Радиолоцман 2013 №04 (23)

Æóðíàë äëÿ òåõ, êòî èíòåðåñóåòñÿ ýëåêòðîíèêîé

ÐÀÄÈÎËÎÖÌÀÍ Àïðåëü 2013 (23)

 ïîèñêàõ ëîãèêè, íå ïîòðåáëÿþùåé ýíåðãèè

Ìèêðîìîùíûå äàò÷èêè òîêà íà íîâîì êëàññå àíàëîãîâûõ ìèêðîñõåì

 ÷åì ðàçíèöà ìåæäó áèòðåéòîì è ñêîðîñòüþ â áîäàõ?

Íåçàñëóæåííî

20

48

29

15

çàáûòûå

ìèêðîñõåìû Ïðîñòàÿ ñõåìà äëÿ ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè ïî íèçêîâîëüòíûì ñèëîâûì ëèíèÿì

45

The Power of [Russia]

5–6 èþíÿ «Ýêñïîöåíòð» Ìîñêâà, Ðîññèÿ

www.semiconrussia.org

Íîâîñòè

ÐÀÄÈÎËÎÖÌÀÍ Àïðåëü 2013 (23)

Ãëàâíûé ðåäàêòîð: À. Íèêîëàåâ

Íàä íîìåðîì ðàáîòàëè: Â. Êîëåñíèê Ñ. Ìóðàò÷àåâ À. Íèêîëàåâ Ì. Ðóññêèõ Â. ×èñòÿêîâ

4

NXP ïðåäñòàâèëà ðåøåíèå GreenChip äëÿ êîìïàêòíûõ è ýíåðãîýôôåêòèâíûõ ìîáèëüíûõ çàðÿäíûõ óñòðîéñòâ

4

Allegro MicroSystems ñîçäàëà íîâûé 4-êàíàëüíûé äðàéâåð ñâåòîäèîäîâ äëÿ âíóòðåííåãî îñâåùåíèÿ àâòîìîáèëåé

5

Texas Instruments ïðåäñòàâëÿåò ïåðâûé â îòðàñëè ïðèåìíèê äëÿ ñåíñîðà Full HD èçîáðàæåíèÿ

6

Philips ñîçäàëà ñàìóþ ýíåðãîýôôåêòèâíóþ â ìèðå ñâåòîäèîäíóþ ëàìïó

7

NVE ïðåäëîæèëà áþäæåòíóþ âåðñèþ èçîëèðîâàííîãî òðàíñèâåðà èíòåðôåéñà RS-485

8

IQD ðàçðàáîòàëà ñâåðõìèíèàòþðíûé ðóáèäèåâûé ãåíåðàòîð ñî ñòàáèëüíîñòüþ ±0.05 ppb

8

STMicroelectronics âíåäðÿåò íîâûé ñòàíäàðò ïîñòðîåíèÿ âõîäíûõ óçëîâ âûñîêî÷àñòîòíûõ óñòðîéñòâ

9

Infineon ïðåäñòàâèëà èííîâàöèîííóþ òåõíîëîãèþ êîðïóñèðîâàíèÿ ñèëîâûõ ïðèáîðîâ

10

Active-Semi ðàñøèðèëà ñåìåéñòâî ØÈÌ ðåãóëÿòîðîâ ïåðâè÷íîé ñòîðîíû äëÿ «çåëåíûõ» ñåòåâûõ àäàïòåðîâ

11

International Rectifier îáúÿâèëà î âûïóñêå èíòåãðàëüíîãî DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëÿ òðåòüåãî ïîêîëåíèÿ ñ âûõîäíûì òîêîì äî 25 À

Îáëîæêà: À. Êðàâ÷óê

Ñòàòüè Äèðåêòîð: Ñ. Ìóðàò÷àåâ

Ïî âîïðîñàì ðàçìåùåíèÿ ðåêëàìû, ïóáëèêàöèè àâòîðñêèõ ìàòåðèàëîâ, ñ çàìå÷àíèÿìè è ïîæåëàíèÿìè îáðàùàòüñÿ:

15

ÈÑÒÎÐÈß ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÈ. Íåçàñëóæåííî çàáûòûå ìèêðîñõåìû

20

 ïîèñêàõ ëîãèêè, íå ïîòðåáëÿþùåé ýíåðãèè

24

Íî ýòî óñòàðåëî – íåò

26

Ïîäàâëåíèå íèçêî÷àñòîòíûõ ïîìåõ â ñèñòåìàõ àâòîìàòè÷åñêîãî óïðàâëåíèÿ. ×àñòü 1

29

 ÷åì ðàçíèöà ìåæäó áèòðåéòîì è ñêîðîñòüþ â áîäàõ?

33

Ïåðåäà÷à äàííûõ ïî ïðîâîäàì ýëåêòðè÷åñêèõ ñåòåé. Òåõíîëîãèÿ HomePlug C & C è êîìïîíåíòû äëÿ PLC ìîäåìîâ êîìïàíèè Yitran

rlocman@rlocman.ru

Å

+7 (495) 721-72-14

Ñõåìû

www.rlocman.ru

Îôèöèàëüíûå âåðñèè æóðíàëà ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ áåñïëàòíî è áåç ðåãèñòðàöèè òîëüêî íà ñàéòå ÐàäèîËîöìàí

Îôîðìëåíèå áåñïëàòíîé ïîäïèñêè:

www.rlocman.ru/magazine

40

Äðàéâåð ëàçåðíîãî äèîäà ñ äâîéíîé çàùèòîé è íàïðÿæåíèåì ïèòàíèÿ îò 1 Â

42

Ñõåìà îãðàíè÷åíèÿ òîêà îñòàíåòñÿ õîëîäíîé

45

Ïðîñòàÿ ñõåìà äëÿ ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè ïî íèçêîâîëüòíûì ñèëîâûì ëèíèÿì

48

Ìèêðîìîùíûå äàò÷èêè òîêà íà íîâîì êëàññå àíàëîãîâûõ ìèêðîñõåì

51

Ìàãíèòîòåðàïåâòè÷åñêàÿ óñòàíîâêà

NXP ïðåäñòàâèëà ðåøåíèå GreenChip äëÿ êîìïàêòíûõ è ýíåðãîýôôåêòèâíûõ ìîáèëüíûõ çàðÿäíûõ óñòðîéñòâ Ïîñêîëüêó ãðàíü ìåæäó ñìàðòôîíàìè è ïëàíøåòàìè ñòàíîâèòñÿ âñå áîëåå ðàçìûòîé, ñòàíîâèòñÿ ÿñíî, ÷òî çàðÿäíûå óñòðîéñòâà (ÇÓ) äëÿ íèõ äîëæíû áûòü ìàëåíüêèìè, ëåãêèìè è ýôôåêòèâíûìè íàñòîëüêî, íàñêîëüêî ýòî âîçìîæíî. Êîìïàíèÿ NXP Semiconductors ïðåäñòàâèëà íîâîå ðåøåíèå GreenChip, ðàçðàáîòàííîå äëÿ òîãî, ÷òîáû ñäåëàòü ÇÓ áîëåå êîìïàêòíûìè, ýíåðãîýôôåêòèâíûìè è äåøåâûìè áåç óùåðáà äëÿ íàäåæíîñòè.

GreenChip TEA1720A è TEA1705 èñïîëüçóþòñÿ ñîâìåñòíî è ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé âûñîêîïðîèçâîäèòåëüíûå êîíòðîëëåðû ñ íèçêèì ýíåðãîïîòðåáëåíèåì äëÿ ìîáèëüíûõ ÇÓ ìîùíîñòüþ äî 10 Âò. Íîâûå ìèêðîñõåìû ÿâëÿþòñÿ ïîñëåäíèì íà ñåãîäíÿøíèé äåíü ïîïîëíåíèåì ñåìåéñòâà ýíåðãîñáåðåãàþùèõ ÈÑ GreenChip, ïîñòàâêè êîòîðûõ íà ìèðîâûå ðûíêè â ìàðòå 2013 ãîäà ïðåâûñèëè 1 ìëðä. øòóê.

(TEA1705) äëÿ îáíàðóæåíèÿ ñòóïåí÷àòîãî óâåëè÷åíèÿ ðàáî÷åé íàãðóçêè, è ïåðåäà÷è ÷åðåç òðàíñôîðìàòîð íà ïåðâè÷íóþ îáìîòêó ñèãíàëà ïðåðûâàíèÿ (TEA1720A) äëÿ ïåðåêëþ÷åíèÿ â ðåæèì ãåíåðàöèè ïà÷åê.

TEA1720A ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé êîíòðîëëåð ïåðâè÷íîé ñòîðîíû èìïóëüñíîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ, óïðàâëÿþùèé âíåøíèì áèïîëÿðíûì òðàíçèñòîðîì, à TEA1705 ÿâëÿåòñÿ êîíòðîëëåðîì ïåðåõîäíûõ ïðîöåññîâ âî âòîðè÷íîé îáìîòêå. Ðàáîòàÿ âìåñòå, TEA1720A è TEA1705 îáåñïå÷èâàþò áûñòðûé îòêëèê íà èçìåíåíèå íàïðÿæåíèÿ, ÷òî ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü âûõîäíûå êîíäåíñàòîðû åìêîñòüþ 2 ´ 270 ìêÔ, èëè äàæå ìåíüøå. Ýòî, â ñî÷åòàíèè ñ âûñîêèì óðîâíåì èíòåãðàöèè âñåãî ðåøåíèÿ GreenChip, ïîçâîëÿåò ñîêðàòèòü òðåáóåìóþ ïëîùàäü ïå÷àòíîé ïëàòû è ñäåëàòü êîìïàêòíîå ÇÓ îáúåìîì îêîëî 16 ñì3. Êðîìå òîãî, îáåñïå÷èâàåòñÿ î÷åíü íèçêîå, ìåíåå 10 ìÂò, ýíåðãîïîòðåáëåíèå ïðè îòñóòñòâèè íàãðóçêè.

Äîñòóïíîñòü  íîâîì ðåøåíèè GreenChip ïðåäñòàâëåíà èííîâàöèîííàÿ àðõèòåêòóðà, îñíîâàííàÿ íà èñïîëüçîâàíèè âòîðè÷íîé îáìîòêè

Îáðàçöû GreenChip TEA1720A è TEA1705 óæå ïðåäîñòàâëÿþòñÿ äëÿ îïðîáîâàíèÿ îñíîâíûì êëèåíòàì êîìïàíèè. Ñåðèéíîå ïðîèçâîäñòâî íàìå÷åíî íà âòîðîé êâàðòàë 2013 ãîäà.

Allegro MicroSystems ñîçäàëà íîâûé 4-êàíàëüíûé äðàéâåð ñâåòîäèîäîâ äëÿ âíóòðåííåãî îñâåùåíèÿ àâòîìîáèëåé Êîìïàíèÿ Allegro MicroSystems äîáàâèëà î÷åðåäíîé ïðèáîð ê ñâîåìó ñåìåéñòâó ñïåöèàëèçèðîâàííûõ äðàéâåðîâ ñâåòîäèîäîâ. Êàæäûé èç ÷åòûðåõ êàíàëîâ íîâîé ìèêðîñõåìû ëèíåéíîãî ïðîãðàììèðóåìîãî ñòàáèëèçàòîðà òîêà ñïîñîáåí ïèòàòü öåïî÷êó ñâåòîäèîäîâ âûñîêîé ÿðêîñòè òîêîì äî 100 ìÀ. Îðèåíòèðîâàííàÿ, ïðåæäå âñåãî, íà ðûíîê àâòîìî-

4

áèëüíîé ýëåêòðîíèêè, ìèêðîñõåìà A6263 ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ êàê äëÿ ïîäñâåòêè êàðò è îñâåùåíèÿ ñàëîíà, òàê è äëÿ âíåøíåé ïîäñâåòêè àâòîìîáèëÿ. Âûõîäû óñòðîéñòâà ìîæíî îáúåäèíÿòü ïàðàëëåëüíî èëè îñòàâëÿòü íåèñïîëüçîâàííûìè. Òîê âñåõ êàíàëîâ ïðîãðàììèðóåòñÿ åäèíñòâåííûì ðåçèñòîðîì. Âûðàâíèâàíèå

ÍÎÂÎÑÒÈ

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

! Îáðûâ öåïî÷êè ñâåòîäèîäîâ ! Êîðîòêîå çàìûêàíèå èëè îáðûâ âûâîäà ìèêðîñõåìû ! Ïåðåãðåâ êðèñòàëëà Åñëè îäíà öåïî÷êà ñâåòîäèîäîâ ðàçîðâàíà èëè çàêîðî÷åíà íà «çåìëþ», îíà îòêëþ÷àåòñÿ, â òî âðåìÿ êàê îñòàëüíûå ïðîäîëæàþò ðàáîòàòü. Âñòðîåííûé òåìïåðàòóðíûé ìîíèòîð îãðàíè÷èâàåò òîê äðàéâåðîâ, åñëè òåìïåðàòóðà êðèñòàëëà ïðåâûñèò óñòàíîâëåííûé ïîðîã, êîòîðûé, ïðè íåîáõîäèìîñòè, ìîæåò ðåãóëèðîâàòüñÿ. Åñòü òàêæå âîçìîæíîñòü ïîëíîñòüþ îòêëþ÷èòü ñëåæåíèå çà òåìïåðàòóðîé.

Allegro’s A6263KLJTR-T âûïóñêàåòñÿ â óçêîì êîðïóñå SOIC (ñóôôèêñ LJ) ñ âñêðûòûì îñíîâàíèåì, óëó÷øàþùèì óñëîâèÿ òåïëîîòâîäà.

òîêîâ öåïî÷åê ïðîèñõîäèò áåç èñïîëüçîâàíèÿ áàëëàñòíûõ ðåçèñòîðîâ. Ïèòàíèå ñâåòîäèîäîâ ñòàáèëèçèðîâàííûì òîêîì îáåñïå÷èâàåò áåçîïàñíóþ ðàáîòó ïðè ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìîì ñâåòîâîì âûõîäå. Ìèêðîñõåìà îáåñïå÷èâàåò çàùèòó îò ñëåäóþùèõ àâàðèéíûõ ñèòóàöèé: ! Çàìûêàíèå öåïî÷êè ñâåòîäèîäîâ íà «çåìëþ» ! Åäèíè÷íîå èëè ìíîæåñòâåííîå çàìûêàíèå ñâåòîäèîäîâ öåïî÷êè Âûêëþ÷àòåëü îñâåùåíèÿ

100 nF VIN

+ Áîðòîâàÿ ñåòü àâòîìîáèëÿ 12 Â

–

A6263

LA1 LA2

IREF

LA3

THTH

LA4 PAD GND

100 ìÀ 100 ìÀ 100 ìÀ 100 ìÀ

Îò 1 äî 3 ñâåòîäèîäîâ â öåïî÷êå

Òèïîâàÿ ñõåìà âêëþ÷åíèÿ A6263

Texas Instruments ïðåäñòàâëÿåò ïåðâûé â îòðàñëè ïðèåìíèê äëÿ ñåíñîðà Full HD èçîáðàæåíèÿ Ìèêðîñõåìà èíòåðôåéñà ñåíñîð-ïðîöåññîð ñîêðàùàåò ðàçìåð âèäåîñèñòåì è ïîòðåáëåíèå ýíåðãèè Texas Instruments (TI) ïðåäñòàâèëà ïåðâóþ â îòðàñëè ìèêðîñõåìó ïðèåìíèêà äëÿ ñåíñîðà èçîáðàæåíèÿ, êîòîðàÿ ñëóæèò â êà÷åñòâå ñïåöèàëèçèðîâàííîãî ìîñòà LVDS (äèôôåðåíöèàëüíàÿ ïåðåäà÷à íèçêîâîëüòíûõ ñèãíàëîâ) ìåæäó ñåíñîðàìè èçîáðàæåíèÿ è ïðîöåññîðàìè. Ïî ñðàâíåíèþ ñ ñóùåñòâóþùèìè ðåøåíèÿìè íà îñíîâå ÏËÈÑ (FPGA),

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

SN65LVDS324 ïîçâîëÿåò ñîêðàòèòü êîëè÷åñòâî êîìïîíåíòîâ íà 20%, ïîòðåáëåíèå ýíåðãèè áîëåå ÷åì íà 10% è ðàçìåð êîðïóñà íà 50%. SN65LVDS324 îáåñïå÷èâàåò èçîáðàæåíèå ñ ðàçðåøåíèåì Full HD, 1080p60 â öåëîì ðÿäå ïðèëîæåíèé äëÿ âèäåîñúåìêè, âêëþ÷àÿ IP-êàìåðû âèäåîíàáëþäåíèÿ è ñèñòåìû âèäåîêîíôåðåíöèé, à òàêæå ïðîìûøëåííîå,

ÍÎÂÎÑÒÈ

5

ïîòðåáèòåëüñêîå è ïðîôåññèîíàëüíîå îáîðóäîâàíèå äëÿ âèäåîçàïèñè.

Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè è ïðåèìóùåñòâà SN65LVDS324 ! Îïòèìèçèðîâàííîå ðåøåíèå äëÿ èíòåðôåéñà ñåíñîð-ïðîöåññîð: Êàê âûäåëåííûé ìîñò äëÿ âèäåî ïîòîêîâ ìåæäó ñåíñîðàìè HD èçîáðàæåíèÿ è ïðîöåññîðàìè, SN65LVDS324 îáåñïå÷èâàåò äî 20% ñíèæåíèÿ ñòîèìîñòè êîìïëåêòóþùèõ, â ñðàâíåíèè ñ ñóùåñòâóþùèìè ðåøåíèÿ íà îñíîâå ÏËÈÑ. ! Âûäåëåííûé èíòåðôåéñ ñåíñîð-ïðîöåññîð: Ïðè ðåàëèçàöèè ñèñòåì ñ ðàçðåøåíèåì 1080p60 ýíåðãîïîòðåáëåíèå SN65LVDS324 ñîñòàâëÿåò, îáû÷íî, ìåíåå

150 ìÂò, ÷òî áîëåå ÷åì íà 10% ìåíüøå, â ñðàâíåíèè ñ ñóùåñòâóþùèìè ðåøåíèÿìè íà îñíîâå ÏËÈÑ. ! Ìèíèìàëüíûå ðàçìåðû êîðïóñà: Ñïåöèàëüíî ðàçðàáîòàííàÿ ôóíêöèîíàëüíàÿ ñòðóêòóðà îáåñïå÷èâàåò ñîêðàùåíèå ðàçìåðîâ íà 50%, â ñðàâíåíèè ñ ñóùåñòâóþùèìè ðåøåíèÿìè íà îñíîâå ÏËÈÑ. ! Ïðåâîñõîäíîå ðàçðåøåíèå âèäåî: Ïîääåðæèâàåò øèðîêèé äèàïàçîí ðàçðåøåíèé è êàäðîâûõ ÷àñòîò, âïëîòü äî Full HD 1080p60.

SN65LVDS324 ÿâëÿåòñÿ ïðîäîëæåíèåì ïîïóëÿðíîé òåõíîëîãèè ïîñëåäîâàòåëüíûõ èíòåðôåéñîâ FlatLink TI è FlatLink 3G, êîòîðàÿ ñîêðàùàåò êîëè÷åñòâî ñèãíàëüíûõ ëèíèé, èñïîëüçóåìûõ äëÿ øèííûõ ñòðóêòóð ñèíõðîííîé ïàðàëëåëüíîé ïåðåäà÷è äàííûõ, áåç ïîòåðè ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòè. Îíà òàêæå îïòèìèçèðîâàíà äëÿ ðàáîòû ñ ðàçëè÷íûìè ïðîöåññîðàìè äëÿ âèäåî ïðèëîæåíèé, âêëþ÷àÿ OMAP è DaVinci êîìïàíèè TI.

Íàëè÷èå, êîðïóñ è öåíû SN65LVDS324 äîñòóïíû â êîðïóñå PBGA (ZQL) ðàçìåðîì 4.5 ´ 7 ìì ñ 59 øàðèêîâûìè âûâîäàìè. Îðèåíòèðîâî÷íàÿ ñòîèìîñòü â ïàðòèè èç 1000 øòóê ñîñòàâëÿåò $2.65.

Philips ñîçäàëà ñàìóþ ýíåðãîýôôåêòèâíóþ â ìèðå ñâåòîäèîäíóþ ëàìïó Ïðîòîòèï ïåðâîé ñâåòîäèîäíîé ëàìïû ñî ñâåòîâîé îòäà÷åé 200 ëì/Âò ïîòðåáëÿåò âäâîå ìåíüøå ýíåðãèè, ÷åì ëþáûå ñóùåñòâóþùèå ñâåòîäèîäíûå ëàìïû

Êîýí Ëàéäåíáóàì (Coen Liedenbaum) èç Philips Research äåìîíñòðèðóåò ïåðâûé ïðîòîòèï TLED ñî ñâåòîâîé îòäà÷åé 200 ëì/Âò

6

Êîìïàíèÿ Royal Philips Electronics ñîâåðøèëà èííîâàöèîííûé ïðîðûâ â òåõíîëîãèè ñâåòîäèîäíîãî îñâåùåíèÿ, ñîçäàâ ñàìóþ ýíåðãîýôôåêòèâíóþ â ìèðå ñâåòîäèîäíóþ ëàìïó îáùåãî íàçíà÷åíèÿ. Ïðîòîòèï ëàìïû, ïðåäíàçíà÷åííîé äëÿ çàìåíû òðóá÷àòûõ ëþìèíåñöåíòíûõ ëàìï, èññëåäîâàòåëè èç Philips íàçâàëè TLED. Íîâàÿ ëàìïà èçëó÷àåò èñêëþ÷èòåëüíî êà÷åñòâåííûé áåëûé ñâåò ïðè ðåêîðäíîé ñâåòîâîé îòäà÷å 200 ëì/Âò. Çàìåòèì, ÷òî äëÿ ôëóîðåñöåíòíûõ ëàìï ýòîò ïîêàçàòåëü ñîñòàâëÿåò 100 ëì/Âò, à äëÿ òðàäèöèîííûõ ëàìï íàêàëèâàíèÿ – âñåãî 15 ëì/Âò. Ïðîòîòèï TLED âäâîå ýôôåêòèâíåå ñâîèõ ïðåäøåñòâåííèêîâ è, ñîîòâåòñòâåííî, ïîòðåáëÿåò âäâîå ìåíüøå ýíåðãèè. Ñ ó÷åòîì òîãî, ÷òî 19% ïîòðåáëÿåìîé â ìèðå ýëåêòðîýíåðãèè ðàñõîäóåòñÿ íà îñâåùåíèå, èííîâàöèÿ Philips ñóëèò êîëîññàëüíóþ ýêîíîìèþ êàê ôèíàíñîâûõ, òàê è ýíåðãå-

ÍÎÂÎÑÒÈ

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

òè÷åñêèõ ðåñóðñîâ. Îæèäàåòñÿ, ÷òî ïðèìåðíî â 2015 ãîäó TLED ëàìïû ñî ñâåòîâîé îòäà÷åé 200 ëì/Âò ñíà÷àëà âçîðâóò ðûíîê îôèñíûõ è ïðîìûøëåííûõ ñâåòèëüíèêîâ, à ïîçæå íà÷íóò èñïîëüçîâàòüñÿ â íàøèõ äîìàõ.

TLED ëàìïû ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ çàìåíû òðóá÷àòûõ ëþìèíåñöåíòíûõ ëàìï, èñïîëüçóåìûõ â îôèñíûõ è ïðîìûøëåííûõ ïîìåùåíèÿõ, íà êîòîðûå ïðèõîäèòñÿ áîëåå ïîëîâèíû óñòàíîâëåííûõ â ìèðå ñâåòèëüíèêîâ.

NVE ïðåäëîæèëà áþäæåòíóþ âåðñèþ èçîëèðîâàííîãî òðàíñèâåðà èíòåðôåéñà RS-485

Ñàìûé ìèíèàòþðíûé â ìèðå Ðàíåå NVE âûïóñòèëà óíèêàëüíûé ïðèáîð, îáîçíà÷åííûé ñóôôèêñîì 3E, êîòîðûé ñòàë ñàìûì ìèíèàòþðíûì â ìèðå èçîëèðîâàííûì òðàíñèâåðîì. Åãî 16-âûâîäíîé êîðïóñ SOIC øèðèíîé 7.62 ìì âäâîå óæå, ÷åì ó

IL3085 ðàáîòàþò â äèàïàçîíå òåìïåðàòóð îò –40 äî +85 °C, âûäåðæèâàþò ýëåêòðîñòàòè÷åñêèå ðàçðÿäû äî 15 ê è ñíàáæåíû çàùèòîé îò ïåðåãðåâà è ïîâûøåííîãî âûõîäíîãî òîêà. Ìèêðîñõåìû ñîîòâåòñòâóþò òðåáîâàíèÿì ñòàíäàðòîâ IEC 61010-2001 è UL 1577.  îòëè÷èå îò îïòîèçîëÿòîðîâ, ïðèáîðû IsoLoop ñïîñîáíû ðàáîòàòü ïðè âûñîêîì íàïðÿæåíèè íåîãðàíè÷åííîå âðåìÿ.

