 由于信号会相互干扰,两条信号线之间的电容会引起信号延迟、噪声耦合或瞬态电压。 图2是电缆电容在通用双线开漏通信总线中引起大量瞬态电压的实例。右图是“开始”命令与左图前几个时钟脉冲的放大图。     图2.带状线缆的电容耦合 使用三英尺长的线缆路由两个相邻通信信号时,会出现图2中的结果。这会导致两个信号间的电容超过50pF。 由于该电容的存在,在一个信号产生变化时,可导致另一个信号产生电压瞬变。其产生的原因是,当一个信号电平发生变化时线缆电容需要瞬态电流在信号间流动。 静态信号上出现的瞬态电压强度取决于线缆电感以及信号驱动器提供所需瞬态电流的能力。在这种情况下,由于耦合引起的瞬态电压非常高,超过了可导致数据损坏的逻辑电平阀值,因此通信无法成功进行。 在信号间安放一根或多根GND线,会减少其间的电容,如图3所示。这种方法可降低信号间的电容,但同时会导致来自每个信号的GND电容。GND电容会引起信号延迟与数字边界环绕,但只要影响不太严重,通常不会导致通信故障。     图3.采用GND分离信号 图4显示了在我对其进行修改—在信号线之间添加两个GND信号后的通信信号效果。改动后信号间电容降至约10pF。这样,瞬态电压得到了显著降低,通信获得了成功。     图4.通过降低电容实现成功的通信 总之,在设计线缆、电线以及PCB布线设计方案时要注意杂散电容耦合的影响。在需要较长线缆的应用中,应选择电容较低的线缆,并通常需要在两个可能相互耦合的信号间加入一个或多个acGND信号。

    时间:2019-07-28 关键词: 电磁干扰 电容耦合 总线与接口 带状电缆

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