Îñíîâíûå òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ! Ñêîðîñòü ïåðåäà÷è äàííûõ äî 40 Ìáèò/ñ ! Êîðïóñ SOIC øèðèíîé 7.62 è 15.24 ìì ! Íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ îò 3 äî 5  ! Âðåìÿ çàäåðæêè ðàñïðîñòðàíåíèÿ 20 íñ ! Äëèòåëüíîñòü ôðîíòà èìïóëüñà 5 íñ ! Íèçêèé òîê ïîòðåáëåíèÿ ! Ñðîê ñëóæáû èçîëèðóþùåãî áàðüåðà 44,000 ëåò ! Íàïðÿæåíèå èçîëÿöèè 2500  ñ.ê.ç. ñîãëàñíî UL 1577 ! Óñòîé÷èâîñòü ê ïîìåõàì ñî ñêîðîñòüþ íàðàñòàíèÿ äî 20 êÂ/ìêñ

ëþáîãî äðóãîãî èçîëÿòîðà.

Ëó÷øèå â ñâîåì êëàññå ïàðàìåòðû Íîâûå ïðèåìîïåðåäàò÷èêè â êëàññå íåäîðîãèõ ïðèáîðîâ îòëè÷àþòñÿ ñàìîé âûñîêîé â îòðàñëè ñêîðîñòüþ ïåðåäà÷è äàííûõ, äîñòèãàþùåé 4 Ìáèò/ñ, è íàèìåíüøèì ïîòðåáëÿåìûì òîêîì, òèïîâîå çíà÷åíèå êîòîðîãî ñî ñòîðîíû ìèêðîêîíòðîëëåðà ñîñòàâëÿåò 3 ìÀ. Âñå ïàðàìåòðû ïðèáîðîâ ñîîòâåòñòâóþò íîðìàì ïðîìûøëåííûõ ñòàíäàðòîâ ANSI RS-485 è ISO 8482:1987(E), èëè ïðåâîñõîäÿò èõ.

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

C DD2

C DD1 47nF

Ìèêðîêîíòðîëëåð

1 IL3585-3 13 16 DE

6

D

5

R

3

RE

4

47nF

10 XDE 11 12

GND1

+ C DD2B 10µF

14 ISODE R FS-EXT 560R

A RT 120R

B

2

Ïðî÷íûé è íàäåæíûé Ñîçäàííûå äëÿ îòâåòñòâåííûõ ïðîìûøëåííûõ ïðèëîæåíèé, ïðèåìîïåðåäàò÷èêè

VDD2 = 5 Â

VDD1 = 3.3 Â

Ðàçäåëèòåëüíàÿ èçîëÿöèÿ

Êîìïàíèÿ NVE ïðåäñòàâèëà áþäæåòíóþ âåðñèþ ïðèáîðà èç îòìå÷åííîé íàãðàäàìè ñåðèè èçîëèðîâàííûõ ïðèåìîïåðåäàò÷èêîâ RS-485, èçãîòàâëèâàåìûõ ïî òåõíîëîãèè IsoLoop.

15

R FS-EXT 560R

GND2

Òèïîâàÿ ñõåìà âêëþ÷åíèÿ

ÍÎÂÎÑÒÈ

7

! Óñòîé÷èâîñòü ê ýëåêòðîñòàòè÷åñêîìó ðàçðÿäó äî 15 ê ! Çàùèòà îò ïåðåãðåâà ! Äèàïàçîí ðàáî÷èõ òåìïåðàòóð îò –40 äî +85 °C

Óæå äîñòóïíû IL3085-3E â óçêîì êîðïóñå è IL3085E â øèðîêîì îòãðóæàþòñÿ ñî ñêëàäà íåìåäëåííî ïî ïîñòóïëåíèè çàêàçà. Öåíû ïðè îáúåìå ïàðòèè 1000 øò. ñîñòàâëÿþò $2.60 çà îäèí ïðèáîð IL3085-3E è $3.25 çà IL3085E.

IQD ðàçðàáîòàëà ñâåðõìèíèàòþðíûé ðóáèäèåâûé ãåíåðàòîð ñî ñòàáèëüíîñòüþ ±0.05 ppb Êîìïàíèÿ IQD ðàçðàáîòàëà íîâåéøèé âûñîêîêëàññíûé ãåíåðàòîð IQRB-1, ñòàáèëüíîñòü êîòîðîãî ïðèìåðíî â 1000 ðàç âûøå, ÷åì ó òèïè÷íûõ òåðìîñòàòèðîâàííûõ êâàðöåâûõ ãåíåðàòîðîâ (OCXO). Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ïðèáîðû ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ â êà÷åñòâå àâòîíîìíûõ èñòî÷íèêîâ ÷àñòîòû â ñèñòåìàõ LTE, ïðåäúÿâëÿþùèõ èñêëþ÷èòåëüíî âûñîêèå òðåáîâàíèÿ ê òî÷íîñòè ñèíõðîíèçàöèè. Êðîìå òîãî, óñòðîéñòâà íàéäóò ïðèìåíåíèå â ïðèëîæåíèÿõ UMTS, CDMA è WiMax.

íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî ëó÷øèå OCXO, âûïóñêàåìûå êîìïàíèåé IQD (ñåðèÿ IQOV-

Îñíîâàííûé íà àòîìíûõ ÷àñàõ, ãåíåðàòîð IQRB-1 íåçàâèñèìî îò êîëåáàíèé òåìïåðàòó-

70), èìåþò ñòàáèëüíîñòü äî ±3´10–9 (±3ppb). Íîâûå ñâåðõìèíèàòþðíûå àòîìíûå ÷àñû çàêëþ÷åíû â 5-âûâîäíîé êâàäðàòíûé êîðïóñ ñî ñòîðîíîé 51 ìì, ãàáàðèòû êîòîðîãî âïîëíå ñîèçìåðèìû ñ ñóùåñòâóþùèìè OCXO. Ïðèáîð ðàáîòàåò íà ñòàíäàðòíîé ÷àñòîòå 10 ÌÃö ïðè íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ îò 12 äî 18 Â. Ïîòðåáëÿåìàÿ ìîùíîñòü íå ïðåâûøàåò 6 Âò, à òèïè÷íîå âðåìÿ ïðîãðåâà ðàâíî 5 ìèí, ÷òî, îïÿòü æå, ñîïîñòàâèìî ñ OCXO. Ðàññ÷èòàííîå íà ýêñïëóàòàöèþ â äèàïàçîíå òåìïåðàòóð îò –30 to +65 °C óñòðîéñòâî èìååò ñðåäíåå âðåìÿ íàðàáîòêè íà îòêàç 100,000 ÷àñîâ. Ïî óðîâíþ ýëåêòðîìàãíèòíûõ èçëó÷åíèé ïðèáîð ñîîòâåòñòâóåò ñïåöèôèêàöèè FCC Part 15, Class B. Âûõîäíîé ñèãíàë èìååò ôîðìó ñèíóñîèäû, îäíàêî ïðè íåîáõîäèìîñòè ïîêóïàòåëü ìîæåò çàêàçàòü ïðèáîðû ñ âûõîäíûìè óðîâíÿìè HCMOS. Ïî äðåéôó ÷àñòîòû IQRB-1 â 100 ðàç ïðåâîñõîäèò OCXO, à êðàòêîâðåìåííàÿ íåñòàáèëüíîñòü

ðû îáåñïå÷èâàåò òî÷íîñòü ±5´10–11. Ïðè ýòîì

íà îòðåçêå âðåìåíè 1 ñ ðàâíà 8´10–11.

STMicroelectronics âíåäðÿåò íîâûé ñòàíäàðò ïîñòðîåíèÿ âõîäíûõ óçëîâ âûñîêî÷àñòîòíûõ óñòðîéñòâ Íîâàÿ ìèêðîñõåìà STHVDAC-304MF3 êîìïàíèè STMicroelectronics èìååò 4 êàíàëà, ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ óïðàâëåíèÿ ïåðåñòðàèâàåìûìè BST êîíäåíñàòîðàìè (BST – Barium Strontium Titanate – òèòàíàò ñòðîíöèÿ áàðèÿ) â ñõåìàõ ñîãëàñîâàíèÿ àíòåíí ìíîãîäèàïàçîííûõ GSM/WCDMA/3G-LTE ñìàðòôîíîâ. Êëþ÷åâîé îñîáåííîñòüþ ìèêðîñõåìû ÿâëÿåòñÿ ïîääåðæêà ñïåöèôèêàöèè RFFE

8

(RF Front End – âõîäíîé Â× óçåë) àëüÿíñà MIPI – íåäàâíî ïîÿâèâøåãîñÿ ñòàíäàðòà, ïðèçâàííîãî óïðîñòèòü ðàçðàáîòêó óñòðîéñòâ ñîòîâîé ðàäèîñâÿçè. STHVDAC-304MF3 óïðàâëÿåòñÿ ïî âûñîêîñêîðîñòíîìó äâóõïðîâîäíîìó èíòåðôåéñó ñ óðîâíÿìè ñèãíàëîâ 1.8 Â, ñîâìåñòèìîìó ñ èíòåðôåéñîì RFFE. Ìèêðîñõåìà ñîäåðæèò ÷åòûðå âûñîêîâîëüòíûõ ÖÀÏ ñ âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì îò 2 äî

ÍÎÂÎÑÒÈ

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

20 Â, íåîáõîäèìûì äëÿ íàñòðîéêè BST êîíäåíñàòîðîâ. Â ïðèáîðàõ ïðåäóñìîòðåí

ðåæèì ñèíõðîíèçàöèè äëÿ ðàçãðóçêè òðàôèêà â êðèòè÷íûõ êî âðåìåíè ïðèëîæåíèÿõ è ðåæèì îòêëþ÷åíèÿ äëÿ óâåëè÷åíèÿ ðåñóðñà áàòàðåé. Íîâîå óñòðîéñòâî ñòàíîâèòñÿ âòîðûì ïðèáîðîì â ñåìåéñòâå êîíòðîëëåðîâ BST êîíäåíñàòîðîâ êîìïàíèè STMicroelectronics. Ïîÿâèâøàÿñÿ ðàíåå 3-êàíàëüíàÿ ìèêðîñõåìà STHVDAC-303 èìååò ñòàíäàðòíûé èíòåðôåéñ SPI-õîñò. Óñòðîéñòâî âûïóñêàåòñÿ ñåðèéíî â êîðïóñàõ ñ ðàçìåðàìè êðèñòàëëà, èìåþùèìè øàã âûâîäîâ 0.4 ìì è âûñîòó 0.6 ìì. Ïðè çàêàçå áîëåå 1000 ïðèáîðîâ êàæäûé áóäåò ñòîèòü îò $0.50. Îáðàçöû ïðåäîñòàâëÿþòñÿ íåìåäëåííî ïî ïîëó÷åíèè çàïðîñà.

Infineon ïðåäñòàâèëà èííîâàöèîííóþ òåõíîëîãèþ êîðïóñèðîâàíèÿ ñèëîâûõ ïðèáîðîâ Infineon Technologies íåäàâíî ïðåäñòàâèëà ïåðâûé ìíîãîêðèñòàëüíûé ñèëîâîé ìîäóëü, ñîçäàííûé ñ èñïîëüçîâàíèåì ïðèíöèïèàëüíî íîâîé òåõíîëîãèè êîðïóñèðîâàíèÿ, ïîëó÷èâøåé íàçâàíèå DrBlade («blade» â

Íîâàÿ òåõíîëîãèÿ êîðïóñèðîâàíèÿ «Blade» Íå èìåþùàÿ àíàëîãîâ â îòðàñëè èííîâàöèîííàÿ òåõíîëîãèÿ êîðïóñèðîâàíèÿ Blade

Ñðàâíåíèå òåõíîëîãèé êîðïóñèðîâàíèÿ: òðàäèöèîííàÿ (ñëåâà), Blade (ñïðàâà).

ïåðåâîäå îçíà÷àåò «ëåçâèå»). DrBlade ñîäåðæèò íèçêîâîëüòíûé DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëü ñ äðàéâåðîì ïîñëåäíåãî ïîêîëåíèÿ è äâà MOSFET ñåìåéñòâà OptiMOS. Íîâûå ïðèáîðû ïîçâîëÿò äîñòèãíóòü âûñî÷àéøèõ óðîâíåé ýôôåêòèâíîñòè ñõåì DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëåé äëÿ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ êîìïüþòåðíûõ è òåëåêîììóíèêàöèîííûõ ñèñòåì, âêëþ÷àÿ áëåéä- è ñòîå÷íûå ñåðâåðû, ìàòåðèíñêèå ïëàòû ïåðñîíàëüíûõ êîìïüþòåðîâ, íîóòáóêè è èãðîâûå êîíñîëè.

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

îñíîâàíà íà êîíöåïöèè âñòðîåííîãî êðèñòàëëà. Òàêèå ñòàíäàðòíûå ïðîöåññû ãåðìåòèçàöèè, êàê òåðìîêîìïðåññèîííàÿ ñâàðêà âûâîäîâ è îïðåññîâêà êîìïàóíäîì çàìåíåíû ãàëüâàíè÷åñêèìè ïðîöåññàìè. Êðîìå òîãî, êðèñòàëë äîïîëíèòåëüíî ëàìèíèðóåòñÿ çàùèòíûì ñëîåì ôîëüãè. Êàê ðåçóëüòàò, çíà÷èòåëüíî ñíèæàþòñÿ ðàçìåðû êîðïóñà, åãî ñîïðîòèâëåíèå è èíäóêòèâíîñòü, à òàêæå òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå.

Ýêîíîìèÿ îáúåìà è âûèãðûø â ýôôåêòèâíîñòè Èìåÿ ðàçìåð 5´5 ìì ïðè âûñîòå 0.5 ìì êîðïóñ DrBlade ïîëíîñòüþ îòâå÷àåò òðåáîâàíèÿì ðàçðàáîò÷èêîâ êîìïüþòåðíûõ ñèñòåì â îòíîøåíèè ïëîòíîñòè ìîùíîñòè è çàíèìàåìîãî îáúåìà. Ïðîäóìàííîå ðàñïîëîæåíèå

ÍÎÂÎÑÒÈ

9

VCIN

PHASE

BOOT

ÈÑ ÄÐÀÉÂÅÐÀ

MOSFET âåðõíåãî ïëå÷à

Äðàéâåð âåðõíåãî ïëå÷à

Çàùèòà îò ïîíèæ. âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ

VIN

GH

Ñõåìà ñäâèãà óðîâíÿ 10k VDRV

DR_EN 500k

Ëîãèêà âåðõ. ïëå÷à

CGND

Çàùèòà îò ñêâîçíûõ òîêîâ

+

-

VCIN

VSWH +

16k5

PWM 7k1

-

Âõîäíàÿ ëîãèêà

MOSFET íèæíåãî ïëå÷à

VDRV

CGND

GL Ëîãèêà íèæí. ïëå÷à

CGND

Äðàéâåð íèæíåãî ïëå÷à

10k

PGND

VDRV

Óïðîùåííàÿ ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà DrBlade.

âûâîäîâ êîðïóñà óïðîùàåò òîïîëîãèþ ïå÷àòíîé ïëàòû. Íîâàÿ òåõíîëîãèÿ âñòðàèâàíèÿ êðèñòàëëà â êîìáèíàöèè ñ èçãîòàâëèâàåìûìè Infineon MOSFET ñåìåéñòâà OptiMOS äåëàþò DrBlade ñàìûì ñîâåðøåííûì â îòðàñëè ðåøåíèåì â ñåãìåíòå íèçêîâî-

ëüòíûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé íàïðÿæåíèÿ.

Äîñòóïíîñòü è öåíà  íàñòîÿùåå âðåìÿ äîñòóïíû îáðàçöû DrBlade. Íà÷àëî ìàññîâîãî ïðîèçâîäñòâà çàïëàíèðîâàíî íà II êâàðòàë 2013 ã.

Active-Semi ðàñøèðèëà ñåìåéñòâî ØÈÌ ðåãóëÿòîðîâ ïåðâè÷íîé ñòîðîíû äëÿ «çåëåíûõ» ñåòåâûõ àäàïòåðîâ Active-Semi îáúÿâèëà î ðàñøèðåíèè ñåìåéñòâà ActivePSR äâóìÿ ìèêðîñõåìàìè ØÈÌ ðåãóëÿòîðîâ ïåðâè÷íîé ñòîðîíû äëÿ êâàçèðå-

10

çîíàíñíûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé. Óñòðîéñòâà, ñîäåðæàùèå ìíîãî÷èñëåííûå öåïè çàùèòû, ïîìîãóò ïîâûñèòü ÊÏÄ êîíå÷íûõ óñòðîéñòâ è ñíèçèòü óðîâåíü ýëåêòðîìàãíèòíûõ èçëó÷åíèé. Íîâûå ïðèáîðû ACT410 è ACT411 ïîïîëíèëè çàùèùåííóþ ïàòåíòàìè ñåðèþ àâòîíîìíûõ êîíòðîëëåðîâ äëÿ ñåòåâûõ àäàïòåðîâ îáùåãî íàçíà÷åíèÿ. Ìèêðîñõåìû ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ îáðàòíîõîäîâûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé, ðàáîòàþùèõ â ðåæèìå ïðåðûâèñòîé

ÍÎÂÎÑÒÈ

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

FB

GATE

CS

ACT41x VDD COMP GND

Óïðîùåííàÿ ñõåìà âêëþ÷åíèÿ.

ïðîâîäèìîñòè íà ÷àñòîòå äî 120 êÃö, è ïîçâîëÿþò ñîêðàòèòü ðàçìåðû è ñòîèìîñòü àäàïòåðîâ 5 Â/2.1 À è 12 Â/1 À.

«Active-Semi ñîñðåäîòî÷åíà íà ðàçðàáîòêå èííîâàöèîííûõ ðåøåíèé äëÿ çàðÿäíûõ óñòðîéñòâ è ñåòåâûõ àäàïòåðîâ îáùåãî íàçíà÷åíèÿ», – ãîâîðèò äèðåêòîð ïî ìàðêå-

òèíãó è ïðèëîæåíèÿì ïîäðàçäåëåíèÿ AC/DC ïðåîáðàçîâàòåëåé Ïèòåð Õóàíã (Peter Huang). – «Íàøå íîâîå ñåìåéñòâî ðåãóëÿòîðîâ ïåðâè÷íîé ñòîðîíû ACT410/1 áûëî ñîçäàíî äëÿ òîãî, ÷òîáû ñîçäàâàòü ñàìûå ìèíèàòþðíûå íà ñåãîäíÿøíåì ðûíêå ñåòåâûå àäàïòåðû, óäîâëåòâîðÿþùèå ïîñëåäíèì ñòàíäàðòàì Ìèíèñòåðñòâà ýíåðãåòèêè. Ìèêðîñõåìà ACT410 ïîçâîëÿåò ñäåëàòü àäàïòåð 5 Â/2.1 À äëÿ ïëàíøåòíîãî êîìïüþòåðà, èñïîëüçóÿ òðàíñôîðìàòîð íà î÷åíü ìàëåíüêîì ñåðäå÷íèêå EFD15. Ïðèìåíÿåìûå â áîëüøèíñòâå ñóùåñòâóþùèõ óñòðîéñòâ ñåðäå÷íèêè EPC17 íàìíîãî êðóïíåå. Ïðåäíàçíà÷åííàÿ äëÿ àäàïòåðîâ 12 Â/1 À ìèêðîñõåìà ACT411 ðàáîòàåò ñ ñåðäå÷íèêîì EE16, êîòîðûé òàêæå íàìíîãî ìèíèàòþðíåå òðàäèöèîííûõ äëÿ ýòîé êàòåãîðèè ïðèëîæåíèé EF20 èëè EE19. Ìèêðîñõåìû îáåñïå÷èâàþò çàùèòó îò âñåâîçìîæíûõ íåáëàãîïðèÿòíûõ è àâàðèéíûõ ðåæèìîâ». Ïëàíèðóåìàÿ öåíà îäíîé ìèêðîñõåìû â ïàðòèè 10,000 øò. ñîñòàâëÿåò $0.18 äëÿ ACT410 è $0.19 äëÿ ACT411.

International Rectifier îáúÿâèëà î âûïóñêå èíòåãðàëüíîãî DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëÿ òðåòüåãî ïîêîëåíèÿ ñ âûõîäíûì òîêîì äî 25 À Ëó÷øèé â ñâîåì êëàññå ðåãóëÿòîð íàïðÿæåíèÿ äëÿ âûñîêîêà÷åñòâåííûõ êîììóíèêàöèîííûõ è âû÷èñëèòåëüíûõ ñèñòåì International Rectifier îáúÿâèëà î íà÷àëå ïðîäàæ ñèëüíîòî÷íûõ èíòåãðàëüíûõ ðåãóëÿòîðîâ íàïðÿæåíèÿ äëÿ ñèñòåì ðàñïðåäåëåííîãî ïèòàíèÿ. Ìèêðîñõåìà IR3847, ïîïîëíèâøàÿ òðåòüå ïîêîëåíèå ïðèáîðîâ ñåìåéñòâà SupIRBuck, íåñìîòðÿ íà ìèíèàòþðíûé êîðïóñ ïëîùàäüþ 5´6 ìì ìîæåò îòäàâàòü â íàãðóçêó òîê äî 25 À.

Áëàãîäàðÿ íîâîìó êîðïóñó ñ óìåíüøåííûì òåïëîâûì ñîïðîòèâëåíèåì è ðÿäó èííîâàöèîííûõ óñîâåðøåíñòâîâàíèé êîíòðîëëåðà, IR3847 ìîæåò áåç òåïëîîòâîäà ðàáîòàòü ïðè âûõîäíîì òîêå 25 À. Ïðè ýòîì òðåáóåìàÿ äëÿ ðàçìåùåíèÿ çàêîí÷åííîãî óñòðîéñòâà ïëîùàäü ïå÷àòíîé ïëàòû ìîæåò áûòü ñîêðàùåíà íà 20% â ñðàâíåíèè ñ àëüòåðíàòèâíûìè èíòåãðàëüíûìè ðåøåíèÿìè, è íà 70% ïî ñðàâíåíèþ ñî ñõåìàìè, èñïîëüçóþùèìè äèñêðåòíûå ñèëîâûå MOSFET. Ïîëíîôóíêöèîíàëüíûé 25-àìïåðíûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ ìîæåò áûòü ðàçìåùåí íà ïëîùàäè âñåãî 168 ìì2.  óñòðîéñòâå èñïîëüçîâàíû íîâåéøèå ñèëîâûå MOSFET è ìíîãîôóíêöèîíàëüíûé êîíòðîëëåð òðåòüåãî ïîêîëåíèÿ, ïîçâîëÿþùèé äëÿ ìèíèìèçàöèè ïîòåðü âûïîëíÿòü òî÷íóþ ïîäñòðîéêó «ìåðòâîãî âðåìåíè» ïîñëå êîðïóñèðîâàíèÿ ïðèáîðîâ. Âñòðîåí-

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

ÍÎÂÎÑÒÈ

11

5.0 Â < Vin < 21 Â

Vp

Vin PVin

Vcc/LDO_out

Boot

Vo

SW OCSet Vsns RS+ RS–

PGood PGood Rt/SYNC

RSo Fb

Enable

Comp PGnd

Vref Gnd

Òèïîâàÿ ñõåìà âêëþ÷åíèÿ IR3847.

íûé èíòåëëåêòóàëüíûé LDO ñòàáèëèçàòîð îïòèìèçèðóåò ÊÏÄ âî âñåì äèàïàçîíå íàãðóçîê. Ïîëíîñòüþ äèôôåðåíöèàëüíûé âõîä âíåøíåãî äàò÷èêà òîêà, èñòî÷íèê îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ ñ òî÷íîñòüþ 0.5% â äèàïàçîíå òåìïåðàòóð îò 25 äî 105°C, ïðÿìàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü îò âõîäà è ñâåðõìàëûé äæèòòåð â êîìáèíàöèè ñ ïîãðåøíîñòüþ ñòàáèëèçàöèè ìåíåå 3% âî âñåì äèàïàçîíå âõîäíûõ íàïðÿæåíèé, íàãðóçîê è òåìïåðàòóð ïåðåêðûâàþò ñïèñîê òðåáîâàíèé, ïðåäúÿâëÿåìûõ ê àïïàðàòóðå âûñîêîêà÷åñòâåííûõ êîììóíèêàöèîííûõ è êîìïüþòåðíûõ ñèñòåì. Òàê æå, êàê è â îñòàëüíûõ îäíîâõîäîâûõ ïðèáîðàõ òðåòüåãî ïîêîëåíèÿ ñåìåéñòâà SupIRBuck, â IR3847 ðåàëèçîâàíà îðèãèíàëüíàÿ ñõåìà ìîäóëÿòîðà, â ñðàâíåíèè ñ àíàëîãàìè óìåíüøàþùàÿ äæèòòåð íà 90%. Ýòî äàåò ðàçðàáîò÷èêàì äâîéíîå ïðåèìóùåñòâî, 100

ÊÏÄ [%]

90 80 70 60

1.2 Â

50

3.3 Â

40 0

5

10

15

20

25

Òîê íàãðóçêè [À]

Çàâèñèìîñòü ÊÏÄ îò òîêà íàãðóçêè ïðè âõîäíîì íàïðÿæåíèè 12  è ÷àñòîòå ïåðåêëþ÷åíèÿ 600 êÃö.

12

ïîçâîëÿÿ óìåíüøèòü âûáðîñû âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ïðèìåðíî íà 30% è îäíîâðåìåííî ïîâûñèòü ðàáî÷óþ ÷àñòîòó, ÷òîáû ñîêðàòèòü ðàçìåðû óñòðîéñòâà, óëó÷øèòü åãî ïåðåõîäíûå õàðàêòåðèñòèêè è èñïîëüçîâàòü âûõîäíûå êîíäåíñàòîðû ìåíüøåé åìêîñòè.

IR3847 âûïóñêàåòñÿ â íåáîëüøîì êîðïóñå PQFN ïëîùàäüþ 5´6 ìì ñ óíèêàëüíûìè äëÿ îòðàñëè òåïëîâûìè õàðàêòåðèñòèêàìè, áëàãîäàðÿ êîòîðûì ïðè òîêå 15…25 À è ïèêîâîì ÊÏÄ äî 96% ïåðåãðåâ íå ïðåâûøàåò 50°C. Ñðåäè äðóãèõ îñîáåííîñòåé ìèêðîñõåìû íåîáõîäèìî âûäåëèòü âîçìîæíîñòü âíåøíåé ñèíõðîíèçàöèè, óïðàâëåíèå ïîñëåäîâàòåëüíîñòüþ âêëþ÷åíèÿ, êîíòðîëü íàïðÿæåíèÿ â ïåðåõîäíûõ ðåæèìàõ è îïöèþ ðàáîòû ñ âíåøíèì èñòî÷íèêîì îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ.  ðàñïîëîæåíèè âûâîäîâ ìèêðîñõåìû ó÷òåíî óäîáñòâî ïîäêëþ÷åíèÿ áëîêèðîâî÷íûõ êîíäåíñàòîðîâ, à âíóòðåííÿÿ òðåõóðîâíåâàÿ òåðìîêîìïåíñèðîâàííàÿ ñõåìà îãðàíè÷åíèÿ ïîçâîëÿåò ïðîãðàììèðîâàòü ïîðîãè ñðàáàòûâàíèÿ òîêîâîé çàùèòû áåç èñïîëüçîâàíèÿ äîïîëíèòåëüíûõ êîìïîíåíòîâ è óñëîæíåíèÿ òîïîëîãèè ïå÷àòíîé ïëàòû. Íàáîð âîçìîæíîñòåé ìèêðîñõåìû IR3847, ðàáîòàþùåé íà ÷àñòîòå äî 1.5 ÌÃö, ñòàíäàðòåí äëÿ ñåìåéñòâà SupIRBuck. Ýòî âíóòðåííåå ñìåùåíèå âõîäà çàïóñêà, èñêëþ÷àþùåå âîçìîæíîñòü âîçíèêíîâåíèè ãåíåðàöèè ïðè âêëþ÷åíèè ïðåîáðàçîâàòåëÿ, ðåãóëèðóåìàÿ çàùèòà îò ïåðåíàïðÿæåíèÿ, âûõîä «ïèòàíèå â íîðìå», äîïîëíèòåëüíûé âûõîä óñèëèòåëÿ

ÍÎÂÎÑÒÈ

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

îøèáêè äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ öåïè îáðàòíîé ñâÿçè è âíóòðåííÿÿ ñõåìà ìÿãêîãî çàïóñêà. Ìèíèìàëüíîå âõîäíîå íàïðÿæåíèå ðàâíî

1.0  (ñ âíåøíèì ñìåùåíèåì), äèàïàçîí ðàáî÷èõ òåìïåðàòóð ïåðåõîäà – îò –40 °C äî 125 °C.

Òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè Ïðèáîð

Êîðïóñ

IR3847MTRPbF PQFN 5´6 ìì

Îöåíî÷íûé êîìïëåêò IR3847MTRPbF

Ñõåìà Îäèíî÷íûé âûõîä

Äèàïàçîí VIN (Â)

Äèàïàçîí VOUT (Â)

IOUT (À)

Ðàáî÷àÿ ÷àñòîòà (êÃö)

1 … 21

0.6 … 86%VIN

25

300 …1.500

Öåëåâîå óñòðîéñòâî

VIN (Â)

VOUT (Â)

IOUT (À)

Ðàáî÷àÿ ÷àñòîòà (êÃö)

PQFN 5´6 ìì

12

1.2

25

600

Ñðåäñòâà ðàçðàáîòêè Ñïðàâî÷íûå äàííûå è óêàçàíèÿ ïî ïðèìåíåíèþ ìîæíî íàéòè íà ñàéòå International Rectifier. Äëÿ íîâûõ ïðèáîðîâ ðàçðàáîòàí òàêæå îöåíî÷íûé íàáîð IRDC3847.

Öåíû è äîñòóïíîñòü Ìèíèìàëüíàÿ öåíà IR3847M óñòàíîâëåíà â ðàçìåðå $2.23 çà øòóêó ïðè ïîêóïêå 100,000 ìèêðîñõåì. Îöåíî÷íûé íàáîð IRDC3847 ìîæåò áûòü ïðèîáðåòåí çà $29.

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

ÍÎÂÎÑÒÈ

13

ÎÊÎ Àðõèâ ÀÂÒÎ GPS/GSM ñïåöèàëèçèðîâàííûé âèäåîðåãèñòðàòîð äëÿ àâòîòðàíñïîðòà íàäåæíî ñõîõðàíÿåò è âîñïðîèçâîäèò âèäåî- è àóäèîèíôîðìàöèþ, ìàðøðóò äâèæåíÿ, âûïîëíÿåò îõðàííûå ôóíêöèè âî âðåìÿ ñòîÿíêè è ïåðåäàåò èíôîðìàöèþ ïî GSM òàêæå â ïðîäàæå ìîäåëè ÎÊÎ Àðõèâ ÀÂÒÎ è ÎÊÎ Àðõèâ ÀÂÒÎ GPS

ÎÊÎ Ìîáàéë 3G âèäåîðåãèñòðàòîð ñ âîçìîæíîñòüþ ïåðåäà÷è âèäåî ïî áåñïðîâîäíûì ñåòÿì 3G òàêæå â ïðîäàæå ìîäåëè ÎÊÎ Ìîáàéë è ÎÊÎ Ìîáàéë II - ïåðåäà÷à âèäåî ïî GSM

ÂÈÄÅÎÐÅÃÈÑÒÐÀÒÎÐÛ ÑÅÐÈÈ “ÎÊÎ ÀÐÕÈ” ïîñòðîåíèå ïðîñòîé, íàäåæíîé, àâòîíîìíîé ñèñòåìû âèäåîíàáëþäåíèÿ äëÿ ÷àñòíîãî è êîììåð÷åñêîãî ñåêòîðîâ

ÎÊÎ Àðõèâ 4NET

ÎÊÎ Àðõèâ 4NET LE

ÎÊÎ Àðõèâ LITE CF

ïîäêëþ÷åíèå ïî LAN/internet ñìåííûé æåñòêèé äèñê

ïîäêëþ÷åíèå ïî LAN/internet âñòðîåííûé æåñòêèé äèñê

çàïèñü íà êàðòó Compact Flash

ÏÐÎÔÅÑÑÈÎÍÀËÜÍÛÅ ÈÍÑÒÐÓÌÅÍÒÛ ÄËß ÂÈÄÅÎÍÀÁËÞÄÅÍÈß “Äåöèìà” Ìîñêâà, Çåëåíîãðàä, ïðîåçä 4922, äîì 4, ñòðîåíèå 1 òåë: +7 (495) 988 48 58 http://www.decima.ru

ИСТОРИЯ ЭЛЕКТРОНИКИ Íåçàñëóæåííî

çàáûòûå ìèêðîñõåìû Dennis Feucht, Innovatia Laboratories EDN ×òî çàñòàâëÿåò íàñ ñ÷èòàòü ìèêðîñõåìó óñòàðåâøåé? Ìû âñïîìíèì î íåêîòîðûõ îðèãèíàëüíûõ êîìïîíåíòàõ, è îáñóäèì, òàê ëè óæ ïëîõà èäåÿ âåðíóòüñÿ ê èõ èñïîëüçîâàíèþ.

Ï

Ïî ìåðå ñâîåãî âçðîñëåíèÿ ýëåêòðîíèêà íà÷èíàåò ïðîÿâëÿòü íåêîòîðûå ïðèçíàêè ñòàðåíèÿ. Èñòèííûå èííîâàöèè ïîÿâëÿþòñÿ âñå ðåæå, æäåì ìû èõ âñå äîëüøå, çàòî ðèñêè èçãîòîâèòåëåé ñòàíîâÿòñÿ âñå íèæå. Íåñêîëüêî äåñÿòèëåòèé íàçàä, êîãäà àâàíòþðíûé äóõ åùå íå óìåð, íåêîòîðûå èçãîòîâèòåëè ìèêðîñõåì áûëè ãîòîâû ïðåäëîæèòü ðûíêó ñîâåðøåííî ýêçîòè÷åñêèå è êîíöåïòóàëüíî íåîáû÷íûå ïðèáîðû. Íàïðèìåð, Signetics â ñàìîì íà÷àëå 1970-õ ãîäîâ ðåøèëàñü âûïóñòèòü ðàçðàáîòàííóþ Ãàíñîì Êàìåíçèíäîì (Hans Camenzind) ìèêðîñõåìó òàéìåðà 555 [1]. Íèêîìó íå íàäî îáúÿñíÿòü, ÷òî çíà÷èò äëÿ íàñ ýòà ìèêðîñõåìà è ñåé÷àñ, ñïóñòÿ ìíîãî äåñÿòèëåòèé ïîñëå åå ñîçäàíèÿ. Åñòü ëè åùå ïðèìåðû ïîäîáíûõ ñõåì? Äà, è î íåêîòîðûõ ìû õîòèì ðàññêàçàòü â ýòîé ñòàòüå, è îáúÿñíèòü, ÷åì ïîëåçíû äëÿ íàñ îíè ìîãëè áû áûòü ñåãîäíÿ.

Óíèâåðñàëüíûé òðèãîíîìåòðè÷åñêèé ôóíêöèîíàëüíûé ïðåîáðàçîâàòåëü AD639 Î÷åíü äàâíî Áàððè Ãèëáåðò (Barrie Gilbert) çàíèìàëñÿ èññëåäîâàíèÿìè äèôôåðåíöèàëüíîãî óñèëèòåëÿ íà äâóõ áèïîëÿðíûõ òðàíçèñòî-

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

ðàõ, ïåðåäàòî÷íàÿ ôóíêöèÿ êîòîðîãî âûðàæàåòñÿ ãèïåðáîëè÷åñêèì òàíãåíñîì:

æ V ö iO = iO+ - iO- = I0 ´ th çç I ÷÷, è 2VT ø ãäå I0 – òîê ýìèòòåðà, VT = 26 ì – òåðìè÷åñêèé ïîòåíöèàë ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå Äëÿ óëó÷øåíèÿ ëèíåéíîñòè ïîñëåäîâàòåëüíî ñ ýìèòòåðîì óñèëèòåëåé áûë âêëþ÷åí âíåøíèé ðåçèñòîð. Ôàêòè÷åñêè, Ãèëáåðò íà ïðàêòèêå èñïîëüçîâàë èíæåíåðíóþ ïîãîâîðêó: «Åñëè Âû íå ìîæåòå óñòðàíèòü íåäîñòàòîê, îáðàòèòå åãî ñåáå íà ïîëüçó». Ãèïåðáîëè÷åñêèå òàíãåíñû â îïðåäåëåííîé ñòåïåíè ñâÿçàíû ñ òðèãîíîìåòðè÷åñêèìè ôóíêöèÿìè, è À ë à í Ãð åá è í ( A l a n Grebene) èç Exar èñïîëüçîâàë îäèíî÷íûé äèôôåðåíöèàëüíûé êàñêàä â ìèêðîñõåìå ôóíêöèîíàëüíîãî ãåíåðàòîðà XR2206 äëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòè òðåóãîëüíûõ èìïóëüñîâ â ñèíóñîèäó. Õîòÿ ðåçóëüòàò ïîëó÷èëñÿ âïîëíå ïðèëè÷íûì äëÿ ïåðâîãî ïîêîëåíèÿ ïîäîáíûõ ïðèáîðîâ, Ãèëáåðò ïðîäîëæàë ðàçâèâàòü áàçîâóþ èäåþ, ïðåäëîæèâ êîíöåïöèþ, íàçâàííóþ multitanh (îò ñëîâ «multi-» – ìíîãî, «tanh» – ãèïåðáîëè-

ÑÒÀÒÜÈ

15

÷åñêèé òàíãåíñ). Êîíöåïöèÿ Ãèëáåðòà çàêëþ÷àëàñü â êàñêàäíîì ñîåäèíåíèè íåñêîëüêèõ äèôôåðåíöèàëüíûõ óñèëèòåëåé, âõîäû êîòîðûõ áûëè ñìåùåíû îòíîñèòåëüíî äðóã äðóãà íà íåêîòîðîå ôèêñèðîâàííîå íàïðÿæåíèå. Òàêîå ðåøåíèå ðàñøèðèëî ôóíêöèîíàëüíûå âîçìîæíîñòè è äèàïàçîí âõîäíûõ ñèãíàëîâ ñõåìû, à òàêæå ïðèíåñëî ñ ñîáîé ðÿä äðóãèõ íîâûõ âîçìîæíîñòåé, íåêîòîðûå èç êîòîðûõ áûëè èñïîëüçîâàíû â ïðåîáðàçîâàòåëå AD639. Ýòà 16-âûâîäíàÿ ñòðàíà òðèãîíîìåòðè÷åñêèõ ÷óäåñ ñ áîãàòåéøèì íàáîðîì ôóíêöèé ñ ïîëíûì îñíîâàíèåì ìîãëà áû ïðåòåíäîâàòü íà êðàñèâóþ æèçíü è â íàøå âðåìÿ. Ê ñîæàëåíèþ, Analog Devices óáðàëà ýòó ìèêðîñõåìó ñ ðûíêà, íå ïðåäëîæèâ íèêàêîé çàìåíû. Ïî÷åìó – íå çíàåò äàæå ñàì Ãèëáåðò. À â ñâîå âðåìÿ êàçàëîñü, ÷òî AD639, ñïîñîáíîé ñèíòåçèðîâàòü âñå îñíîâíûå òðèãîíîìåòðè÷åñêèå ôóíêöèè (sin, cos, tg, ctg, sec, cosec è îáðàòíûå èì ôóíêöèè), ñóæäåíî ñòàòü ëåãåíäîé ýëåêòðîíèêè. Òî÷íîñòü âîñïðîèçâåäåíèÿ ñèíóñîèäàëüíîé ôóíêöèè 0.02%. Ìíîãî ëè ñåé÷àñ ïîäîáíûõ ôóíêöèîíàëüíûõ ãåíåðàòîðîâ? À àóäèî óñèëèòåëåé ñ òàêèì íåëèíåéíûìè èñêàæåíèÿìè? Ìèêðîñõåìà ñîäåðæèò òàêæå ñõåìó ñìåùåíèÿ, óìíîæèòåëü è äåëèòåëü. Îäíàêî ïðåîáðàçîâàòåëþ íå óäàëîñü ïðîáèòüñÿ íà

HFA3046 ÂÈÄ ÑÂÅÐÕÓ

1 2

Q1 Q5

3 4

14

1

13

2

11

5

Q4

10

Q1 Q5

3 4 5

Q2 Q4

6

6

9

7

7

8

8

Q3

ðûíîê èçìåðèòåëüíûõ èëè äðóãèõ ïðèáîðîâ, òðåáóþùèõ âûñîêîé òî÷íîñòè èëè íèçêèõ íåëèíåéíûõ èñêàæåíèé. Ìèêðîñõåìà áûëà ðàññ÷èòàíà íà ðàáîòó ñ ñèãíàëàìè â äèàïàçîíå ÷àñòîò äî 1.5 ÌÃö. Âåðîÿòíî, åäèíñòâåííîé ïðîáëåìîé AD639 áûëî òî, ÷òî Analog Devices, ïðåêðàñíî ïîíèìàÿ ñòåïåíü ïðèâëåêàòåëüíîñòè ìèêðîñõåìû, óñòàíîâèëà íà íåå ñîâåðøåííî çàïðåäåëüíóþ öåíó, ÷åì, ñîáñòâåííî, è ïîìåøàëà øèðîêîìó ðàñïðîñòðàíåíèþ ïðåîáðàçîâàòåëÿ. Âîçìîæíî, Rochester Electronics – ãëàâíûé ïîñòàâùèê êîìïîíåíòîâ, ñíÿòûõ ñ ïðîèçâîäñòâà îðèãèíàëüíûìè èçãîòîâèòåëÿìè, ìîã áû âîçðîäèòü ïðîèçâîäñòâî ýòèõ ïðèáîðîâ, ñëåãêà èçìåíèâ ñâîåé îñíîâíîé ìèññè èçãîòîâèòåëÿ çàï÷àñòåé äëÿ ñòàðûõ ïðèáîðîâ. Ìîæåò áûòü, âòîðîå ïðèøåñòâèå AD639

HFA3096 ÂÈÄ ÑÂÅÐÕÓ

12 Q2

Ðèñóíîê 1. Äâóõêàíàëüíûé ïîðòàòèâíûé îñöèëëîãðàô Tektronix 2205 ñ ïîëîñîé 20 ÌÃö.

Q3

HFA3127 ÂÈÄ ÑÂÅÐÕÓ

16 NC

1

15

2

14

3

Q1 Q3

Q5

HFA3128 ÂÈÄ ÑÂÅÐÕÓ

16

1

15

2

14

3

Q1 Q3

Q5

16 15 14

13

4

13

4

12

NC 5

12

NC 5

12

11

6

11

6

11

10

7

10

7

9

8

9

8

Q3

Q4

Q3

Q4

13

10 9

Ðèñóíîê 2. Ñ çàìåíîé ìèêðîñõåì ñåðèè CA3000 íà HFA3000 ãðàíè÷íàÿ ÷àñòîòà òðàíçèñòîðîâ âûðîñëà äî íåñêîëüêèõ ãèãàãåðö, íî ñíèçèëîñü èõ ïðîáèâíîå íàïðÿæåíèå.  Òàáëèöå 1 ïðèâåäåí ôðàãìåíò ñïðàâî÷íûõ äàííûõ êîìïàíèè Intersil. Òàáëèöà 1. Õàðàêòåðèñòèêè ñîãëàñîâàíèÿ äèôôåðåíöèàëüíîé ïàðû òðàíçèñòîðîâ ìèêðîñõåìû HFA3046. Ïàðàìåòð Âõîäíîå íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ Âõîäíîé òîê ñìåùåíèÿ Òåìï. êîýôô. íàïðÿæåíèÿ ñìåùåíèÿ

16

Óñëîâèÿ èçìåðåíèé lC = 10 ìÀ, VCE = 5  lC = 10 ìÀ, VCE = 5  lC = 10 ìÀ, VCE = 5 Â

ÑÒÀÒÜÈ

Êðèñòàëë ìèí.

– – –

SOIC, QFN

òèï. ìàêñ. ìèí.

òèï. ìàêñ.

1.5 5 0.5

1.5 5 0.5

5.0 25 –

– – –

5.0 25 –

Åä. èçì. ì ìêÀ ìêÂ/°C

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

ïîëó÷èëàñü áû áîëåå óñïåøíûì, è ìèêðîñõåìà çàâîåâàëà áû òó ïîïóëÿðíîñòü, êîòîðóþ óïóñòèëà â ïåðâûé ðàç.

ÄÈÔÔÓÇÈÎÍÍÛÉ NPN ÒÐÀÍÇÈÑÒÎÐ Ê Á

Ý

N P

N+

Á Ê

ÃÎÐÈÇÎÍÒÀËÜÍÛÉ PNP ÒÐÀÍÇÈÑÒÎÐ Á N

Ìàòðèöà áèïîëÿðíûõ òðàíçèñòîðîâ CA3096

Ê P

Á

Ý

Á

P

P ÏÎÄËÎÆÊÀ

 ÷åì-òî ïîõîæè íà ïðåîáðàçîâàòåëü AD639 è óíèâåðñàëüíûå òðàíçèñòîðíûå ñáîðêè.  ñâîå âðåìÿ êîìïàíèÿ RCA âûõîäèëà íà ðûíîê ñ íåñêîëüêèìè ìàòðèöàìè áèïîëÿðíûõ òðàíçèñòîðîâ ñåðèè CA3000. Ãðàíè÷íàÿ ÷àñòîòà êîýôôèöèåíòà ïåðåäà÷è òîêà NPN òðàíçèñòîðîâ â íåêîòîðûõ ïðèáîðàõ ïðåâûøàëà 1 ÃÃö, ÷òî ïîíðàâèëîñü áû è ñîâðåìåííûì êîíñòðóêòîðàì. Êîãäà RCA ïðåêðàòèëà ñâîå ñóùåñòâîâàíèå, åå ïîëóïðîâîäíèêîâûé áèçíåñ îòîøåë ê Intersil, ïîòåðÿâ ïðè ýòîì ïðåèìóùåñòâî óñòàðåâøåé òåõíîëîãèè ñ áîëüøèìè ðàçìåðàìè ýëåìåíòîâ. Ðàçðàáîò÷èêè Tektronix èñïîëüçîâàëè ìèêðîñõåìû CA3046 (èëè ýêâèâàëåíòíûå LM3046 êîìïàíèè National) â óñèëèòåëå êàíàëà âåðòèêàëüíîãî îòêëîíåíèÿ ñâîåãî îñöèëëîãðàôà 2205 (Ðèñóíîê 1).

Intersil óíàñëåäîâàëà îò RCA ñîëèäíûé çàïàñ ýòèõ êîìïîíåíòîâ, êîòîðûå ìîæíî ïðèîáðåñòè äàæå ñåé÷àñ. Æàëü, ÷òî èõ íå ñòàëè

Ðèñóíîê 3. PNP áèïîëÿðíûå òðàíçèñòîðû â ñáîðêå CA3096 èìåþò ãîðèçîíòàëüíóþ ñòðóêòóðó.

ïðîèçâîäèòü ïî ïåðâîíà÷àëüíîé òåõíîëîãèè. Èñïîëüçóÿ íîâûå ïðîèçâîäñòâåííûå ïðîöåññû, Intersil çàìåíèëà ñòàðûå ìàòðèöû ñåðèåé HFA3000 â êîðïóñàõ SOIC ñ óâåëè÷åííîé äî íåñêîëüêèõ ãèãàãåðö ãðàíè÷íîé ÷àñòîòîé òðàíçèñòîðîâ, íî ñ ñîîòâåòñòâåííî ñíèæåííûì íàïðÿæåíèåì ïðîáîÿ (Ðèñóíîê 2). Åñëè äëÿ ìèêðîñõåì îðèãèíàëüíîé ñåðèè CA3000 îïòèìàëüíîå íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ ñîñòàâëÿëî ±12 Â, òî ìèêðîñõåìû ñåðèè HFA ðåêîìåíäîâàëîñü èñïîëüçîâàòü ïðè ïèòàíèè ±5 Â, õîòÿ òðàíçèñòîðû ìîãëè âûäåðæèâàòü íàïðÿæåíèå äî 10 Â. Íî ÷òî ïðèíöèïèàëüíî îòëè÷àëî ñåðèþ HFA – ýòî PNP òðàíçèñòîðû ñ äèýëåêòðè÷åñêîé èçîëÿöèåé, íàìíîãî óëó÷øèâøèå ïàðàìåòðû ïðèáîðà ïî ñðàâíåíèþ ñ CA3096, èçãîòàâëèâàåìîé íà îñíîâå òðàíçèñòîðîâ ñ ãîðèçîíòàëüíîé ñòðóêòóðîé (Ðèñóíîê 3).

12 Â

13

10 Q4

14

11

Q5

15

12

3 1

R C1 5.6k

50

RB 620

+ VI

C1 10 nF

9 8

Q3 2

Z1 1N751 5.1 Â VO

6 Q2

Q1

5

C2 10 nF

RF 2k

CF 2.7 pF

4

7

_ R0 5.6k

CA3096

RZ 3.9k

RI 1k

16 SUB –12 Â

Ðèñóíîê 4. Ýòîò óñèëèòåëü ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ èìååò êâàçèñòàòè÷åñêèé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ðàâíûé 3 è ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ áîëåå 50 ÌÃö.  óñèëèòåëå èñïîëüçîâàíû âñå ïÿòü òðàíçèñòîðîâ ñáîðêè CA3096. Åäèíñòâåííûé äîïîëíèòåëüíûé ïîëóïðîâîäíèêîâûé ýëåìåíò – ñòàáèëèòðîí Z1.

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

ÑÒÀÒÜÈ

17

CA3096 – ýòî óíèâåðñàëüíûé ýëåìåíò, ñîäåðæàùèé òðè NPN è äâà PNP òðàíçèñòîðà. Îäíèì èç åãî íåäîñòàòêîâ áûëî òî, ÷òî ãîðèçîíòàëüíûå PNP òðàíçèñòîðû èìåëè ãðàíè÷íóþ ÷àñòîòó âñåãî 6 ÌÃö, ïîñêîëüêó èçãîòîâëåíèå òîíêîé áàçû ó ãîðèçîíòàëüíûõ òðàíçèñòîðîâ ÿâëÿåòñÿ î÷åíü ñëîæíîé çàäà÷åé. Âïðî÷åì, îãðàíè÷åííûé ÷àñòîòíûé äèàïàçîí íå ïîìåøàë èñïîëüçîâàíèþ ïðèáîðîâ âî ìíîæåñòâå óñòðîéñòâ.  ïîêàçàííîì íà Ðèñóíêå 4 ïðèìåðå óñèëèòåëü ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ èìååò êâàçèñòàòè÷åñêèé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ðàâíûé 3 è ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ áîëåå 50 ÌÃö. Îí èìååò äâà ïóòè ïðîõîæäåíèÿ ñèãíàëà: ìåäëåííûé ÷åðåç òîêîâîå çåðêàëî íà PNP òðàíçèñòîðå è áûñòðûé ÷åðåç òðàíçèñòîð Q2 âõîäíîãî êàñêàäà äèôôåðåíöèàëüíîãî óñèëèòåëÿ.  óñèëèòåëå èñïîëüçîâàíû âñå ïÿòü òðàíçèñòîðîâ ñáîðêè. Åäèíñòâåííûé äîïîëíèòåëüíûé ïîëóïðîâîäíèêîâûé ýëåìåíò – ñòàáèëèòðîí Z1. Ìàëîâåðîÿòíî, ÷òî âû çàõîòèòå ïðèìåíèòü ýòó ìèêðîñõåìó, ó÷èòûâàÿ ïîëíóþ íåîïðåäåëåííîñòü åå áóäóùåãî. Âäîáàâîê, ó ñáîðîê ñåðèè HFA î÷åíü íåâåëèê äèàïàçîí äîïóñòèìûõ íàïðÿæåíèé. Ïîýòîìó èäåàëüíûì âàðèàíòîì áûëî áû âîçðîæäåíèå ïðîèçâîäñòâà CA3000, íî ñ äèýëåêòðè÷åñêîé èçîëÿöèåé PNP òðàíçèñòîðîâ.

Ïðîìûøëåííûé ýëåìåíò óïðàâëåíèÿ MC14500B 16-âûâîäíàÿ ìèêðîñõåìà MC14500B êîìïàíèè Motorola ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé 1-ðàçðÿäíûé ÊÌÎÏ ïðîöåññîð ñ òàêòîâîé ÷àñòîòîé 1 ÌÃö [2].  íåé èìåþòñÿ òðè îäíîáèòíûõ ðåãèñòðà (òðèããåðà) è ÀËÓ, âûïîëíÿþùåå 16 èíñòðóêöèé. Íîâûå ìèêðîêîíòðîëëåðû ïîëíîñòüþ âûäàâèëè MC14500B ñ ðûíêà êîìïîíåíòîâ, íî ðå÷ü èäåò î äðóãîì. Ýòî óíèâåðñàëüíûé ëîãè÷åñêèé áëîê, äëÿ ðàáîòû êîòîðîãî òðåáóþòñÿ òîëüêî âíåøíèé ñ÷åò÷èê è óïðàâëÿåìàÿ èì ïàìÿòü ïðîãðàìì. Ïàìÿòü äàííûõ è óñòðîéñòâà ââîäà/âûâîäà ðàçäåëÿþò îáùåå àäðåñíîå ïðîñòðàíñòâî. ×åòûðå âûõîäíûõ áèòà ïàìÿòè óïðàâëÿþò âõîäàìè âûáîðà ê îäà îïåðàöèè ìèêðîñõåìû MC14500B, à îñòàëüíûå ñëóæàò äëÿ àäðåñàöèè ïîäñèñòåì óïðàâëåíèÿ ââîäîì/âûâîäîì, òàêèõ, êàê äâóíàïðàâëåííûå 8-ðàçðÿäíûå

18

çàùåëêè (MC14599B) è 8-âõîäîâûå ìóëüòèïëåêñîðû èëè ñåëåêòîðû äàííûõ (MC14512). Îäíîáèòíûé àêêóìóëÿòîð áûë íàçâàí ðåãèñòðîì ðåçóëüòàòà (RR). Íàáîð èíñòðóêöèé âêëþ÷àåò çàãðóçêó RR, çàãðóçêó äîïîëíåíèÿ RR, ëîãè÷åñêîå «È» ñ ðåãèñòðîì ðåçóëüòàòà, ëîãè÷åñêîå «È» ñ äîïîëíèòåëüíûì êîäîì, âñå ëîãè÷åñêèå îïåðàöèè, çàãðóçêó RR, çàãðóçêó äîïîëíåíèÿ RR, ïåðåñûëêó äàííûõ â ðåãèñòðû ââîäà èëè âûâîäà è ðÿä äðóãèõ êîìàíä. Êðîìå òîãî, èìåþòñÿ èíñòðóêöèè âûâîäà ôëàãîâ, ïðîïóñêà ñëåäóþùåé êîìàíäû, JMP è RTN. Äëÿ çàãðóçêè àäðåñà â ïðîãðàììíûé ñ÷åò÷èê ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ ôëàã JMP. Èíñòðóêöèÿ RTN âûâîäèò ôëàã RTN è ïðîïóñêàåò ñëåäóþùóþ êîìàíäó. Äëÿ ñèíõðîíèçàöèè ïðîãðàììíîãî ñ÷åò÷èêà èñïîëüçóåòñÿ âñòðîåííûé òàêòîâûé ãåíåðàòîð. Íàðàñòàþùèé ôðîíò ñèíõðîèìïóëüñà èíêðåìåíòèðóåò ïðîãðàììíûé ñ÷åò÷èê, ïîñëå ÷åãî â òå÷åíèå ïîëîæèòåëüíîé ôàçû ñèíõðîèìïóëüñà âûáèðàåòñÿ èíñòðóêöèÿ. Âî âðåìÿ îòðèöàòåëüíîé ôàçû èíñòðóêöèÿ äåêîäèðóåòñÿ è âûïîëíÿåòñÿ. Êàêèå ïðåèìóùåñòâà ýòà ìèêðîñõåìà ñ ïîñëåäîâàòåëüíîé îáðàáîòêîé áèòîâ è èíòåíñèâíûì èñïîëüçîâàíèåì ñðåäñòâ ââîäà/âûâîäà ìîæåò äàòü ñåãîäíÿ? Íåîáõîäèìîñòü â äîïîëíèòåëüíîì ïðîãðàììíîì ñ÷åò÷èêå è ïàìÿòè äàííûõ èñêëþ÷àþò âîçìîæíîñòü âîçâðàòà ê èñïîëüçîâàíèþ ýòîãî ïðèáîðà, íåñïîñîáíîãî êîíêóðèðîâàòü ñ äåøåâûìè 8- è 16-ðàçðÿäíûìè flash ìèêðîêîíòðîëëåðàìè. Õîòÿ, ñàìà ïî ñåáå, ìèêðîñõåìà, áåçóñëîâíî, èíòåðåñíà, åé ñóæäåíî îñòàòüñÿ çàáûòîé.

Ðåãèñòðû ïîñëåäîâàòåëüíûõ ïðèáëèæåíèé MC14549 è MC14559 Ðåãèñòðû ïîñëåäîâàòåëüíûõ ïðèáëèæåíèé (ÐÏÏ) ïåðâîíà÷àëüíî âõîäèëè â ñåðèþ 4000 ðàçðàáîòàííûõ êîìïàíèåé Motorola öèôðîâûõ ìèêðîñõåì, èçãîòàâëèâàåìûõ ïðåèìóùåñòâåííî ïî ÊÌÎÏ òåõíîëîãèè. Ïðèáîðû áûëè 8-áèòíûìè è ìîãëè êàñêàäèðîâàòüñÿ äëÿ íàðàùèâàíèÿ ðàçðÿäíîñòè. Ðåãèñòðû èñïîëüçîâàëèñü äëÿ ñîçäàíèÿ ÀÖÏ ïîñëåäîâàòåëüíûõ ïðèáëèæåíèé. Âíóòðè ìèêðîñõåìû íàõîäèëèñü ðåãèñòð ñäâèãà è ðåãèñòð ñ ïàðàëëåëüíîé çàãðóçêîé. Íåñìîòðÿ íà ñâîþ ïðîñòîòó, ÐÏÏ âûïîëíÿþò ïîëåçíóþ öèôðîâóþ ôóíêöèþ. Àëãîðèòì

ÑÒÀÒÜÈ

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

ïîñëåäîâàòåëüíûõ ïðèáëèæåíèé îñíîâàí íà ïîî÷åðåäíîì, íà÷èíàÿ ñî ñòàðøåãî çíà÷åíèÿ, ëîãè÷åñêîì ñðàâíåíèè èçìåðÿåìîãî íàïðÿæåíèÿ ñ íàïðÿæåíèåì íà âñïîìîãàòåëüíîì ÖÀÏ. Åñëè íàïðÿæåíèå âûøå, óñòàíàâëèâàåòñÿ ñòàðøèé çíà÷àùèé áèò, è çàòåì ïðîèçâîäèòñÿ ïîñëåäîâàòåëüíîå ñðàâíåíèå äëÿ îñòàëüíûõ áèò, äî òåõ ïîð, ïîêà íå áóäóò îïðåäåëåíû çíà÷åíèÿ âñåõ ðàçðÿäîâ. Ïîëíûé öèêë n-áèòíîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ çàíèìàåò n òàêòîâ, íåçàâèñèìî îò óðîâíÿ îöèôðîâûâàåìîãî ñèãíàëà. Äîáàâèâ ê îäíîìó – äâóì ÐÏÏ âíåøíèé êîìïàðàòîð è ÖÀÏ, ìîæíî ïîñòðîèòü ÀÖÏ, èñïîëüçóÿ ýëåìåíòû, îñòàâøèåñÿ íåçàäåéñòâîâàííûìè â ñõåìå. Õîòÿ òàêîå ðåøåíèå ñåãîäíÿ íàçâàëè áû ïîëóäèñêðåòíûì, ïîäîáíàÿ êîíñòðóêöèÿ ÀÖÏ èìåëà áû ïðàâî íà ñóùåñòâîâàíèå ïðè èñïîëüçîâàíèè ìèêðîñõåì ìíîãîêàíàëüíûõ ÖÀÏ è ìíîãîêàíàëüíûõ êîìïàðàòîðîâ. ÐÏÏ ìîãóò òàêæå èñïîëüçîâàòüñÿ â ñõåìàõ àâòîìàòè÷åñêîãî âûáîðà äèàïàçîíà, ñî ñðåäíèì êîëè÷åñòâîì øàãîâ ìåíüøèì, ÷åì ïðè ïîñëåäîâàòåëüíîì ïîèñêå äèàïàçîíà. Àíàëîãè÷íûì îáðàçîì, ñ ïîìîùüþ ÐÏÏ ìîæíî ïîäáèðàòü êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è óñèëèòåëÿ, óïðàâëÿåìîãî íàïðÿæåíèåì. Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî âåñà óïðàâëÿþùèõ âõîäîâ óñèëèòåëÿ ìîãóò áûòü äåñÿòè÷íûìè (1-2-5), ïðè èõ ìîíîòîííîñòè òàêàÿ ñõåìà áóäåò ðàáîòàòü.

MC4530 – ñäâîåííûé ïÿòèâõîäîâûé ìàæîðèòàðíûé ýëåìåíòà Îäíà èç ñàìûõ ñòðàííûõ ëîãè÷åñêèõ ôóíêöèé, ðåàëèçîâàííûõ â èíòåãðàëüíîì èñïîëíåíèè, âûïîëíÿëàñü ñäâîåííûì ïÿòèâõîäîâûì ìàæîðèòàðíûì ýëåìåíòîì, ïðîäàâàâøèìñÿ êîìïàíèåé Motorola. Âûõîä ýëåìåíòà àêòèâèçèðóåòñÿ â ñëó÷àå, êîãäà òðè èëè áîëåå èç ïÿòè åãî âõîäîâ àêòèâíû. Åñëè âàì íðàâèòñÿ ïîëó÷àòü íîâûå âïå÷àòëåíèÿ îò èññëåäî-

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

âàíèÿ ýêçîòè÷åñêèõ êîìïîíåíòîâ, ìîæåòå îáðàòèòü âíèìàíèå íà ýòó ìèêðîñõåìó. Âûõîäû ìàæîðèòàðíûõ ýëåìåíòîâ áûëè îáúåäèíåíû ïî ñõåìå «èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ» ñ óïðàâëÿþùèìè âõîäàìè W, ïîñðåäñòâîì êîòîðûõ èçìåíÿëàñü ïîëÿðíîñòü âûõîäíûõ ñèãíàëîâ. Çà÷åì íóæíû ïîäîáíûå ìèêðîñõåìû?  îáùåì ñëó÷àå, òàêîé ìàæîðèòàðíûé ýëåìåíò ãåíåðèðóåò ðåøåíèå â ñèñòåìàõ ñ ïÿòè- èëè ìåíåå êðàòíûì ðåçåðâèðîâàíèåì. Ïîäêëþ÷èâ îäèí âõîä ê «ëîã. 0», à äðóãîé ê «ëîã. 1», îñòàâøèåñÿ òðè ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ «ãîëîñîâàíèÿ» ñðåäè âûõîäîâ äâóõ èç òðåõ óïðàâëÿþùèõ êîìïüþòåðîâ, ïîäîáíî òîìó, êàê ýòî ñäåëàíî íà Space Shuttle. Òî÷íî òàêæå, åñëè íåñêîëüêî áàíêîâ êîíäåíñàòîðîâ çàðÿæåíû íåîäèíàêîâî, óñòðîéñòâî, âêëþ÷àþùåå èõ ðàçðÿä, ïðèìåò ðåøåíèå, ÷òî çàðÿä äîñòàòî÷åí, åñëè çàðÿæåíû M èç N áàíêîâ. Ôóíêöèÿ ýãàëèòàðíà. Ëþáûå M èç N áóäóò èíèöèèðîâàòü ñîáûòèå. Èñïîëüçóÿ èíâåðñíóþ âõîäíóþ ëîãèêó, ñòàòè÷åñêè óñòîé÷èâûé ðîáîò-ìíîãîíîæêà áóäåò ïîëó÷àòü ñèãíàë òðåâîãè, åñëè íà çåìëþ îïóùåíû ìåíåå M èç N åãî íîã. Èåðàðõè÷åñêàÿ ñòðóêòóðà ìàæîðèòàðíîãî ðåçåðâèðîâàíèÿ ñîçäàåòñÿ ïóòåì ñîåäèíåíèÿ âûõîäà îäíîãî ìàæîðèòàðíîãî ýëåìåíòà ñ îäíèì èç âõîäîâ äðóãîãî. Òîãäà ïÿòü ïåðâûõ èìåþò îäèí ãîëîñ ñðåäè ïÿòè âòîðûõ. Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî òàêîå èñïîëüçîâàíèå ìîæåò áûòü ïðàêòè÷åñêè ïîëåçíûì, âñå æå, ïîäîáíûå ëîãè÷åñêèå ôóíêöèè ñåãîäíÿ êàæóòñÿ ñëèøêîì íåîáû÷íûìè. Íåóäèâèòåëüíî, ÷òî ýòà ñõåìà çàáûòà. ÐË

Ññûëêè

ÑÒÀÒÜÈ

1. Jack Ward, «Èíòåðâüþ ñ Ãàíñîì Êàìåíçèíäîì – ðàçðàáîò÷èêîì ñàìîé ïîïóëÿðíîé ìèêðîñõåìû, êîãäà-ëèáî ñîçäàâàâøåéñÿ â ìèðå», ÐàäèîËîöìàí, 2012, ôåâðàëü, ñòð. 21.

2. Jack G. Ganssle, «Îäíîðàçðÿäíûé ìèêðîïðîöåññîð Motorola MC14500», ÐàäèîËîöìàí, 2012, ìàðò, ñòð. 47.

19

 ïîèñêàõ ëîãèêè, íå ïîòðåáëÿþùåé ýíåðãèè Richard F. Zarr, Texas Instruments Electronic Design

Òåîðèÿ êâàíòîâûõ êëåòî÷íûõ àâòîìàòîâ (ÊÊÀ) èìååò áîëüøèå ïåðñïåêòèâû â ñîïåðíè÷åñòâå ñ òåõíîëîãèåé ÊÌÎÏ â îáëàñòè ñîçäàíèÿ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ, èñïîëüçóåìûõ äëÿ âûïóñêà öèôðîâûõ èíòåãðàëüíûõ ñõåì. Ê 2025 ãîäó îíà, âîçìîæíî, ñòàíåò îñíîâíûì ñðåäñòâîì ïðîèçâîäñòâà êîìïîíåíòîâ äëÿ íàøèõ ýëåêòðîííûõ óñòðîéñòâ.

××òî áûëî áû, åñëè ëîãè÷åñêîå ñîñòîÿíèå îïðåäåëÿëîñü íå ïîòîêîì ýëåêòðîíîâ, à ïîëîæåíèåì êàæäîãî èç íèõ? Ýòî íå íàó÷íàÿ ôàíòàñòèêà. Ýòî öåëàÿ îáëàñòü èññëåäîâàíèé, ïîëó÷èâøàÿ íàçâàíèå «Òåîðèÿ êâàíòîâûõ êëåòî÷íûõ àâòîìàòîâ» (ÊÊÀ), êîòîðàÿ ÿâëÿåòñÿ ÷àñòüþ ïðîöåññà ïîèñêà ïðååìíèêà äëÿ ñòàðåþùåãî ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà (ÏÒ), à òàêæå ðåøåíèåì ïðîáëåìû ñîîòíîøåíèÿ ïëîòíîñòè è ðàññåèâàåìîé ìîùíîñòè, íàáëþäàåìîé íà ìîëåêóëÿðíîì óðîâíå. Ïî ñóòè, ýòà òåõíîëîãèÿ ìîæåò ñòàòü ñëåäóþùèì ðåâîëþöèîííûì èçìåíåíèåì â ïîëóïðîâîäíèêîâîé ïðîìûøëåííîñòè.

Ïðåäïîñûëêè Ñêðîìíûé ÏÒ ÿâëÿåòñÿ ðàáî÷åé ëîøàäêîé ñîâðåìåííîé ïîëóïðîâîäíèêîâîé ïðîìûøëåííîñòè, èçãîòàâëèâàþùåé âû÷èñëèòåëüíûå óñòðîéñòâà, à òàêæå âûñîêîïðîèçâîäèòåëüíûå ïðèáîðû îáðàáîòêè àíàëîãîâûõ è ñìåøàííûõ ñèãíàëîâ. Çàêîí Ìóðà ãîâîðèò î òîì, ÷òî ÷èñëî òðàíçèñòîðîâ, èíòåãðèðîâàííûõ â îäíîì óñòðîéñòâå, äîëæíî óäâàèâàòüñÿ ïðèìåðíî êàæäûå äâà ãîäà. Intel è äðóãèå ïðîèçâîäèòåëè ïîëóïðîâîäíèêîâûõ êîìïîíåíòîâ ðàçðàáîòàëè ÊÌÎÏ ïðîöåññû, êîòîðûå ïðîäîëæàþò ñîîòâåòñòâîâàòü ïîëîæåíèÿì çàêîíà Ìóðà èëè îïåðåæàþò èõ. Îäíàêî, ñîçäàíèå ìåíüøåãî ïî ðàçìåðàì òðàíçèñòîðà – ýòî òîëüêî ÷àñòü ïðîáëåìû. Îòíîøåíèå ïëîòíîñòü/ìîùíîñòü â êîíå÷íîì èòîãå îñòàíîâèò ïðîöåññ óìåíüøåíèÿ ðàçìåðîâ ÏÒ, ñâÿçàííûé ñ âîçìîæíîñòüþ èõ èçãîòîâëåíèÿ.

20

 òàêèõ ðàçðàáîòêàõ, êàê FinFET, ïðèìåíÿåìîé ñåé÷àñ â ñåìåéñòâå ïðîöåññîðîâ Ivy Bridge êîìïàíèè Intel, ïðîäîëæàåòñÿ ïîâûøåíèå ïëîòíîñòè òðàíçèñòîðîâ. Îäíàêî íà ðàññåèâàåìóþ êàæäûì òðàíçèñòîðîì ìîùíîñòü âëèÿåò íåñêîëüêî ôàêòîðîâ.  îñíîâíîì, êîìïëåìåíòàðíûå òðàíçèñòîðû ðàññåèâàþò ìîùíîñòü ïðè ïåðåêëþ÷åíèè ñîñòîÿíèÿ, íî è â ñòàòè÷åñêîì ñîñòîÿíèè ïðèñóòñòâóþò òîêè óòå÷êè, îáóñëîâëåííûå ýôôåêòàìè êîðîòêîãî êàíàëà è òóííåëèðîâàíèÿ ýëåêòðîíîâ.  íåäàëåêîì ïðîøëîì, ýòà óòå÷êà áûëà ìèíèìàëüíîé. Íî ïðè ñîêðàùåíèè ðàçìåðîâ ìåíåå 45 íì, êîãäà ïëîòíîñòü òðàíçèñòîðîâ çíà÷èòåëüíî âîçðàñòàåò, ïîðÿäêè âåëè÷èí òîêà óòå÷êè è äèíàìè÷åñêîé ìîùíîñòè íà÷èíàþò ñáëèæàòüñÿ. Äàëüíåéøåå óìåíüøåíèå ðàçìåðîâ ïîçâîëÿåò óìåñòèòü áîëüøå òðàíçèñòîðîâ íà òîé æå ñàìîé ôèçè÷åñêîé ïëîùàäè, ïðè ýòîì óâåëè÷èâàåòñÿ ïëîòíîñòü êàê äèíàìè÷åñêîé, òàê è ñòàòè÷åñêîé ðàññåèâàåìîé ìîùíîñòè. Ñ÷èòàåòñÿ, ÷òî ñîîòíîøåíèå ðàññåèâàåìîé ìîùíîñòè è ïëîòíîñòè îñòàíîâèò äàëüíåéøóþ ìèíèàòþðèçàöèþ ðàíüøå, ÷åì áóäåò äîñòèãíóò ïðåäåë òåõíîëîãè÷åñêèõ âîçìîæíîñòåé ïðîèçâîäñòâà.

Àëüòåðíàòèâíûå ñòðóêòóðû Íàäâèãàþùèéñÿ òåõíîëîãè÷åñêèé ïðåäåë ñäåëàë ïîèñêè çàìåíû ëîãèêè íà ÏÒ Ñâÿùåííûì Ãðààëåì ïîëóïðîâîäíèêîâîé ïðîìûøëåííîñòè. Íåñêîëüêî îäíîýëåêòðîííûõ êàíäèäàòîâ, âðîäå ðåçîíàíñíûõ òóííåëüíûõ äèîäîâ (RTD) è òóííåëüíî-ôàçîâîé ëîãèêè

ÑÒÀÒÜÈ

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

(TPL), èìåþò ïðåèìóùåñòâà ïî ñðàâíåíèþ ñ òðàäèöèîííûìè ñòðóêòóðàìè íà áàçå ÏÒ. Îäíî èç íàïðàâëåíèé èññëåäîâàíèé â îáëàñòè îäíîýëåêòðîííûõ ñòðóêòóð, îñíîâàííîå íà ñòàðîé êîíöåïöèè ïåðâîé ïîëîâèíû 20 âåêà è íàçâàííîé òåîðèåé êëåòî÷íûõ àâòîìàòîâ (ÊÀ), èìååò áîëüøèå ïåðñïåêòèâû â ìèðå âû÷èñëèòåëüíûõ óñòðîéñòâ. ÊÀ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé êîíå÷íûé àâòîìàò, ñîñòîÿùèé èç ðåøåòêè ÿ÷ååê, êàæäàÿ èç êîòîðûõ ìîæåò ïðèíèìàòü êîíå÷íîå ÷èñëî ñîñòîÿíèé. ß÷åéêè âëèÿþò äðóã íà äðóãà ëèáî â ñîîòâåòñòâèè ñ ôèçè÷åñêèìè çàêîíàìè, ëèáî ïî ïðîãðàììíûì ïðàâèëàìè, êîòîðûå íåèçìåííû âî âðåìåíè. Äðóãèìè ñëîâàìè, ïðàâèëà íå ìåíÿþòñÿ. Èçìåíåíèå ñîñòîÿíèÿ âõîäíîé êëåòêè âëèÿåò íà ñîñòîÿíèå ñîñåäíèõ, è ýòî âëèÿíèå ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ íà âñþ ñèñòåìó. Ñ îñíîâàìè òåîðèè êëåòî÷íûõ àâòîìàòîâ ìíîãèå èç íàñ ìîãëè ïîçíàêîìèòüñÿ íà òàêîì ïðèìåðå, êàê íàïèñàííàÿ â 1970 ãîäó Äíæîíîì Õîðòîíîì Êîíâåéåì (John Horton Conway) êîìïüþòåðíàÿ èãðà «Game of Life». Êîíöåïöèþ ÊÀ ðàçðàáîòàë â 1940 ãîäó Ñòàíèñëàâ Óëàì (Stanislaw Ulam), ðàáîòàÿ â ËîñÀëàìîññêîé íàöèîíàëüíîé ëàáîðàòîðèè. Äàëüíåéøèå èññëåäîâàíèÿ ïðîäîëæàëèñü íà ïðîòÿæåíèè 1950-õ è 1960-õ ãîäîâ, íî äî èçîáðåòåíèÿ èãðû Êîíâåéåì ýòà òåîðèÿ íå áûëà âîñòðåáîâàíà çà ïðåäåëàìè ãîñóäàðñòâåííûõ èíñòèòóòîâ è óíèâåðñèòåòîâ. Êëåòî÷íûé àâòîìàò ìîæåò èìåòü ëþáóþ ðàçìåðíîñòü, õîòÿ äâà èçìåðåíèÿ (ïëîñêîñòü), êàê â èãðå Êîíâåÿ, íàèáîëåå ïîäõîäÿò äëÿ ëîãèêè. Äâóìåðíûé êëåòî÷íûé àâòîìàò ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ðåãóëÿðíóþ ðåøåòêó ÿ÷ååê (êëåòîê). Ýòà ðåøåòêà îáû÷íî èìååò ñòðóêòóðó êâàäðàòà, íî ìîæåò èìåòü è ãåêñàãîíàëüíóþ ôîðìó, ïîäîáíóþ ï÷åëèíûì ñîòàì.

Êëåòî÷íûå àâòîìàòû íà êâàíòîâûõ òî÷êàõ Îäíîé èç ïåðñïåêòèâíûõ îáëàñòåé ïðèìåíåíèÿ êëåòî÷íûõ àâòîìàòîâ ÿâëÿþòñÿ êëåòî÷íûå àâòîìàòû íà êâàíòîâûõ òî÷êàõ èëè ïðîñòî êâàíòîâûå êëåòî÷íûå àâòîìàòû (ÊÊÀ). Èäåÿ ÊÊÀ íå íîâà. Îíà çàðîäèëàñü ïðèìåðíî â íà÷àëå 1990-õ, êîãäà ãðóïïà èññëåäîâàòåëåé ïðåäëîæèëà èñïîëüçîâàòü êâàíòîâûå òî÷êè äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ êëåòîê. Êâàíòîâàÿ òî÷êà ìîæåò ñîäåðæàòü â ñåáå îäèí ýëåêòðîí. ß÷åéêà, ñîñòîÿùàÿ èç ÷åòûðåõ êâàíòîâûõ òî÷åê, îáðàçóåò êâàäðàò. Ïîñëå çàðÿäà òàêîé ÿ÷åéêè äâóìÿ ýëåêòðîíàìè, îíà ïåðåéäåò â

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

Çàõâà÷åííûé ýëåêòðîí

Ïîòåíöèàëüíàÿ ÿìà

Ñîñòîÿíèå «0»

Ñîñòîÿíèå «1»

Ðèñóíîê 1. ß÷åéêà ÊÊÀ âêëþ÷àåò â ñåáÿ ÷åòûðå êâàíòîâûå òî÷êè. Êâàíòîâûå òî÷êè íå ìàñøòàáèðóþòñÿ ñ ÿ÷åéêîé.

îäíî èç äâóõ ñîñòîÿíèé (Ðèñóíîê 1). Ôîðìèðóÿ èç ýòèõ ÿ÷ååê ñòðóêòóðû, ìîæíî ñîçäàâàòü ëîãè÷åñêèå âåíòèëè. Ïðîòîòèïû òâåðäîòåëüíûõ êâàíòîâûõ êëåòî÷íûõ àâòîìàòîâ áûëè ñîçäàíû ñ èñïîëüçîâàíèåì ýëåêòðîííî-ëó÷åâîé ëèòîãðàôèè è èìåëè ðàçìåðû ïîðÿäêà 20 íì, ÷òî áëèçêî ê äëèíå çàòâîðà ñòàíäàðòíûõ ÏÒ â ÊÌÎÏ ñòðóêòóðàõ. Îäíàêî äëÿ ðàáîòû èì íå íóæíî èìåòü ñòîê èëè èñòîê. ×òîáû ñôîðìèðîâàòü ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû, îíè ïðîñòî äîëæíû áûòü ðàñïîëîæåíû ïðàâèëüíûì îáðàçîì. Äëÿ ñîçäàíèÿ ëîãè÷åñêèõ âåíòèëåé ÊÊÀ ìîãóò áûòü óïîðÿäî÷åíû ïóòåì ðàçìåùåíèÿ äðóã ðÿäîì ñ äðóãîì â îïðåäåëåííîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè.  ÊÊÀ èìåþòñÿ äâå ôóíäàìåíòàëüíûå âåíòèëüíûå ñòðóêòóðû. Îäíà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé èíâåðòîð, à äðóãàÿ íàçûâàåòñÿ «ìàæîðèòàðíûé âåíòèëü» (Ðèñóíîê 2). Ìàæîðèòàðíûé âåíòèëü ÿâëÿåòñÿ ëîãè÷åñêèì ýëåìåíòîì ñ òðåìÿ âõîäàìè è îäíèì âûõîäîì.  òàêîé êîíôèãóðàöèè âîçäåéñòâèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ íà âõîäàõ íîñÿò àääèòèâíûé õàðàêòåð, à ñîñòîÿíèå âûõîäà çàâèñèò îò ïðåîáëàäàíèÿ åäèíèö èëè íóëåé íà âõîäàõ. Ïîäîáíóþ ñòðóêòóðó òàêæå ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê ïðîãðàììèðóåìûé áëîê, ãäå îäèí âõîä âûáèðàåò ôóíêöèþ äâóõ äðóãèõ âõîäîâ: ëèáî «È», ëèáî «ÈËÈ». Âñå îñòàëüíûå ëîãè÷åñêèå ôóíêöèè ÿâëÿþòñÿ ïðîèçâîäíûìè îò ýòèõ äâóõ ñòðóêòóð. Ïóòåì ïðîñòîãî ïîñòðîåíèÿ ÿ÷ååê â ëèíèþ ìîãóò áûòü ñîçäàíû ïðîâîäíèêè. Òàêæå ñóùåñòâóþò ñòðóêòóðû, ïðåîáðàçóþùèå óðîâíè íàïðÿæåíèÿ îáû÷íûõ âõîäîâ â ñîñòîÿíèÿ

ÑÒÀÒÜÈ

21

Èíâåðòîð (ôóíêöèÿ ÍÅ)

A

A’

Ìàæîðèòàðíûé ýëåìåíò A B C D

A

B

F

C

0

0 0

0

0

0 1

0

0

1 0

0

0

1 1

1

1

0 0

0

1

0 1

1

1

1 0

1

1

1 1

1

Ðèñóíîê 2. Ñóùåñòâóþò äâà îñíîâíûõ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòà: èíâåðòîð, èëè âåíòèëü «ÍÅ» (ââåðõó), è ìàæîðèòàðíûé âåíòèëü (âíèçó). Òàêàÿ ñòðóêòóðà ðåàëèçóåò îáà âåíòèëÿ íà îñíîâå òàáëèöû èñòèííîñòè ìàæîðèòàðíîãî ýëåìåíòà.

ÊÊÀ, è âûõîäû, êîòîðûå ïðåîáðàçóþò ñîñòîÿíèÿ ÿ÷ååê ÊÊÀ â íàïðÿæåíèå äëÿ èíòåãðàöèè ñ ñóùåñòâóþùèìè öèôðîâûìè ñõåìàìè.

Íàïðàâëåííîñòü è ñèíõðîíèçàöèÿ Èíòåðåñíûì àðõèòåêòóðíûì ôåíîìåíîì ÊÊÀ ÿâëÿåòñÿ îáðàòèìîñòü íàïðàâëåíèÿ ïîòîêà äàííûõ. Òî åñòü, â îòëè÷èå îò îáû÷íîé ÊÌÎÏ-ëîãèêè, ãäå îò÷åòëèâî ðàçãðàíè÷èâàþòñÿ âõîäíàÿ è âûõîäíàÿ ñòîðîíû, ÊÊÀ ìîæåò ðàáîòàòü ñèììåòðè÷íî. Ýòî ïîëåçíî â òàêèõ ïðèëîæåíèÿõ, êàê ñåðèàëèçàöèÿ è äåñåðèàëèçàöèÿ (SERDES), ãäå ôóíêöèÿ ÿâëÿåòñÿ ïîëíîñòüþ îáðàòèìîé. Îäíàêî äàííûå ïî òàêîìó ëîãè÷åñêîìó êîíâåéåðó äîëæíû òå÷ü â îïðåäåëåííîì íàïðàâëåíèè, èíà÷å íàñòóïèò õàîñ. Äðóãîé ïðîáëåìîé ÿâëÿåòñÿ ïîòåðÿ ýíåðãèè âî âðåìÿ ïåðåõîäîâ ìåæäó ñîñòîÿíèÿìè, ïîýòîìó â ñèñòåìå äîëæíû áûòü ýëåìåíòû óñèëåíèÿ. Îáå ïðîáëåìû ìîæíî ðåøèòü ñ ïîìîùüþ ñëîÿ ñèíõðîíèçàöèè, ïðîëîæåííîãî íèæå êâàíòîâûõ ÿ÷ååê. Ýòîò ïðîâîäÿùèé ìàòåðèàë íàõîäèòñÿ íèæå âñåõ ÿ÷ååê â ïðåäåëàõ îïðåäåëåííîãî ñèíõðîíèçèðóþùåãî «äîìåíà» è óïðàâëÿåò ïåðåõîäîì âåíòèëåé èç îäíîãî ñîñòîÿíèÿ â äðóãîå ïóòåì óâåëè÷åíèÿ è

22

óìåíüøåíèÿ òóííåëüíîãî áàðüåðà ìåæäó òî÷êàìè. Ðàñïîëàãàÿ ñîñåäíèå äîìåíû ñèíõðîíèçàöèè â êâàäðàòóðå (íàïðèìåð, ñäâèãàÿ ïî ôàçå íà 90°), ìîæíî óïðàâëÿòü íàïðàâëåíèåì äâèæåíèÿ ëîãè÷åñêîãî ïîòîêà.

Èçãîòîâëåíèå ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ ÊÊÀ Ïåðâîíà÷àëüíî ëîãèêà íà îñíîâå ÊÊÀ áóäåò ñîçäàâàòüñÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì òðàäèöèîííûõ ìåòîäîâ èçãîòîâëåíèÿ êðåìíèåâûõ ïëàñòèí. Ñåãîäíÿ ñòðóêòóðû ÊÊÀ èçãîòàâëèâàþòñÿ ñ ïîìîùüþ ýëåêòðîííî-ëó÷åâîé ëèòîãðàôèè, íî îíà ìåäëåííà è íåïðàêòè÷íà äëÿ ìàññîâîãî ïðîèçâîäñòâà. Îäíàêî ôîòîëèòîãðàôèÿ â äàëüíåé îáëàñòè óëüòðàôèîëåòîâîãî ñïåêòðà è äðóãèå íàíîëèòîãðàôè÷åñêèå ìåòîäû ñ÷èòàþòñÿ î÷åíü ïåðñïåêòèâíûìè äëÿ êðóïíîñåðèéíîãî èçãîòîâëåíèÿ ñòðóêòóð ñ ðàçìåðàìè ìåíåå 10 íì. Îäèí èç ìåòîäîâ, íàçûâàåìûé ïëèòî÷íûì ñòðóêòóðèðîâàíèåì ÄÍÊ, èñïîëüçóåò íèòè ÄÍÊ äëÿ ñàìîñáîðêè ó÷àñòêîâ, ñîäåðæàùèõ ïëèòêè ÿ÷ååê ÊÊÀ. Ìîæíî ôîðìèðîâàòü ðàçíîîáðàçíûå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè, ïðèìåíÿÿ ðàçëè÷íûå êîíôèãóðàöèè ïëèòîê, ñîäåðæàùèõ ÿ÷åéêè ÊÊÀ â ôèêñèðîâàííûõ ïîçèöèÿõ.

ÑÒÀÒÜÈ

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

Äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ öåïåé ýòè ó÷àñòêè ìîãóò áûòü íàïðàâëåíû â êàíàâêè, âûòðàâëåííûå ñ ïîìîùüþ ñòàíäàðòíûõ ìåòîäîâ.

Çàêëþ÷åíèå ÊÌÎÏ òåõíîëîãèÿ åùå áóäåò âîñòðåáîâàíà êàêîå-òî âðåìÿ, è â áëèæàéøåì áóäóùåì îñòàíåòñÿ îñíîâîé ïðîèçâîäñòâà âûñîêîïðîèçâîäèòåëüíûõ ëîãè÷åñêèõ óñòðîéñòâ. Íî èççà ïðîáëåì, ñâÿçàííûõ ñ ïëîòíîñòüþ ìîù-

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

íîñòè è åå ðàññåÿíèåì, ìàñøòàáèðîâàíèå, â êîíå÷íîì ñ÷åòå, ïðåêðàòèòñÿ, ÷òî çàñòàâèò îòðàñëü ïåðåéòè íà àëüòåðíàòèâíûå òåõíîëîãèè.  îáëàñòè ñîçäàíèÿ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ äëÿ öèôðîâûõ èíòåãðàëüíûõ ñõåì ÊÊÀ èìåþò îãðîìíûå ïåðñïåêòèâû è øàíñû âûòåñíèòü òåõíîëîãèþ ÊÌÎÏ. Ê 2025 ãîäó ÊÊÀ, âîçìîæíî, ñòàíóò îñíîâíûì ñðåäñòâîì ïðîèçâîäñòâà êîìïîíåíòîâ äëÿ íàøèõ ýëåêòðîííûõ óñòðîéñòâ. ÐË

ÑÒÀÒÜÈ

23

Íî ýòî óñòàðåëî – íåò William Wong Electronic Design Ïîñëåäîâàòåëüíûå ïîðòû áîëüøå íå ïðèìåíÿþòñÿ â ÏÊ, íî ìîæíî ëè óòâåðæäàòü, ÷òî îíè âûøëè èç óïîòðåáëåíèÿ ïîëíîñòüþ?

 çàãîëîâêå èñïîëüçóåòñÿ èäèîìà, êîòîðàÿ óñòàðåëà èëè, ïî êðàéíåé ìåðå, âûøëà èç ìîäû, íî åå ñìûñë ðàçðàáîò÷èêè âñòðàèâàåìûõ ñèñòåì äîëæíû ïîìíèòü. Òî, ÷òî ìîæåò áûòü óñòàðåâøèì â îäíîé îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ, âîâñå íå îáÿçàòåëüíî áóäåò òàêîâûì â äðóãèõ îáëàñòÿõ.  ÷àñòíûõ ñëó÷àÿõ ñòàðûå òåõíîëîãèè âñå åùå ìîãóò áûòü ëó÷øèì âûáîðîì, ïîýòîìó íå ñòîèò èãíîðèðîâàòü êàêîåëèáî ðåøåíèå òîëüêî ïîòîìó, ÷òî îíî êàæåòñÿ âàì óñòàðåâøèì.  ñôåðå âñòðàèâàåìûõ ñèñòåì ìîæíî íàéòè ìàññó ïðèìåðîâ, êîãäà ìíîãèå ñ÷èòàþò, ÷òî äàâíî ïðèìåíÿåìûå òåõíîëîãèè óæå óñòàðåëè, à íà ïðàêòèêå ýòè ñòàðûå ðåøåíèÿ ÿâëÿþòñÿ î÷åíü âàæíîé ÷àñòüþ ñîâðåìåííîé ýëåêòðîíèêè. Ñêàæåì, ïîðò ïîñëåäîâàòåëüíîé ïåðåäà÷è äàííûõ. Ýòî êàê ðàç òà òåõíîëîãèÿ, î êîòîðîé íåïîñâÿùåííûé ÷åëîâåê äóìàåò, êàê îá èñ÷åçíóâøåé, ïîòîìó ÷òî, ãëÿäÿ íà òàêèå ýëåêòðîííûå óñòðîéñòâà, êàê ÏÊ, íîóòáóêè è ïëàíøåòû, ãäå ïîðò USB è áåñïðîâîäíîå ñîåäèíåíèå ñòàëè óæå íîðìîé, îí íå íàõîäèò íèêàêèõ ïîñëåäîâàòåëüíûõ ïîðòîâ. Äåéñòâèòåëüíî, â ýòîé îáëàñòè êëàññè÷åñêèé ïîñëåäîâàòåëüíûé ïîðò èñ÷åç, íî ëèøü íåìíîãèå çíàþò, ÷òî îí ïðîñòî ñêðûëñÿ çà àäàïòåðîì USB. Ïîñëåäîâàòåëüíûé ïîðò ïîïðåæíåìó èñïîëüçóåòñÿ â îòëàäî÷íûõ èíòåðôåéñàõ ìíîæåñòâà ïëàòôîðì, äàæå åñëè ó íèõ èìååòñÿ ðàçúåì USB. Òàêèì îáðàçîì óñòðîåíà, íàïðèìåð, ïëàòà Turtlecore (Ðèñóíîê 1). ß ïîëüçóþñü ýìóëÿòîðîì ïîñëåäîâàòåëüíîãî ïîðòà òåðìèíàëà minicom äëÿ ñâÿçè ñ ìîäóëåì Gumstix ðîáîòèçèðîâàííîé ïëàòôîðìû.

24

USB èìååò ìíîãî ïðåèìóùåñòâ ïåðåä ïîñëåäîâàòåëüíûìè ïîðòàìè, ïîýòîìó îí äîìèíèðóåò â ìèðå ÏÊ è ìîáèëüíûõ ñèñòåì. Îäèí èíòåðôåéñ USB ìîæåò ðàáîòàòü ñ íåñêîëüêèìè óñòðîéñòâàìè.

USB 3.0 íàìíîãî ïðåâîñõîäèò îáû÷íûå ïîñëåäîâàòåëüíûå èíòåðôåéñû, à åãî ïðîôèëè è êëàññû îáåñïå÷èâàþò òàêîé óðîâåíü ñòàíäàðòèçàöèè èíòåðôåéñà ïðîãðàììèðîâàíèÿ ïðèëîæåíèé, î êîòîðîì íå ìîãëè è ìå÷òàòü ðàçðàáîò÷èêè óñòðîéñòâ ñ ïîñëåäîâàòåëüíûìè ïîðòàìè. Ýòî ïîçâîëÿåò USB-óñòðîéñòâàì ðàçëè÷íûõ ïðîèçâîäèòåëåé îáìåíèâàòüñÿ äàííûìè áåç èçìåíåíèÿ ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ õîñòà. Íåìíîãèå ïîìíÿò òî âðåìÿ, êîãäà êàæäîå USBóñòðîéñòâî, âêëþ÷àÿ ôëåø-íàêîïèòåëè, ïîñòàâëÿëîñü ñî ñïåöèàëüíûì äðàéâåðîì. Ìàòåðèíñêèå ïëàòû âñòðàèâàåìûõ ñèñòåì èçîáèëóþò ïîñëåäîâàòåëüíûìè ïîðòàìè RS232/422. Íà òèïè÷íîé ìàòåðèíñêîé ïëàòå ÏÊ èìåþòñÿ òîëüêî ïîðòû USB, à òàêæå ñëîòû PCI Express, ðàçúåìû SATA/SAS è, âîçìîæ-

Ðèñóíîê 1. Ïëàòà TurtleCore âñòàâëÿåòñÿ â iRobot Create.

ÑÒÀÒÜÈ

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

íî, ðàçúåìû äëÿ ââîäà/âûâîäà âèäåî è àóäèî. Ïîñëåäîâàòåëüíûå, ïàðàëëåëüíûå ïîðòû è ïîðòû PS/2 äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ êëàâèàòóðû çàìåíåíû ïîðòàìè USB. Ïîðòû PS/2 óñòàðåëè, íî ïîñëåäîâàòåëüíûå è ïàðàëëåëüíûå èíòåðôåéñû âñå åùå æèâû. Ìíîæåñòâî ìàòåðèíñêèõ ïëàò äëÿ âñòðàèâàåìûõ ñèñòåì èìåþò äî ïîëóäþæèíû ðàçúåìîâ ïîñëåäîâàòåëüíûõ ïîðòîâ. Âñå ïîòîìó, ÷òî îíè îáåñïå÷èâàþò ñòàíäàðòíûé èíòåðôåéñ, ëåãêî ïîäêëþ÷àþòñÿ è ëåãêî ïðîãðàììèðóþòñÿ. Ýòî èçáàâëÿåò îò ïðîáëåì ïðè ïðîãðàììèðîâàíèè õîñòà è ðàçðàáîòêå óñòðîéñòâà. Çàòðàòû íåâåëèêè, è ïîñëåäîâàòåëüíûå èíòåðôåéñû èìåþò ðÿä ïðåèìóùåñòâ ïî ñðàâíåíèþ ñ USB, âêëþ÷àÿ áîëüøåå ðàññòîÿíèå ïåðåäà÷è äàííûõ è ëó÷øóþ óñòîé÷èâîñòü ê ýëåêòðîìàãíèòíûì ïîìåõàì, îñîáåííî íà áîëüøèõ äèñòàíöèÿõ. Êðîìå òîãî, èíòåðôåéñ ìîæåò ðàáîòàòü áåç äîïîëíèòåëüíîé îáâÿçêè, åñëè èñïîëüçóåòñÿ âíóòðè ñèñòåìû, èëè õîñò è óñòðîéñòâî ðàçìåùåíû íà îäíîé ïëàòå. Ó ïîñëåäîâàòåëüíûõ ïîðòîâ èìåþòñÿ êîíêóðåíòû, òàêèå, êàê èíòåðôåéñû SPI è I2C, íî øèðîêàÿ ïóáëèêà íå çíàåò î íèõ. Çàòî îíè õîðîøî èçâåñòíû ðàçðàáîò÷èêàì âñòðàèâàåìûõ ñèñòåì è òàêæå êðèòèêóþòñÿ ïðè ñðàâíåíèè ñ PCI Express, MIPI è USB. Òåì íå ìåíåå, êàæäûé èç íèõ èìååò ñâîþ íèøó, êîòîðóþ íå çàéìóò äðóãèå.

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

Åñëè âû äóìàåòå, ÷òî ïîñëåäîâàòåëüíûå ïîðòû ÿâëÿþòñÿ åäèíñòâåííûì èñêëþ÷åíèåì â óñòàðåâøåé èäèîìå, òîãäà ïðèãëÿäèòåñü êî âñåì òåì òåõíîëîãèÿì, êîòîðûå âû èñïîëüçóåòå ñåãîäíÿ. Ñðàâíèòå VME è VPX, CompactPCI è CompactPCI Serial, PC PCI è PCI Express. Ïåðåõîä íà âûñîêîñêîðîñòíûå ïîñëåäîâàòåëüíûå èíòåðôåéñû èäåò ïîëíûì õîäîì, íî ýòè ïëàòôîðìû ñ ïàðàëëåëüíîé øèíîé âñå åùå ìîãóò ìíîãîå ïðåäëîæèòü è íå êàíóò â ëåòó. Êàê è ïîñëåäîâàòåëüíûõ èíòåðôåéñîâ, íà íîâûõ ìàòåðèíñêèõ ïëàòàõ äëÿ ÏÊ è íîóòáóêîâ íåò èíòåðôåéñîâ PCI, è äàæå áîëåå ñòàðûõ ISA. PCI Express îäåðæàë ïîáåäó. À òåïåðü ïîñìîòðèòå â ñòîðîíó âñòðàèâàåìûõ ñèñòåì, ãäå PCI, è äàæå ISA, æèâåå âñåõ æèâûõ. Ïî÷åìó? Âûñîêîñêîðîñòíûå èíòåðôåéñû èçáûòî÷íû äëÿ ìíîãèõ ïðèëîæåíèé, îñîáåííî â ñèñòåìàõ óïðàâëåíèÿ. Èõ ñëîæíåå ïðîåêòèðîâàòü è äîðîæå ñîçäàâàòü. Ïîïðîáóéòå ðåàëèçîâàòü PCI Express Gen 3 íà îäíî- èëè äâóõñòîðîííåé ìàòåðèíñêîé ïëàòå ëþáîé ñëîæíîñòè. Ýòî ìîæíî ñäåëàòü, íî ñ áîëüøèì òðóäîì. Ïîýòîìó, ïðåæäå ÷åì óòâåðæäàòü, ÷òî êàêàÿ-ëèáî òåõíîëîãèÿ óñòàðåëà, ñòîèò ïðèñìîòðåòüñÿ âíèìàòåëüíåå. Ìîæåò áûòü, îíà è íå ïîäõîäèò äëÿ âàøåãî ðåøåíèÿ, çàòî äàåò âîçìîæíîñòü âûáîðà. ÐË

ÑÒÀÒÜÈ

25

Ïîäàâëåíèå íèçêî÷àñòîòíûõ ïîìåõ â ñèñòåìàõ àâòîìàòè÷åñêîãî óïðàâëåíèÿ ×àñòü 1 Ìèõàèë Ðóññêèõ

Ðåøàåòñÿ çàäà÷à óñòðàíåíèÿ ñåòåâîé ïîìåõè, íåãàòèâíî âëèÿþùåé íà ðàáîòó ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ, ñ ïîìîùüþ ðåæåêòîðíûõ ôèëüòðîâ. Ïðèâîäèòñÿ ðàñ÷åò ïàðàìåòðîâ ôèëüòðà, äàåòñÿ ñõåìíàÿ ðåàëèçàöèÿ è ìàòåìàòè÷åñêîå ïðåäñòàâëåíèå â âèäå ñèñòåìû ÷èñëåííûõ âûðàæåíèé, ïðèãîäíîé äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â öèôðîâûõ óñòðîéñòâàõ. Ïðåäëàãàåòñÿ àëãîðèòì àäàïòèâíîé ôèëüòðàöèè.

Â

 ñèñòåìàõ óïðàâëåíèÿ ýëåêòðîïðèâîäàìè è èñïîëíèòåëüíûìè ìåõàíèçìàìè ïðè èõ ðàáîòå íà ðåàëüíûõ îáúåêòàõ çà÷àñòóþ íà âõîäàõ íàðÿäó ñ ïîëåçíûì ñèãíàëîì ïðèñóòñòâóþò èñêàæàþùèå åãî ïîìåõè è íàâîäêè. Äëÿ áîðüáû ñ òàêèìè íåæåëàòåëüíûìè âîçäåéñòâèÿìè ïðèìåíÿþò ðàçëè÷íûå ìåòîäû ôèëüòðàöèè. Íàèáîëåå øèðîêî ðàñïðîñòðàíåíà ôèëüòðàöèÿ âûñîêî÷àñòîòíûõ ïîìåõ ïóòåì óñòàíîâêè íà âõîäå àïåðèîäè÷åñêîãî çâåíà. Íî íà ðåàëüíûõ îáúåêòàõ â öåïÿõ óïðàâëåíèÿ òàêæå ìîãóò ïðèñóòñòâîâàòü íèçêî÷àñòîòíûå ïîìåõè, íàïðèìåð, ñåòåâàÿ ïîìåõà ñ ÷àñòîòîé 50 Ãö. Îíà ìîæåò áûòü âûçâàíà íåðàöèîíàëüíûì ìîíòàæîì, âûíóæäåííîé íåïîñðåäñòâåííîé áëèçîñòüþ âûñîêîâîëüòíûõ ñèëîâûõ êàáåëåé è íèçêîâîëüòíûõ êàíàëîâ óïðàâëåíèÿ. Äàííàÿ ïðîáëåìà íå ìîæåò áûòü ðåøåíà ñ ïîìîùüþ ôèëüòðà âåðõíèõ ÷àñòîò, êîòîðûé

Uâõ

íå áóäåò ïðîïóñêàòü íèçêî÷àñòîòíûå ïîìåõè, òàê êàê íèæå ÷àñòîòû 50 Ãö ìîæåò ïðèñóòñòâîâàòü ïîëåçíûé íèçêî÷àñòîòíûé ñèãíàë, ëèêâèäàöèÿ êîòîðîãî ñåðüåçíî ñêàçàæåòñÿ íà ðàáîòîñïîñîáíîñòè ñèñòåìû.  ýòîì ñëó÷àå æåëàòåëüíî ïðèìåíåíèå òàê íàçûâàåìîãî ðåæåêòîðíîãî (çàãðàæäàþùåãî) ôèëüòðà, íå ïðîïóñêàþùåãî êîëåáàíèÿ íåêîòîðîé ïîëîñû ÷àñòîò è ïðîïóñêàþùåãî êîëåáàíèÿ ñ ÷àñòîòàìè, âûõîäÿùèìè çà ïðåäåëû ýòîé ïîëîñû. Òàêîé ìåòîä ôèëüòðàöèè ñ óñïåõîì ïðèìåíÿåòñÿ âî ìíîãèõ îáëàñòÿõ òåõíèêè, íàïðèìåð, â òåëåâèäåíèè, ðàäèîâåùàíèè, êàðäèîãðàôèè, ðàäèîëîêàöèîííûõ ñèñòåìàõ, èçìåðèòåëüíîì îáîðóäîâàíèè.  îáëàñòè ðàçðàáîòêè ñèñòåì óïðàâëåíèÿ ýëåêòðîïðèâîäàìè è èñïîëíèòåëüíûìè ìåõàíèçìàìè ýòîò ìåòîä íå ïîëó÷èë øèðîêîãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ ñêîðåå èç-çà áîëåå ñëîæíîé ðåàëèçàöèè ôèëüòðà. Íî ñåãîäíÿ ñ ðàçâèòèåì áûñòðîäå-

Kðí

ÒÏ

Ã

2.43

14.7 0.01p+1

4.55 0.26p+1

Uâûõ

Kîñ 0.08

Ðèñóíîê 1. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà êîíòóðà íàïðÿæåíèÿ.

26

ÑÒÀÒÜÈ

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

Òàáëèöà 1. Ïàðàìåòðû êîíòóðà íàïðÿæåíèÿ. Êîýôôèöèåíò Êîýôôèöèåíò Êîýôôèöèåíò Ïîñòîÿííàÿ Êîýôôèöèåíò ïðîïîðöèîíàëüíîãî âðåìåíè ðåãóëÿòîðà ïðåîáðàçîâàòåëÿ, ãåíåðàòîðà, ãåíåðàòîðà, îáðàòíîé ñâÿçè, íàïðÿæåíèÿ, KÒÏ KÃ KÎÑ TÃ KÐÍ 14.7

4.55

0.26 ñ

0.08

éñòâóþùèõ êîíòðîëëåðîâ è öèôðîâûõ ïðîöåññîðîâ (DSP) èñïîëíåíèå òàêîãî ôèëüòðà â öèôðîâîì âèäå íå òðåáóåò áîëüøèõ ðåñóðñîâ. Òàêæå, êàê áóäåò ïîêàçàíî íèæå, ôèëüòð ìîæíî ðåàëèçîâàòü íà ñõåìíîì óðîâíå â ìèêðîèñïîëíåíèè ñ êîíäåíñàòîðàìè íåáîëüøîé åìêîñòè.

Uâûõ, Â 12 10

2.43

Ïîñòîÿííàÿ âðåìåíè òèðèñòîðíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ, TÒÏ 0.01 ñ

ÒÏ – ïåðåäàòî÷íàÿ ôóíêöèÿ òèðèñòîðíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ, ðàâíàÿ KÒÏ/(pTÒÏ + 1); à – ïåðåäàòî÷íàÿ ôóíêöèÿ ãåíåðàòîðà, îíà ðàâíà KÃ/(pTÃ+1); KÎÑ – äàò÷èê íàïðÿæåíèÿ â îáðàòíîé ñâÿçè. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàí ïåðåõîäíûé ïðîöåññ, ÿâëÿþùèéñÿ ðåàêöèåé ñèñòåìû íà Ðèñóíêå 1 íà âîçäåéñòâèå ñêà÷êîîáðàçíîãî âõîäíîãî ñèãíàëà.

8 6

Uâõ

4

Kðí

ÒÏ

Ã

2.43

14.7 0.01p+1

4.55 0.26p+1

2 0

Uâûõ

Kîñ

0.1

0.2

0.08

0.3 t, ñ U(f=50Ãö)

Ðèñóíîê 2. Ïåðåõîäíûé ïðîöåññ â íàñòðîåííîì êîíòóðå íàïðÿæåíèÿ.

Ðàññìîòðèì ïðèíöèï äåéñòâèÿ ðåæåêòîðíîé ôèëüòðàöèè íà ïðèìåðå ðàáîòû êîíòóðà íàïðÿæåíèÿ êîìïëåêòíîãî òèðèñòîðíîãî ýëåêòðîïðèâîäà ñåðèè ÊÒÝ-Ì Ïàðàìåòðû ýòîãî êîíòóðà ïðèâåäåíû â Òàáëèöå 1. Íà Ðèñóíêå 1 ïðåäñòàâëåíà ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà êîíòóðà, â êîòîðîé ïðèíÿòû ñëåäóþùèå îáîçíà÷åíèÿ: p – îïåðàòîð Ëàïëàñà, p = jw, ãäå j == ; - 1; UÂÕ, UÂÛÕ – âõîäíîé è âûõîäíîé ñèãíàëû, ñîîòâåòñòâåííî; K ÐÍ – ïðîïîðöèîíàëüíûé ðåãóëÿòîð íàïðÿæåíèÿ;

Uâõ

j1 p2+98596 p2+62.8p+98596

Ðèñóíîê 3. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà êîíòóðà íàïðÿæåíèÿ ñ àääèòèâíîé ïîìåõîé â îáðàòíîé ñâÿçè.

Uâûõ, Â 15

10

5

0

0.1

0.2

0.3

t, ñ

Ðèñóíîê 4. Ïåðåõîäíûé ïðîöåññ ñ âëèÿíèåì íèçêî÷àñòîòíîé ïîìåõè.

Kðí

ÒÏ

Ã

2.43

14.7 0.01p+1

4.55 0.26p+1

Uâûõ

Kîñ 0.08 U(f = 50 Ãö)

Ðèñóíîê 5. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà êîíòóðà ñ ðåæåêòîðíûì ôèëüòðîì.

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

ÑÒÀÒÜÈ

27

Çäåñü w0 – óãëîâàÿ ÷àñòîòà ðåæåêöèè, îïðåäåëÿåìàÿ ïî ôîðìóëå:

Uâûõ, Â 12

w0 = 2pf = 2p´50 Ãö = 314 ðàä/ñ

10 8 6 4 2 0

0.1

0.3 t, ñ

0.2

Q – äîáðîòíîñòü, îïðåäåëÿþùàÿ ãðàíèöû ïîëîñû ÷àñòîò, êîòîðóþ ïîäàâëÿåò ðåæåêòîðíûé ôèëüòð.  äàííîì ñëó÷àå ïðèìåíåí âûðåç ÷àñòîò îò w1 = 45 äî w2 = 55 Ãö. Ïðè ýòîì Q áóäåò ðàâíà:

Ðèñóíîê 6. Âûõîäíîé ñèãíàë ñèñòåìû ñ îäíèì ðåæåêòîðíûì ôèëüòðîì.

Òåïåðü ñûìèòèðóåì âëèÿíèå íèçêî÷àñòîòíîé ïîìåõè, ïðèáàâèâ ê ñèãíàëó îáðàòíîé ñâÿçè ñèíóñîèäàëüíûé ñèãíàë ñ ÷àñòîòîé 50 Ãö (U(f=50 Ãö)), êàê ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 3. Âëèÿíèå ïàðàçèòíîãî ñèãíàëà èçîáðàæåíî íà Ðèñóíêå 4. Ïîñëå ýòîãî íàñòðîèì ðåæåêòîðíûé ôèëüòð è âíåäðèì åãî â êîíòóð. Ïåðåäàòî÷íàÿ ôóíêöèÿ ýòîãî ôèëüòðà ðàâíà:

W (p) =

Uâõ

p 2 + w02 1 p 2 + pw0 + w02 Q

(1)

j1 p2+98596 p2+62.8p+98596

(2)

Q=

w0 314 ðàä/ñ = = 5 (3) w2 - w1 254.4 ðàä/ñ - 282.6 ðàä/ñ

Íà Ðèñóíêå 5 ïðèâåäåíà ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà êîíòóðà íàïðÿæåíèÿ ñ ðàññ÷èòàííîé ïåðåäàòî÷íîé ôóíêöèåé ðåæåêòîðíîãî ôèëüòðà (j1). Íà Ðèñóíêå 6 ïðåäñòàâëåí ãðàôèê ïåðåõîäíîãî ïðîöåññà â ñèñòåìå ñ ðåæåêòîðíûì ôèëüòðîì. Êàê âèäíî èç ðèñóíêà, ôèëüòð äîñòàòî÷íî õîðîøî ñïðàâèëñÿ ñ ïîìåõîé, õîòÿ îñòàåòñÿ âèäèìûì íåçíà÷èòåëüíîå âëèÿíèå ïàðàçèòíîãî ñèãíàëà. Äëÿ òîãî ÷òîáû èçáàâèòüñÿ îò òàêèõ øóìîâ ìîæíî äîáàâèòü åùå îäèí ôèëüòð (j2 íà Ðèñóíêå 7).

j2 p2+98596 p2+62.8p+98596

Kðí

ÒÏ

Ã

2.43

14.7 0.01p+1

4.55 0.26p+1

Uâûõ

Kîñ 0.08 U(f=50Ãö)

Ðèñóíîê 7. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà êîíòóðà ñ äâóìÿ ðåæåêòîðíûìè ôèëüòðàìè.

Uâûõ, Â 14 12

Èç Ðèñóíêà 8 âèäíî, ÷òî âòîðîé ðåæåêòîðíûé ôèëüòð ïîçâîëÿåò óáðàòü ïîìåõó ïðàêòè÷åñêè ïîëíîñòüþ. ÐË

10 8 6 4 2 0

0.1

0.2

0.3

t, ñ

Ðèñóíîê 8. Âûõîäíîé ñèãíàë ñèñòåìû ñ äâóìÿ ðåæåêòîðíûìè ôèëüòðàìè.

28

ÑÒÀÒÜÈ

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

 ÷åì ðàçíèöà ìåæäó áèòðåéòîì è ñêîðîñòüþ â áîäàõ?

Lou Frenzel Electronic Design

Ñ

Ñêîðîñòü ïîñëåäîâàòåëüíîé ïåðåäà÷è äàííûõ îáû÷íî îáîçíà÷àþò òåðìèíîì áèòðåéò (bit rate). Îäíàêî äðóãîé ÷àñòî èñïîëüçóåìîé åäèíèöåé ÿâëÿåòñÿ ñêîðîñòü ïåðåäà÷è â áîäàõ (baud rate). Õîòÿ ýòî íå îäíî è òî æå, ïðè îïðåäåëåííûõ îáñòîÿòåëüñòâàõ ìåæäó îáåèìè åäèíèöàìè ñóùåñòâóåò îïðåäåëåííîå ñõîäñòâî.  ñòàòüå äàåòñÿ ÷åòêîå ðàçúÿñíåíèå ðàçëè÷èé ìåæäó ýòèìè ïîíÿòèÿìè.

Áèòðåéò Ñêîðîñòü ïåðåäà÷è äàííûõ R âûðàæàåòñÿ â áèòàõ â ñåêóíäó (áèò/ñ èëè bps). Ñêîðîñòü ÿâëÿåòñÿ ôóíêöèåé ïðîäîëæèòåëüíîñòè ñóùåñòâîâàíèÿ áèòà èëè âðåìåíè áèòà (TB) (Ðèñóíîê 1): R = 1/TB Ýòó ñêîðîñòü íàçûâàþò òàêæå øèðèíîé êàíàëà è îáîçíà÷àþò áóêâîé C. Åñëè âðåìÿ áèòà ðàâíî 10 íñ, òî ñêîðîñòü ïåðåäà÷è äàííûõ îïðåäåëèòñÿ êàê:

Îáùàÿ èíôîðìàöèÿ  áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ â ñåòÿõ èíôîðìàöèÿ ïåðåäàåòñÿ ïîñëåäîâàòåëüíî. Áèòû äàííûõ ïîî÷åðåäíî ïåðåäàþòñÿ ïî êàíàëó ñâÿçè, êàáåëüíîìó èëè áåñïðîâîäíîìó. Íà Ðèñóíêå 1 èçîáðàæåíà ïîñëåäîâàòåëüíîñòü áèò, ïåðåäàâàåìàÿ êîìïüþòåðîì èëè êàêîé-ëèáî äðóãîé öèôðîâîé ñõåìîé. Òàêîé ñèãíàë äàííûõ ÷àñòî íàçûâàþò èñõîäíûì. Äàííûå ïðåäñòàâëåíû äâóìÿ óðîâíÿìè íàïðÿæåíèÿ, íàïðèìåð, ëîãè÷åñêîé åäèíèöå ñîîòâåòñòâóåò íàïðÿæåíèå +3 Â, à ëîãè÷åñêîìó íóëþ – +0.2 Â. Ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ è äðóãèå óðîâíè.  ôîðìàòå êîäà áåç âîçâðàòà ê íóëþ (NRZ) (Ðèñóíîê 1) ñèãíàë íå âîçâðàùàåòñÿ ê íåéòðàëüíîìó ïîëîæåíèþ ïîñëå êàæäîãî áèòà, â îòëè÷èå îò ôîðìàòà ñ âîçâðàùåíèåì ê íóëþ (RZ).

R = 1/10 ´ 10–9 = 100 ìëí. áèò/ñ Îáû÷íî ýòî çàïèñûâàåòñÿ êàê 100 Ìá/ñ.

Ñëóæåáíûå áèòû Áèòðåéò, êàê ïðàâèëî, õàðàêòåðèçóåò ôàêòè÷åñêóþ ñêîðîñòü ïåðåäà÷è äàííûõ. Îäíàêî â áîëüøèíñòâå ïîñëåäîâàòåëüíûõ ïðîòîêîëîâ äàííûå ÿâëÿþòñÿ òîëüêî ÷àñòüþ áîëåå ñëîæíîãî êàäðà èëè ïàêåòà, âêëþ÷àþùåãî â ñåáÿ áèòû àäðåñà èñòî÷íèêà, àäðåñà ïîëó÷àòåëÿ, îáíàðóæåíèÿ îøèáîê è êîððåêöèè êîäà, à òàêæå ïðî÷óþ èíôîðìàöèþ èëè áèòû óïðàâëåíèÿ.  êàäðå ïðîòîêîëà äàííûå íàçûâàþòñÿ ïîëåçíîé èíôîðìàöèåé (payload). Áèòû, íå ÿâëÿþùèåñÿ äàííûìè, íàçûâàþòñÿ ñëó-

TB +3 Â 0

1

0

1

0

0

1

1

+0.2 Â 0Â R=1/TB áèò/ñ

Ðèñóíîê 1. NRZ (áåç âîçâðàòà ê íóëþ) íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûé ôîðìàò äâîè÷íûõ äàííûõ. Ñêîðîñòü ïåðåäà÷è äàííûõ èçìåðÿåòñÿ â áèòàõ â ñåêóíäó (áèò/ñ).

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

ÑÒÀÒÜÈ

29

æåáíûìè (overhead). Èíîãäà êîëè÷åñòâî ñëóæåáíûõ áèò ìîæåò áûòü ñóùåñòâåííûì – îò 20% äî 50%, â çàâèñèìîñòè îò îáùåãî ÷èñëà ïîëåçíûõ áèò, ïåðåäàâàåìûõ ïî êàíàëó. Ê ïðèìåðó, êàäð ïðîòîêîëà Ethernet, â çàâèñèìîñòè îò êîëè÷åñòâà ïîëåçíûõ äàííûõ, ìîæåò èìåòü äî 1542 áàéò èëè îêòåòîâ. Ïîëåçíûõ äàííûõ ìîæåò áûòü îò 42 äî 1500 îêòåòîâ. Ïðè ìàêñèìàëüíîì ÷èñëå ïîëåçíûõ îêòåòîâ ñëóæåáíûõ áóäåò òîëüêî 42/1542, èëè 2.7%. Èõ áûëî áû áîëüøå, åñëè ïîëåçíûõ áàéò áûëî áû ìåíüøå. Ýòî ñîîòíîøåíèå, èçâåñòíîå òàêæå ïîä íàçâàíèåì ýôôåêòèâíîñòü ïðîòîêîëà, îáû÷íî âûðàæàþò â ïðîöåíòàõ êîëè÷åñòâà ïîëåçíûõ äàííûõ îò ìàêñèìàëüíîãî ðàçìåðà êàäðà: Ýôôåêòèâíîñòü ïðîòîêîëà = êîëè÷åñòâî ïîëåçíûõ äàííûõ/ðàçìåð ê àäðà = 1500/1542 = 0.9727 èëè 97.3% Êàê ïðàâèëî, ÷òîáû ïîêàçàòü èñòèííóþ ñêîðîñòü ïåðåäà÷è äàííûõ ïî ñåòè, ôàêòè÷åñêàÿ ñêîðîñòü ëèíèè óâåëè÷èâàåòñÿ íà êîýôôèöèåíò, çàâèñÿùèé îò êîëè÷åñòâà ñëóæåáíîé èíôîðìàöèè.  One Gigabit Ethernet ôàêòè÷åñêàÿ ñêîðîñòü ëèíèè ðàâíà 1.25 Ãá/ñ, òîãäà êàê ñêîðîñòü ïåðåäà÷è ïîëåçíûõ äàííûõ ñîñòàâëÿåò 1 Ãá/ñ. Äëÿ 10-Gbit/s Ethernet ýòè âåëè÷èíû ðàâíû, ñîîòâåòñòâåííî, 10.3125 Ãá/ñ è 10 Ãá/ñ. Ïðè îöåíêå ñêîðîñòè ïåðåäà÷è äàííûõ ïî ñåòè òàêæå ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ òàêèå ïîíÿòèÿ, êàê ïðîïóñêíàÿ ñïîñîáíîñòü, ñêîðîñòü ïåðåäà÷è ïîëåçíûõ äàííûõ èëè ýôôåêòèâíàÿ ñêîðîñòü ïåðåäà÷è äàííûõ.

÷èñëî òðåáóåìûõ ñèìâîëîâ áóäåò S = 2N. Òàêèì îáðàçîì, ïîëíàÿ ñêîðîñòü ïåðåäà÷è äàííûõ: R = ñêîðîñòü â áîäàõ ´ log2S = ñêîðîñòü â áîäàõ ´ 3.32log10S Åñëè ñêîðîñòü â áîäàõ ðàâíà 4800, è íà ñèìâîë îòâîäèòñÿ äâà áèòà, êîëè÷åñòâî ñèìâîëîâ 22 = 4. Òîãäà áèòðåéò ðàâåí: R = 4800 ´ 3.32log(4) = 4800 ´ 2 = 9600 áèò/ñ Ïðè îäíîì ñèìâîëå íà áèò, êàê â ñëó÷àå ñ äâîè÷íûì ôîðìàòîì NRZ, ñêîðîñòè ïåðåäà÷è â áèòàõ è áîäàõ ñîâïàäàþò.

Ìíîãîóðîâíåâàÿ ìîäóëÿöèÿ

Ñêîðîñòü ïåðåäà÷è â áîäàõ Òåðìèí «áîä» ïðîèñõîäèò îò ôàìèëèè ôðàíöóçñêîãî èíæåíåðà Ýìèëÿ Áîäî (Emile Baudot), êîòîðûé èçîáðåë 5-áèòîâûé òåëåòàéïíûé êîä. Ñêîðîñòü ïåðåäà÷è â áîäàõ âûðàæàåò êîëè÷åñòâî èçìåíåíèé ñèãíàëà èëè ñèìâîëà çà îäíó ñåêóíäó. Ñèìâîë – ýòî îäíî èç íåñêîëüêèõ èçìåíåíèé íàïðÿæåíèÿ, ÷àñòîòû èëè ôàçû. Äâîè÷íûé ôîðìàò NRZ èìååò äâà ïðåäñòàâëÿåìûõ óðîâíÿìè íàïðÿæåíèÿ ñèìâîëà, ïî îäíîìó íà êàæäûé 0 èëè 1.  ýòîì ñëó÷àå ñêîðîñòü ïåðåäà÷è â áîäàõ èëè ñêîðîñòü ïåðåäà÷è ñèìâîëîâ – òî æå ñàìîå, ÷òî è áèòðåéò. Îäíàêî íà èíòåðâàëå ïåðåäà÷è ìîæíî èìåòü áîëåå äâóõ ñèìâîëîâ, â ñîîòâåòñòâèè ñ ÷åì íà êàæäûé ñèìâîë îòâîäèòñÿ íåñêîëüêî áèò. Ïðè ýòîì äàííûå ïî ëþáîìó êàíàëó ñâÿçè ìîãóò ïåðåäàâàòüñÿ òîëüêî ñ ïîìîùüþ ìîäóëÿöèè.

30

Êîãäà ñðåäñòâî ïåðåäà÷è íå ìîæåò îáðàáîòàòü èñõîäíûé ñèãíàë, íà ïåðâûé ïëàí âûõîäèò ìîäóëÿöèÿ. Êîíå÷íî, ðå÷ü èäåò î áåñïðîâîäíûõ ñåòÿõ. Èñõîäíûå äâîè÷íûå ñèãíàëû íå ìîãóò ïåðåäàâàòüñÿ íåïîñðåäñòâåííî, îíè äîëæíû ïåðåíîñèòüñÿ íà íåñóùóþ ðàäèî÷àñòîòó.  íåêîòîðûõ ïðîòîêîëàõ êàáåëüíîé ïåðåäà÷è äàííûõ òàêæå ïðèìåíÿåòñÿ ìîäóëÿöèÿ, ïîçâîëÿþùàÿ ïîâûñèòü ñêîðîñòü ïåðåäà÷è. Ýòî íàçûâàåòñÿ «øèðîêîïîëîñíîé ïåðåäà÷åé». Èñïîëüçóÿ ñîñòàâíûå ñèìâîëû, â êàæäîì ìîæíî ïåðåäàâàòü ïî íåñêîëüêî áèò. Íàïðèìåð, åñëè ñêîðîñòü ïåðåäà÷è ñèìâîëîâ ðàâíà 4800 áîä, è êàæäûé ñèìâîë ñîñòîèò èç äâóõ áèò, ïîëíàÿ ñêîðîñòü ïåðåäà÷è äàííûõ áóäåò 9600 áèò/ñ. Îáû÷íî êîëè÷åñòâî ñèìâîëîâ ïðåäñòàâëÿåòñÿ êàêîé-ëèáî ñòåïåíüþ ÷èñëà 2. Åñëè N – êîëè÷åñòâî áèò â ñèìâîëå, òî

Âûñîêèé áèòðåéò ìîæíî îáåñïå÷èòü ìíîãèìè ñïîñîáàìè ìîäóëÿöèè. Íàïðèìåð, ïðè ÷àñòîòíîé ìàíèïóëÿöèè (FSK) â êàæäîì ñèìâîëüíîì èíòåðâàëå äëÿ ïðåäñòàâëåíèÿ ëîãè÷åñêèõ 0 è 1 îáû÷íî èñïîëüçóþòñÿ äâå ðàçëè÷íûå ÷àñòîòû. Çäåñü ñêîðîñòü ïåðåäà÷è â áèòàõ ðàâíà ñêîðîñòè ïåðåäà÷è â áîäàõ. Íî åñëè êàæäûé ñèìâîë ïðåäñòàâëÿåò äâà áèòà, òî òðåáóþòñÿ ÷åòûðå ÷àñòîòû (4FSK).  4FSK ñêîðîñòü ïåðåäà÷è â áèòàõ â äâà ðàçà ïðåâûøàåò ñêîðîñòü â áîäàõ. Åùå îäíèì ðàñïðîñòðàíåííûì ïðèìåðîì ÿâëÿåòñÿ ôàçîâàÿ ìàíèïóëÿöèÿ (PSK).  äâîè÷íîé PSK êàæäûé ñèìâîë ïðåäñòàâëÿåò 0 èëè 1. Äâîè÷íîìó 0 ñîîòâåòñòâóåò 0°, à äâîè÷íîé 1 – 180°. Ïðè îäíîì áèòå íà ñèìâîë ñêîðîñòü â áèòàõ ðàâíà ñêîðîñòè â áîäàõ. Îäíàêî ñîîòíîøåíèå ÷èñëà áèò è ñèìâîëîâ íåñëîæíî óâåëè÷èòü (ñì. Òàáëèöó 1).

ÑÒÀÒÜÈ

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

÷åòûðüìÿ áèòàìè íà ñèìâîë, â ðåçóëüòàòå ÷åãî áèòðåéò ïðåâûøàåò ñêîðîñòü ïåðåäà÷è â áîäàõ â 4 ðàçà.

Òàáëèöà 1. Äâîè÷íàÿ ôàçîâàÿ ìàíèïóëÿöèÿ. Áèòû

Ôàçîâûé ñäâèã (ãðàä.)

00 01 11 10

45 135 225 315

Ïî÷åìó íåñêîëüêî áèò íà áîä?

Íàïðèìåð, â êâàäðàòóðíîé PSK íà îäèí ñèìâîë ïðèõîäèòñÿ äâà áèòà. Ïðè èñïîëüçîâàíèè òàêîé ñòðóêòóðû è äâóõ áèò íà áîä ñêîðîñòü ïåðåäà÷è â áèòàõ ïðåâûøàåò ñêîðîñòü â áîäàõ â äâà ðàçà. Ïðè òðåõ áèòàõ íà îäèí áîä ìîäóëÿöèÿ ïîëó÷èò îáîçíà÷åíèå 8PSK, è âîñåìü ðàçëè÷íûõ ôàçîâûõ ñäâèãîâ áóäóò ïðåäñòàâëÿòü òðè áèòà. À ïðè 16PSK 16 ôàçîâûõ ñäâèãîâ ïðåäñòàâëÿþò 4 áèòà. Îäíîé èç óíèêàëüíûõ ôîðì ìíîãîóðîâíåâîé ìîäóëÿöèè ÿâëÿåòñÿ êâàäðàòóðíàÿ àìïëèòóäíàÿ ìîäóëÿöèÿ (QAM). Äëÿ ñîçäàíèÿ ñèìâîëîâ, ïðåäñòàâëÿþùèõ ìíîæåñòâî áèòîâ, QAM èñïîëüçóåò êîìáèíàöèþ ðàçëè÷íûõ óðîâíåé àìïëèòóä è ñìåùåíèé ôàç. Íàïðèìåð, 16QAM êîäèðóåò ÷åòûðå áèòà íà ñèìâîë. Ñèìâîëû ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ñî÷åòàíèå ðàçëè÷íûõ óðîâíåé àìïëèòóäû è ôàçîâûõ ñäâèãîâ. Äëÿ íàãëÿäíîãî îòîáðàæåíèÿ àìïëèòóäû è ôàçû íåñóùåé äëÿ êàæäîãî çíà÷åíèÿ 4áèòíîãî êîäà èñïîëüçóåòñÿ êâàäðàòóðíàÿ äèàãðàììà, èìåþùàÿ òàêæå ðîìàíòè÷åñêîå íàçâàíèå «ñèãíàëüíîå ñîçâåçäèå» (Ðèñóíîê 2). Êàæäàÿ òî÷êå ñîîòâåòñòâóåò îïðåäåëåííàÿ àìïëèòóäà íåñóùåé è ôàçîâûé ñäâèã.  îáùåé ñëîæíîñòè 16 ñèìâîëîâ êîäèðóþòñÿ

Ïåðåäàâàÿ áîëüøå îäíîãî áèòà íà áîä ìîæíî îòïðàâëÿòü äàííûå ñ âûñîêîé ñêîðîñòüþ ïî áîëåå óçêîìó êàíàëó. Ñëåäóåò íàïîìíèòü, ÷òî ìàêñèìàëüíî âîçìîæíàÿ ñêîðîñòü ïåðåäà÷è äàííûõ îïðåäåëÿåòñÿ ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòüþ êàíàëà ïåðåäà÷è. Åñëè ðàññìîòðåòü íàèõóäøèé âàðèàíò ÷åðåäîâàíèÿ íóëåé è åäèíèö â ïîòîêå äàííûõ, òî ìàêñèìàëüíàÿ òåîðåòè÷åñêàÿ ñêîðîñòü ïåðåäà÷è C â áèòàõ äëÿ äàííîé ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ B áóäåò ðàâíà: C = 2B Èëè ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ ïðè ìàêñèìàëüíîé ñêîðîñòè: B =C/2 Äëÿ ïåðåäà÷è ñèãíàëà ñî ñêîðîñòüþ 1 Ìá/ñ òðåáóåòñÿ: B = 1/2 = 0.5 ÌÃö èëè 500 êÃö Ïðè èñïîëüçîâàíèè ìíîãîóðîâíåâîé ìîäóëÿöèè ñ íåñêîëüêèìè áèòàìè íà ñèìâîë ìàêñèìàëüíàÿ òåîðåòè÷åñêàÿ ñêîðîñòü ïåðåäà÷è äàííûõ áóäåò ðàâíà: C = 2B×log2N Çäåñü N – êîëè÷åñòâî ñèìâîëîâ â ñèìâîëüíîì èíòåðâàëå: log2N = 3.32×log10N Ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ, òðåáóåìàÿ äëÿ îáåñïå÷åíèÿ æåëàåìîé ñêîðîñòè ïðè çàäàííîì

Q 0000

0100

1100

1000

0001

0101

1101

1001

Äëèíà ôàçîâîãî âåêòîðà ïðåäñòàâëÿåò àìïëèòóäó íåñóùåé

I

0011

0111

1111

1011

0010

0110

1110

1010

Óãîë ôàçîâîãî âåêòîðà ïðåäñòàâëÿåò ôàçîâûé ñäâèã

Ðèñóíîê 2. Ñèãíàëüíîå ñîçâåçäèå äëÿ 16QAM ïîêàçûâàåò 16 âîçìîæíûõ êîìáèíàöèé àìïëèòóä è ôàç íåñóùèõ, ïðåäñòàâëÿþùèõ 4 áèòà íà ñèìâîë.

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

ÑÒÀÒÜÈ

31

êîëè÷åñòâå óðîâíåé, âû÷èñëÿåòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì: B = C/2×log2N Íàïðèìåð, ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ, íåîáõîäèìàÿ äëÿ äîñòèæåíèÿ ñêîðîñòè ïåðåäà÷è 1 Ìá/ñ ïðè äâóõ áèòàõ íà îäèí ñèìâîë è ÷åòûðåõ óðîâíÿõ, ìîæåò áûòü îïðåäåëåíà êàê: log2N = 3.32×log10(4) = 2 B = 1/2(2) = 1/4 = 0.25 ÌÃö Êîëè÷åñòâî ñèìâîëîâ, íåîáõîäèìûõ äëÿ ïîëó÷åíèÿ æåëàåìîé ñêîðîñòè ïåðåäà÷è äàííûõ â ôèêñèðîâàííîé ïîëîñå ïðîïóñêàíèÿ, ìîæåò áûòü âû÷èñëåíî êàê: log2N = C/2B 3.32×log10N = C/2B log10N = C/2B = C/6.64B Îòêóäà: N = log–1(C/6.64B) Èñïîëüçóÿ ïðåäûäóùèé ïðèìåð, êîëè÷åñòâî ñèìâîëîâ, íåîáõîäèìûõ äëÿ ïåðåäà÷è ñî ñêîðîñòüþ 1 Ìá/ñ ïî êàíàëó 250 êÃö, îïðåäåëèòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì: log10N = C/6.64B = 1/6.64(0.25) = 0.602 N = log–1 (0.602) = 4 ñèìâîëà Ýòè ðàñ÷åòû ïðåäïîëàãàþò, ÷òî â êàíàëå îòñóòñòâóþò øóìû. Äëÿ ó÷åòà øóìà íóæíî ïðèìåíèòü òåîðåìó Øåííîíà-Õàðòëè: C = B×log2(S/N + 1) ãäå C –ïðîïóñêíàÿ ñïîñîáíîñòü êàíàëà â áèòàõ â ñåêóíäó,  – ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ êàíàëà â ãåðöàõ, S/N –îòíîøåíèå ñèãíàë/øóì.  ôîðìå äåñÿòè÷íîãî ëîãàðèôìà: C = 3.32B×log10(S/N + 1) Êàêîâà ìàêñèìàëüíàÿ ñêîðîñòü â êàíàëå 0.25 ÌÃö ñ îòíîøåíèåì S/N ðàâíûì 30 äÁ? 30 äÁ ïåðåâîäèòñÿ â 1000. Ñëåäîâàòåëüíî, ìàêñèìàëüíàÿ ñêîðîñòü: C = 3.32B×log10(S/N + 1) = 3.32(0.25) log10(1001) = 2.5 Ìá/ñ Òåîðåìà Øåííîíà-Õàðòëè êîíêðåòíî íå óòâåðæäàåò, ÷òî äëÿ äîñòèæåíèÿ ýòîãî òåîðåòè÷åñêîãî ðåçóëüòàòà äîëæíà ïðèìåíÿòüñÿ

32

ìíîãîóðîâíåâàÿ ìîäóëÿöèÿ. Èñïîëüçóÿ ïðåäûäóùóþ ïðîöåäóðó, ìîæíî óçíàòü, ñêîëüêî áèò òðåáóåòñÿ íà îäèí ñèìâîë: log10N = C/6.64B = 2.5/6.64(0.25) = 1.5 N = log–1(1.5) = 32 ñèìâîëà Èñïîëüçîâàíèå 32 ñèìâîëîâ ïîäðàçóìåâàåò ïÿòü áèò íà ñèìâîë (25 = 32).

Ïðèìåðû èçìåðåíèÿ ñêîðîñòè ïåðåäà÷è â áîäàõ Ïðàêòè÷åñêè âñå âûñîêîñêîðîñòíûå ñîåäèíåíèÿ èñïîëüçóþò êàêèå-ëèáî ôîðìû øèðîêîïîëîñíîé ïåðåäà÷è.  Wi-Fi â ñõåìàõ ìîäóëÿöèè ñ ìóëüòèïëåêñèðîâàíèåì ñ îðòîãîíàëüíûì ÷àñòîòíûì ðàçäåëåíèåì êàíàëîâ (OFDM) ïðèìåíÿþòñÿ QPSK, 16QAM è 64QAM. Òî æå ñàìîå âåðíî äëÿ WiMAX è òåõíîëîãèè ñîòîâîé ñâÿçè Long-Term Evolution (LTE) 4G. Ïåðåäà÷å ñèãíàëîâ àíàëîãîâîãî è öèôðîâîãî òåëåâèäåíèÿ â ñèñòåìàõ êàáåëüíîîãî Ò è âûñîêîñêîðîñòíîãî äîñòóï â Èíòåðíåò îñíîâàíà íà 16QAM è 64QAM, â òî âðåìÿ êàê â ñïóòíèêîâîé ñâÿçè èñïîëüçóþò QPSK è ðàçëè÷íûå âåðñèè QAM. Äëÿ ñèñòåì íàçåìíîé ìîáèëüíîé ðàäèîñâÿçè, îáåñïå÷èâàþùèõ îáùåñòâåííóþ áåçîïàñíîñòü, íåäàâíî áûëè ïðèíÿòû ñòàíäàðòû ìîäóëÿöèè ðå÷åâîé èíôîðìàöèè è äàííûõ ñ ïîìîùüþ 4FSK. Ýòîò ñóæàþùèé ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ ñïîñîá ðàçðàáîòàí äëÿ ñîêðàùåíèÿ ïîëîñû ñ 25 êÃö íà êàíàë äî 12.5 êÃö, è, â êîíå÷íîì ñ÷åòå, äî 6.25 êÃö.  ðåçóëüòàòå â òîì æå ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå ìîæíî ðàçìåñòèòü áîëüøå êàíàëîâ äëÿ äðóãèõ ðàäèîñòàíöèé. Òåëåâèäåíèå âûñîêîé ÷åòêîñòè â ÑØÀ èñïîëüçóåò ìåòîä ìîäóëÿöèè, íàçûâàåìûé eight-level vestigial sideband (8-óðîâíåâàÿ ïåðåäà÷à ñèãíàëîâ ñ ÷àñòè÷íî ïîäàâëåííîé áîêîâîé ïîëîñîé), èëè 8VSB.  ýòîì ìåòîäå îòâîäèòñÿ òðè áèòà íà ñèìâîë ïðè 8 óðîâíÿõ àìïëèòóäû, ÷òî ïîçâîëÿåò ïåðåäàâàòü 10,800 òûñ. ñèìâîëîâ â ñåêóíäó. Ïðè 3 áèòàõ íà ñèìâîë ïîëíàÿ ñêîðîñòü áóäåò ðàâíà 3 ´ 10,800,000 = 32.4 Ìá/ñ.  ñî÷åòàíèè ñ ìåòîäîì VSB, êîòîðûé ïåðåäàåò òîëüêî îäíó ïîëíóþ áîêîâóþ ïîëîñó ÷àñòîò è ÷àñòü äðóãîé, âèäåî- è àóäèîäàííûå âûñîêîé ÷åòêîñòè ìîãóò ïåðåäàâàòüñÿ ïî òåëåâèçèîííîìó êàíàëó øèðèíîé 6 ÌÃö. ÐË

ÑÒÀÒÜÈ

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

Ïåðåäà÷à äàííûõ ïî ïðîâîäàì ýëåêòðè÷åñêèõ ñåòåé. Òåõíîëîãèÿ HomePlug C & C è êîìïîíåíòû äëÿ PLC ìîäåìîâ êîìïàíèè Yitran Þðèé Ïåòðîïàâëîâñêèé

Â

Âíåäðÿåìûå â çàðóáåæíûõ ñòðàíàõ è Ðîññèè èíòåëëåêòóàëüíûå ýëåêòðè÷åñêèå ñåòè (Smart Grid) îñíîâàíû íà ïðèìåíåíèè àâòîìàòèçèðîâàííûõ ñèñòåì êîíòðîëÿ è ó÷åòà ýíåðãîðåñóðñîâ (ÀÑÊÓÝ). Ïåðåäà÷à äàííûõ â òàêèõ ñèñòåìàõ îñóùåñòâëÿåòñÿ ïî ïðîâîäàì ñóùåñòâóþùèõ ýëåêòðîñåòåé ñ èñïîëüçîâàíèåì òåõíîëîãèé PLC (Power Line Communication) – ñâÿçü ïî ñèëîâûì ëèíèÿì. Âàæíûìè ýëåìåíòàìè ñåòåé Smart Grid ÿâëÿþòñÿ ñ÷åò÷èêè ýíåðãîïîòðåáëåíèÿ íîâîãî ïîêîëåíèÿ – èíòåëëåêòóàëüíûå ñ÷åò÷èêè ýëåêòðîýíåðãèè, à òàêæå âîäû, ãàçà è òåïëà. Èíòåëëåêòóàëüíûå ñ÷åò÷èêè èìåþò ðÿä ïðåèìóùåñòâ ïî ñðàâíåíèþ ñ òðàäèöèîííûìè è âûãîäíû êàê ïîòðåáèòåëÿì, òàê è ýíåðãåòè÷åñêèì êîìïàíèÿì. Ïîòðåáèòåëè ìîãóò áîëåå òî÷íî êîíòðîëèðîâàòü ðàñõîä ýëåêòðîýíåðãèè, íàïðèìåð, âêëþ÷àòü îòäåëüíûå áûòîâûå ïðèáîðû (ñòèðàëüíûå ìàøèíû, íàñîñû è äð.) â ïåðèîä äåéñòâèÿ íî÷íûõ òàðèôîâ [1, 2]. Äëÿ ïåðåäà÷è äàííûõ ïî ýëåêòðè÷åñêèì ñåòÿì èñïîëüçóþòñÿ ðàçëè÷íûå ñïîñîáû – øèðîêîïîëîñíûå è óçêîïîëîñíûå. Ïðè èñïîëüçîâàíèè â êà÷åñòâå ñðåäû ïåðåäà÷è ëèíèé ýëåêòðîïåðåäà÷ íèçêîãî íàïðÿæåíèÿ áîëüøîé ïðîòÿæåííîñòè íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåíû óçêîïîëîñíûå ñèñòåìû PLC, â ñîñòàâ êîòîðûõ âõîäÿò àêòèâíûå è ïàññèâíûå êîìïîíåíòû. Òåõíîëîãèè óçêîïîëîñíûõ PLC èñïîëüçóþòñÿ òàêæå â ñèñòåìàõ óïðàâëåíèÿ óëè÷íûì îñâåùåíèåì, ñèãíàëèçàöèè, âåíòèëÿöèè è êîíäèöèîíèðîâàíèÿ çäàíèé.  ðàìêàõ ýòîé òåõíîëîãèè äîñòàòî÷íî ïðîñòî ðåøà-

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

þòñÿ çàäà÷è óïðàâëåíèÿ ïðèáîðàìè «óìíûõ äîìîâ», â òîì ÷èñëå öåíòðàëèçîâàííîãî. Ê îñíîâíûì ïðåèìóùåñòâàì PLC òåõíîëîãèé îòíîñÿòñÿ: ! ìàëûå çàòðàòû íà äîïîëíèòåëüíîå îáîðóäîâàíèå, îòñóòñòâèå çàòðàò íà ñòðîèòåëüíî-ìîíòàæíûå è ýëåêòðîìîíòàæíûå ðàáîòû, íà ýêñïëóàòàöèþ; ! ïðè îðãàíèçàöèè ñâÿçè ÷åðåç ñóùåñòâóþùèå ýëåêòðîñåòè íåò íåîáõîäèìîñòè ïîëó÷åíèÿ ðàçðåøåíèé íà ìîíòàæ è ýêñïëóàòàöèþ; ! âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ íåò íåîáõîäèìîñòè èñïîëüçîâàíèÿ ïðîìåæóòî÷íûõ óñèëèòåëåé; ! óñòîé÷èâîñòü ñâÿçè ïðè ëþáûõ ïîãîäíûõ óñëîâèÿõ; ! ëåãêîñòü ðàçâåðòûâàíèÿ; ! âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ äîïîëíèòåëüíûõ ëèíèé ñâÿçè (êàáåëü, îïòèêà, ðàäèîêàíàëû) äëÿ îðãàíèçàöèè ñâÿçè íà áîëüøèå ðàññòîÿíèÿ. Îäíàêî îðãàíèçàöèÿ ñâÿçè ïî íèçêîâîëüòíûì ýëåêòðîñåòÿì ñòàëêèâàåòñÿ è ñ ðÿäîì òðóäíîñòåé, ñâÿçàííûì ñ áîëüøîé äëèíîé è ðàçâåòâëåííîñòüþ ëèíèé, áîëüøèì ÷èñëîì ïîòðåáèòåëåé [3]. Èñïîëüçîâàíèå ñèñòåì PLC â Ðîññèè ðåãë à ì å í ò è ð ó åò ñ ÿ ñ ò à í ä à ð ò î ì ÃÎ ÑÒ Ð51317.3.8, ðàçðåøàþùèì óçêîïîëîñíóþ è øèðîêîïîëîñíóþ ñâÿçü â äèàïàçîíå ÷àñòîò äî 525 êÃö, îäíàêî íà ïðàêòèêå â ýëåêòðè÷åñêèõ ñåòÿõ èñïîëüçóåòñÿ ïðåèìóùåñòâåííî

ÑÒÀÒÜÈ

33

óçêîïîëîñíàÿ PLC â äèàïàçîíå ÷àñòîò äî 148.5 êÃö. Çà ðóáåæîì ïîñòðîåíèå ñåòåé PLC ðåãëàìåíòèðóåòñÿ Åâðîïåéñêèì êîìèòåòîì ýë å ê ò ð îòåõ í è ÷ å ñ ê î é ñ òà í ä à ðò è ç à ö è è (CENELEC), Ôåäåðàëüíîé êîìèññèåé ñâÿçè ÑØÀ (FCC), Àññîöèàöèåé ðàäèîâåùàòåëüíîé Èíäóñòðèè è Áèçíåñà ßïîíèè (ARIB) è äðóãèìè îðãàíèçàöèÿìè. Íàñ÷èòûâàåòñÿ áîëåå äåñÿòêà ðàçëè÷íûõ äåéñòâóþùèõ ñòàíäàðòîâ (CENELEC 50065-1, Euridis IEC6205631, IEC61334, Flag IEC61107, ECHONET, Mbus EN1434-3 è äð.). Çíà÷èòåëüíûé âêëàä â ðàçðàáîòêó òåõíè÷åñêèõ ñïåöèôèêàöèé è ïðîòîêîëîâ ïåðåäà÷è äàííûõ ïî ëèíèÿì ýëåêòðîïåðåäà÷ âíîñÿò ïðîèçâîäèòåëè ýëåêòðîòåõíè÷åñêîãî îáîðóäîâàíèÿ è ýëåêòðîííûõ êîìïîíåíòîâ, ÷àñòî îáúåäèíèâøèåñÿ â ðàçëè÷íûå àëüÿíñû. Ïðè ýòîì âíà÷àëå íà ðûíîê âûïóñêàåòñÿ îáîðóäîâàíèå, à çàòåì óæå íà áàçå ñóùåñòâóþùèõ ñïåöèôèêàöèé ñîçäàþòñÿ ìåæäóíàðîäíûå ñòàíäàðòû. Èç íàèáîëåå èçâåñòíûõ åâðîïåéñêèõ è ìåæäóíàðîäíûõ àëüÿíñîâ è êîíñîðöèóìîâ ìîæíî îòìåòèòü ñëåäóþùèå: PRIME, Open Meter, HomePlug, OPERA, UPA, HD-PLC, à òàêæå ECHONET (ßïîíèÿ) è Modbus (ÑØÀ).  àëüÿíñ PRIME âõîäÿò âåäóùèå åâðîïåéñêèå ïðîèçâîäèòåëè ýëåêòðîòåõíè÷åñêîãî îáîðóäîâàíèÿ (ADD, CURRENT Group, IBERDOLA, STM, LANDIS+GYR è äð.), à òàêæå êîìïàíèÿ Texas Instruments. Àëüÿíñ ðàçðàáàòûâàåò îòêðûòûå ñïåöèôèêàöèè äëÿ óçêîïîëîñíûõ PLC òåõíîëîãèé ñî ñêîðîñòüþ ïåðåäà÷è äàííûõ äî 128 Êáèò/ñ è ìîäóëÿöèåé OFDM [4].  êîíñîðöèóì Open Meter âõîäÿò áîëåå äâóõ äåñÿòêîâ åâðîïåéñêèõ ïðîèçâîäèòåëåé ýëåêòðîòåõíè÷åñêîãî îáîðóäîâàíèÿ è óíèâåðñèòåòîâ, â òîì ÷èñëå óíèâåðñèòåò â Êàðëñðóý (Ãåðìàíèÿ), àññîöèàöèÿ ïîòðåáèòåëåé DLMS User Association (Øâåéöàðèÿ), êîìïàíèè IBERDROLA, ENDESA (Èñïàíèÿ), ENEL (Èòàëèÿ), EdF (Ôðàíöèÿ), STMicroelectronics (Øâåéöàðèÿ) è ðÿä äðóãèõ. Êîíñîðöèóìîì ïðîäâèãàåòñÿ îäíîèìåííûé ïðîåêò Open Meter, öåëüþ êîòîðîãî ÿâëÿåòñÿ âûáîð îáùåäîñòóïíûõ îòêðûòûõ ñòàíäàðòîâ äëÿ ñîçäàíèÿ êîìïëåêñíûõ ñèñòåì àâòîìàòèçèðîâàííîãî èçìåðåíèÿ ðàñõîäà ýíåðãîðåñóðñîâ. Ïðîåêò ñîãëàñóåòñÿ ñ òðåáîâàíèÿìè åâðîïåéñêèõ îðãàíèçàöèé ñòàíäàðòèçàöèè CEN, CENELEC, ETSI è ñòàíäàðòîâ IEC 61334, IEC 62056 DLMS/COSEM, IEC 62056, EN13757 [5].

34

 ñîñòàâ Àëüÿíñà HomePlug âõîäÿò äåñÿòêè âåäóùèõ ïðîèçâîäèòåëåé ýëåêòðîííîãî è ýëåêòðîòåõíè÷åñêîãî îáîðóäîâàíèÿ, ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ïðèáîðîâ è ìèêðîñõåì.

(Renesas, D-Link, STMicroelectronics, Maxim, Mediatek, Sony, Qualcomm, Huawai, Sumitomo è ìíîãèå äðóãèå). Äëÿ ïåðåäà÷è äàííûõ ïî ýëåêòðè÷åñêèì ñåòÿì àëüÿíñ èñïîëüçóåò òåõíîëîãèè, ðåãëàìåíòèðóåìûå ñòàíäàðòàìè HomePlug 1.0 (2001 ã., ìîäóëÿöèÿ OFDM, ñðåäíÿÿ ñêîðîñòü ïåðåäà÷è 3-5 Ìáèò/ñ), HomePlug AV (2005 ã., äèàïàçîí ÷àñòîò 228 ÌÃö, ñêîðîñòü ïåðåäà÷è äî 100 Ìáèò/ñ è áîëåå), HomePlug C & C (2007 ã., ñêîðîñòü ïåðåäà÷è äî 7.5 Êáèò/ñ).  îñíîâó ïîñëåäíåé òåõíîëîãèè è ñîîòâåòñòâóþùåãî ñòàíäàðòà ïîëîæåíû ðåøåíèÿ, ïðèìåíåííûå â òðàíñèâåðå IT800 êîìïàíèè Yitran.  ðàçðàáîòêå HomePlug C & C òàêæå ïðèíèìàëè ó÷àñòèå êîìïàíèè Microsoft, Siemens, LG, Hitachi, Mitsubishi, GE, RadioShack, Motorola, Haier è äðóãèå [6].

Îñíîâíûå ïîëîæåíèÿ HomePlug C&C HomePlug C & C (HomeGlug Command and Control) ÿâëÿåòñÿ óíèâåðñàëüíûì èíñòðóìåíòîì äëÿ ðåàëèçàöèè ñèñòåì óïðàâëåíèÿ ðàçëè÷íûìè áûòîâûìè ïðèáîðàìè, äîìàøíåé àâòîìàòèêîé è ñèñòåìàìè áåçîïàñíîñòè, à òàêæå äëÿ ÀÑÊÓÝ. Òåõíîëîãèÿ HomePlug C & C ïîçâîëÿåò àêòèâèðîâàòü (âêëþ÷èòü/âûêëþ÷èòü) ëþáîé ïðèáîð èëè ïðèëîæåíèå â ñåòè, ïîñëàòü è ïðèíÿòü ñîîáùåíèå îá èõ ñòàòóñå. Êëþ÷åâûå îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ òåõíîëîãèè: ! àâòîìàòè÷åñêîå óïðàâëåíèå ðàñõîäîì ýíåðãîðåñóðñîâ: # èíòåëëåêòóàëüíûå ñ÷åò÷èêè, # òåðìîñòàòû, # àâòîìàòè÷åñêèå âûêëþ÷àòåëè, # ñèñòåìû âåíòèëÿöèè è êîíäèöèîíèðîâàíèÿ (HVAC), # âîäîíàãðåâàòåëè, # ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ ïèòàíèåì è ñáîðîì äàííûõ, # ðåãóëÿòîðû íàãðóçêè è ò.ä.; ! ñèñòåìû ðåàãèðîâàíèÿ íà ñïðîñ è óïðàâëåíèÿ ïîòðåáëåíèåì ýëåêòðîýíåðãèè (Demand Response/Management); ! äîìàøíÿÿ àâòîìàòèêà, äèñòàíöèîííîå óïðàâëåíèå ïðèáîðàìè, àêòèâàöèÿ: ïîòî-

ÑÒÀÒÜÈ

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

Ìîíèòîðèíã ñèñòåì îõðàíû, ïðîòèâîïîæàðíîé ñèñòåìû, ðàáî÷åãî ñîñòîÿíèÿ îáîðóäîâàíèÿ Äèñòàíöèîííàÿ äèàãíîñòèêà ïðèáîðîâ

Äèñòàíöèîííîå âêëþ÷åíèå îñâåùåíèÿ è ïðèáîðîâ

Ñåòåâûå ïðîâîäà

Ïîíèæàþùèé òðàíñôîðìàòîð

Îòïðàâêà ñîîáùåíèé î ïîâûøåíèè/ ïîíèæåíèè íàïðÿæåíèÿ â ñåòè Äèñòàíöèîííîå óïðàâëåíèå òåðìîñòàòàìè â ïåðèîäû äåéñòâèÿ âûñîêèõ òàðèôîâ

Äèñòàíöèîííîå ñ÷èòûâàíèå ïîêàçàíèé ñ÷åò÷èêîâ è óïðàâëåíèå ïèêîâûì ïîòðåáëåíèåì ýëåêòðîýíåðãèè

Ðèñóíîê 1. Ïðèëîæåíèÿ äëÿ «óìíîãî äîìà».

ëî÷íûõ âåíòèëÿòîðîâ, ïîðòüåð è æàëþçè, êîìïîíåíòîâ àóäèîñèñòåì, âîðîò, äâåðåé è îêîí, ïðîòèâîïîæàðíûõ ñèñòåì, ìîòîðîâ è ñîëåíîèäîâ, ðåãóëèðîâêà ãðîìêîñòè (íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàí ïðèìåð èñïîëüçîâàíèÿ HomePlug C & C â «óìíîì äîìå»); ! ìîíèòîðèíã îõðàííûõ ñèñòåì è ñèñòåì íàáëþäåíèÿ, âêëþ÷àÿ äèñòàíöèîííûé êîíòðîëü äîñòóïà (â òîì ÷èñëå ÷åðåç èíòåðíåò); ! óïðàâëåíèå óëè÷íûì îñâåùåíèåì; ! ñèñòåìû ïðîìûøëåííîé àâòîìàòèçàöèè; ! ìîíèòîðèíã äàò÷èêîâ è ïðèáîðîâ æèçíåîáåñïå÷åíèÿ – äåòåêòîðû äûìà, äâèæåíèÿ, âëàãè, òåïëà; êîíòðîëü ñîñòîÿíèÿ ìàøèí è îáîðóäîâàíèÿ è ò.ä.; ! ðàçëè÷íûå êîíòðîëëåðû ïîìåùåíèé – óïðàâëåíèå ÿðêîñòüþ îñâåùåíèÿ, áëîêèðîâêà îêîí è äâåðåé, óïðàâëåíèå ãàðàæíûìè âîðîòàìè, ôîíòàíàìè, êàëèòêàìè ïîìåùåíèé äëÿ æèâîòíûõ, ÆÊ ïàíåëÿìè è ò.ä.; ! ñâÿçóþùåå çâåíî äëÿ äðóãèõ òåõíîëîãèé è áåñïðîâîäíûõ ðåøåíèé – ZigBee, Z-Wave, IR, Ethernet (TCP/IP), RS232, RS485. Ñïåöèôèêàöèè HomePlug C & C áàçèðóåòñÿ íà ñåòåâîé ìîäåëè OSI èç 7 óðîâíåé (3 îñíîâíûõ), ïðåäñòàâëåííûõ íà Ðèñóíêå 2:

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

! óðîâåíü ïðèëîæåíèé (AL), ! óðîâåíü ïðåäñòàâëåíèé (PL), ! ñåàíñîâûé óðîâåíü (SL), ! òðàíñïîðòíûé óðîâåíü (TL) ! ñåòåâîé óðîâåíü (NL), ! óðîâåíü óïðàâëåíèÿ äîñòóïîì (MAC), ! ôèçè÷åñêèé óðîâåíü (PHY). Ôèçè÷åñêèé óðîâåíü çàäàåò ýëåêòðè÷åñêèå, ìåõàíè÷åñêèå, ïðîöåäóðíûå è ôóíêöèîíàëüíûå ñïåöèôèêàöèè äëÿ ïðèâåäåíèÿ â äåéñòâèå, ïîääåðæàíèÿ â àêòèâíîì ñîñòîÿíèè è îðãàíèçàöèè ñâÿçåé ìåæäó óçëàìè ñåòè. Óðîâåíü PHY âêëþ÷àåò òàêèå ïàðàìåòðû, êàê óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ è åãî èçìåíåíèÿ, ñêîðîñòü ïîòîêà äàííûõ â ëèíèÿõ, ìàêñèìàëüíîå ðàññòîÿíèå ìåæäó óçëàìè ñåòè, òèïû ñîåäèíèòåëåé. Ôèçè÷åñêèé óðîâåíü HomePlug C & C õàðàêòåðèçóåòñÿ ñëåäóþùèìè îñîáåííîñòÿìè: ! ìîäóëÿöèÿ DCSK (Differential Code Shift Keying) – äèôôåðåíöèàëüíî-êîäîâàÿ ìàíèïóëÿöèÿ; ! âûñîêàÿ óñòîé÷èâîñòü ê ñèíôàçíûì è ïåðåêðåñòíûì ïîìåõàì; ! âûñîêàÿ óñòîé÷èâîñòü ê çàìèðàíèÿì ñèãíàëà, øóìàì, êîëåáàíèÿì èìïåäàíñà ëèíèé è èñêàæåíèÿì ÷àñòîòíûõ õàðàêòåðèñòèê;

ÑÒÀÒÜÈ

35

7-óðîâíåâàÿ ìîäåëü OSI Óðîâåíü ïðèëîæåíèé (AL) Óðîâåíü ïðåäñòàâëåíèé (PL)

Õîñò óðîâíè

Ñåàíñîâûé óðîâåíü (SL)

Õîñò óðîâíè

Òðàíñïîðòíûé óðîâåíü (TL) Ñåòåâîé óðîâåíü (NL) Óðîâåíü óïðàâëåíèÿ äîñòóïîì (MAC)

Ìåäèàóðîâíè

Ìåäèàóðîâíè

Ôèçè÷åñêèé óðîâåíü (PHY)

Ðèñóíîê 2. Ìîäåëü OSI.

! ñîîòâåòñòâèå ñòàíäàðòàì ÔÊÑ (FCC), ARIB, EN50065-1-CENELEC; ! äèàïàçîíû ñêîðîñòåé ïåðåäà÷è äàííûõ â ñîîòâåòñòâèè ñ òðåáîâàíèÿìè ÔÊÑ è ARIB: 7.5 Êáèò/ñ (ñòàíäàðòíûé ðåæèì SM); 5 Êáèò/ñ (óñòîé÷èâûé ê îøèáêàì ðåæèì RM – Robust Mode); 1.25 Êáèò/ñ (ýêñòðåìàëüíî óñòîé÷èâûé ðåæèì ERM – Extremely Robust Mode).  ñîîòâåòñòâèè ñ òðåáîâàíèÿìè CENELEC: 2.5 Êáèò/ñ (ðåæèì RM); 0.625 Êáèò/ñ (ERM). ! ÷àñòîòíîå ðàçíåñåíèå – 3 ïðèåìíûõ öèôðîâûõ êàíàëà ñ âûñîêîé óñòîé÷èâîñòüþ ê ïîìåõàì; ! ìîùíûé êîä êîððåêöèè îøèáîê (ECC) è àäàïòèâíîå äåòåêòèðîâàíèå ïàêåòîâ; ! öèêëè÷åñêèé èçáûòî÷íûé êîä CRC-8 äëÿ îñíîâíûõ ïàêåòîâ è CRC-16 äëÿ äîïîëíèòåëüíîãî ïîâûøåíèÿ íàäåæíîñòè; ! àëãîðèòì âîññòàíîâëåíèÿ òàêòîâîé ÷àñòîòû äëÿ îáåñïå÷åíèÿ âûñîêîé òî÷íîñòè ïðè èñïîëüçîâàíèè êîììåð÷åñêèõ êâàðöåâûõ ðåçîíàòîðîâ (150 ppm). Ñòðóêòóðà ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ HomePlug C & C ïðèâåäåíà íà Ðèñóíêå 3. Ñèñòåìà äîë-

Êîäåð

Ïåðåìåæèòåëü

æíà îáåñïå÷èâàòü äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîí áîëåå 90 äÁ, ÷óâñòâèòåëüíîñòü íå õóæå 1 ìÂ, âûñîêóþ óñòîé÷èâîñòü ê Â× ñèãíàëàì (CW Interference, SNR < –25 äÁ), ïåðèîäè÷åñêèì øóìîâûì âñïûøêàì â ëèíèÿõ ïåðåìåííîãî òîêà è èçìåíåíèÿì ïàðàìåòðîâ íàãðóçêè [7]. Îäíèì èç èçâåñòíûõ åâðîïåéñêèõ ïðîèçâîäèòåëåé PLC ìîäåìîâ ÿâëÿåòñÿ êîìïàíèÿ ModemTec, âûïóñêàþùàÿ ïðîäóêöèþ â ñîîòâåòñòâèè ñî ñòàíäàðòàìè CENELEC. Êîìïàíèÿ ÿâëÿåòñÿ ÷ëåíîì àññîöèàöèè Modbus, à åå ìîäåìàìè îñíàùàþòñÿ ýëåêòðîñ÷åò÷èêè òàêèõ èçâåñòíûõ ïðîèçâîäèòåëåé, êàê Landis+Gyr è Križik. Îáîðóäîâàíèå ModemTec îòëè÷àåò ðÿä äîñòîèíñòâ, â òîì ÷èñëå ñïîñîáíîñòü âûÿâëÿòü ñâîáîäíûé îò ïîìåõ äèàïàçîí ÷àñòîò äëÿ êà÷åñòâåííîãî ïðèåìà äàííûõ. Äðóãèå îñîáåííîñòè îáîðóäîâàíèÿ: ! ïðîïóñêíàÿ ñïîñîáíîñòü êàíàëà äî 10 êáèò/ñ; ! óðîâåíü èíôîðìàöèîííûõ ïîòåðü íå áîëåå 0.1%; ! ðàáîòà íà ëèíèÿõ ïåðåìåííîãî òîêà (äî 230 Â), ïîñòîÿííîãî òîêà (äî 800 Â), âûäåëåííûõ ëèíèÿõ è êîàêñèàëüíûõ êàáåëÿõ;

Ìîäóëÿòîð

Öèôðîâîé ôèëüòð

Àíàëîãîâûé ôèëüòð Ñèëîâàÿ ëèíèÿ

Öèôðîâîé ôèëüòð

Àíàëîãîâûé ôèëüòð Ñèëîâàÿ ëèíèÿ

Ïðåäóñòàíîâêà

Äåêîäåð

Äåïåðåìåæèòåëü

Äåìîäóëÿòîð

Ðèñóíîê 3. Ñòðóêòóðà ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ HomePlug C & C.

36

ÑÒÀÒÜÈ

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

! âîçìîæíîñòü ðåæèìà ðåòðàíñëÿöèè äëÿ óâåëè÷åíèÿ äàëüíîñòè ñâÿçè; ! äàëüíîñòü ñâÿçè â ñåòÿõ ïåðåìåííîãî òîêà äî íåñêîëüêèõ êèëîìåòðîâ; ! ïîääåðæêà èíòåðôåéñîâ RS232/485 äî 115 êáèò/ñ; ! ðàáîòà â ñåòÿõ «òî÷êà-òî÷êà», «âåäóùèéâåäîìûé» è ñåòÿõ Modbus ñ äèíàìè÷åñêèì ÷åðåäîâàíèåì ìàñòåðà; ! ñîîòâåòñòâèå îòå÷åñòâåííûì ñòàíäàðòàì, â òîì ÷èñëå ÃÎÑÒ Ð51317.3.8. Ïðèìåðîì ïîñòðîåíèÿ ñèñòåì ó÷åòà ýíåðãîïîòðåáëåíèÿ íà áàçå ìîäåìîâ ModemTec ÿâëÿåòñÿ ñèñòåìà ISAR, îáåñïå÷èâàþùàÿ êðóãëîñóòî÷íûé êîíòðîëü ïîêàçàíèé ñ÷åò÷èêîâ ýëåêòðîýíåðãèè, âîäû, ãàçà, òåïëà â ðåæèìå ðåàëüíîãî âðåìåíè. Ñèñòåìà îáåñïå÷èâàåò äèíàìè÷åñêèé ìîíèòîðèíã ïîêàçàíèé, ôîðìèðóåò ñ÷åòà íà îïëàòó, îáíàðóæèâàåò íåñàíêöèîíèðîâàííûå ìàíèïóëÿöèè ñî ñ÷åò÷èêàìè, äèñòàíöèîííî îòêëþ÷àåò íåïëàòåëüùèêîâ. Îñíîâîé PLC ìîäåìîâ ÿâëÿþòñÿ ñïåöèàëèçèðîâàííûå ìèêðîñõåìû, ðàçðàáîòêîé è ïðîèçâîäñòâîì êîòîðûõ çàíèìàåòñÿ ðÿä âåäóùèõ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ êîìïàíèé: STMicroelectronics, Renesas, Maxim, Analog Devices, On Semiconductor, Texas Instruments, NXP è äðóãèå, à òàêæå ñïåöèàëèçèðóþùèåñÿ íà ðåøåíèÿõ äëÿ Smart Grid è «óìíûõ äîìîâ» êîìïàíèè Intellon (ÑØÀ) è Yitran (Èçðàèëü). Êîìïàíèÿ Yitran, îñíîâàííàÿ â 1996 ãîäó, ÿâëÿåòñÿ ðàçðàáîò÷èêîì ñïåöèàëèçèðîâàííûõ ìèêðîñõåì äëÿ PLC ïðèëîæåíèé è íå èìååò ñîáñòâåííûõ ïðîèçâîäñòâåííûõ ìîùíîñòåé, îäíàêî ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç âåäóùèõ ïîñòàâùèêîâ ïåðåäîâûõ òåõíîëîãèé äëÿ íèçêîñêîðîñòíîé ïåðåäà÷è äàííûõ ïî ýëåêòðè÷åñêèì ñåòÿì. Êîìïàíèÿ âõîäèò â ñîñòàâ àëüÿíñà HomePlug, à åå ïàðòíåðàìè è ïîòðåáèòåëÿìè ïðîäóêöèè ÿâëÿþòñÿ òàêèå èçâåñòíûå ôèðìû, êàê Renesas, Mitsubishi, Panasonic, Hitachi, GE, Alps è äðóãèå. Ïðîäóêöèÿ Yitran èìååò ñèëüíûå ïîçèöèè â ÑØÀ, ßïîíèè, Êèòàå, Êîðåå, Èñïàíèè è Ðîññèè. Ê îñíîâíûì ïðîäóêòàì Yitran, ïðåäñòàâëåííûì â êàòàëîãå 2013 ãîäà, îòíîñÿòñÿ ìèêðîñõåìû òèïà «ñèñòåìà íà êðèñòàëëå» (SoC) IT700, IT800, IT900, ïðåäíàçíà÷åííûå äëÿ óçêîïîëîñíûõ PLC ìîäåìîâ. Íà îñíîâå ýòèõ ìèêðîñõåì óñïåøíî ðåàëèçóþòñÿ íåäîðîãèå èííîâàöèîííûå òåõíîëîãè÷åñêèå ðåøåíèÿ, îáåñïå÷èâàþùèå âûñîêóþ íàäåæíîñòü è ïðîèçâîäèòåëüíîñòü çà ñ÷åò ïðèìåíåíèÿ çàïà-

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

òåíòîâàííîé òåõíîëîãèè äèôôåðåíöèàëüíîêîäîâîé ìàíèïóëÿöèè (DCSK). Äàííûé âèä ìîäóëÿöèè îáåñïå÷èâàåò èñêëþ÷èòåëüíî âûñîêóþ íàäåæíîñòü ñâÿçè, ïðè ýòîì ðåàëèçóåòñÿ àäàïòèâíûé àëãîðèòì çàäåðæêè íà îñíîâå ñòàíäàðòà IEEE802.11, îïòèìèçèðîâàííûé äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â ýëåêòðè÷åñêèõ ñåòÿõ.

Ðèñóíîê 4. Ïëàòà PLC ìîäåìà.

Êðîìå ïåðå÷èñëåííûõ SoC êîìïàíèÿ ïðåäëàãàåò ïîëíîñòüþ èíòåãðèðîâàííûå PLC ìîäåìû è ïðèêëàäíûå ðåøåíèÿ â âèäå ìèêðîñõåì èëè ïå÷àòíûõ ìîäóëåé (ñì. Ðèñóíîê 4), à òàêæå áåñïðîâîäíûå ðåøåíèÿ RF-PLC ñ ìàëîé ïîòðåáëÿåìîé ìîùíîñòüþ è ZigBeePLC äëÿ ïîääåðæêè ïðîòîêîëîâ IÐv6, SE 2.0 è IPv4 âåðõíåãî óðîâíÿ. Ìèêðîñõåìû îáåñïå÷èâàþò ôèçè÷åñêèé óðîâåíü ïîâûøåííîé íàäåæíîñòè, âûñîêîïðîèçâîäèòåëüíûé êàíàëüíûé óðîâåíü è ñåòåâîé óðîâåíü, ïîääåðæèâàþùèé ïåðåäà÷ó äàííûõ íà ñêîðîñòè äî 7.5 êáèò/ñ (IT700) è 500 êáèò/ñ (IT900).  SoC èíòåãðèðîâàíû àíàëîãîâûå äèôôåðåíöèàëüíûå âõîäû è ëèíåéíûå âûõîäû, ïîäêëþ÷àåìûå ê âíåøíèì ñèëîâûì ëèíèÿì ÷åðåç ôèëüòðû, òðàíñôîðìàòîðû è ðàçäåëèòåëüíûå êîíäåíñàòîðû. Ïàðàìåòðû è ôóíêöèîíàëüíûå âîçìîæíîñòè SoC IT700 ïîëíîñòüþ ñîîòâåòñòâóþò òðåáîâàíèÿì ñòàíäàðòà HomePlug C & C. Ìèêðîñõåìà âûïóñêàåòñÿ â 56-âûâîäíîì êîðïóñå QFN56 ðàçìåðàìè 7 ´ 7 ´ 0.9 ìì. Îñíîâíûå îñîáåííîñòè è ïàðàìåòðû SoC: ! «ðàñøèðåííûé» ìèêðîêîíòðîëëåð 8051 ñ ôëåø-ïàìÿòüþ îáúåìîì 256 ÊÁ äëÿ ïàêåòà ïðîòîêîëîâ è ïðèëîæåíèé (Extended 8051 Microcontroller); ! ïðåäâàðèòåëüíî çàïðîãðàììèðîâàííàÿ àðõèòåêòóðà êîíòðîëëåðà ïðîòîêîëîâ ñ êîììóíèêàöèîííûì ñòåêîì;

ÑÒÀÒÜÈ

37

! âåðñèÿ îòêðûòîé àðõèòåêòóðû, ïîçâîëÿþùàÿ ïîëüçîâàòåëÿì ïðîãðàììèðîâàòü êîäû ïðèëîæåíèé âìåñòå ñ êîììóíèêàöèîííûì ñòåêîì; ! ïîëíûé îõâàò äîìàøíèõ ïîòðåáèòåëåé äàæå ïðè íåáëàãîïðèÿòíûõ ñåòåâûõ óñëîâèÿõ; ! íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ 3.3  (ìàêñèìàëüíû òîê ïîòðåáëåíèÿ 500 ìÀ); ! âíóòðåííÿÿ ðàáî÷àÿ ÷àñòîòà 46.08 ÌÃö; ! äèàïàçîí ðàáî÷èõ òåìïåðàòóð –40 … +85 °Ñ. Ïàðàìåòðû ôèçè÷åñêîãî óðîâíÿ IT700 ñîîòâåòñòâóþò ïåðå÷èñëåííûì âûøå ïàðàìåòðàì PHY HomePlug C & C. Ïàðàìåòðû êàíàëüíîãî óðîâíÿ DLL: ! ïîääåðæêà äî 1023 ëîãè÷åñêèõ ñåòåé è 2047 óçëîâ â ñåòè; ! ïåðåäà÷à äàííûõ ñ ïîäòâåðæäåíèåì è áåç ïîäòâåðæäåíèé; ! ðåæèì ðåòðàíñëÿöèè; ! àâòîìàòè÷åñêîå óïðàâëåíèå ñêîðîñòüþ ïåðåäà÷è äàííûõ; ! àäàïòèâíûé ìíîãîñòàíöèîííûé äîñòóï ñ êîíòðîëåì íåñóùåé è ïðåäîòâðàùåíèåì êîíôëèêòîâ (CSMA/CA – Adaptive Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance); ! ôðàãìåíòàöèÿ è ïîäòâåðæäåíèå ïàêåòîâ â ïîëíîì ñîîòâåòñòâèè ñ ïðîòîêîëîì êàíàëüíîãî óðîâíÿ Ethernet. Ïàðàìåòðû ñåòåâîãî óðîâíÿ (Network/YNet): ! áîëåå 1000 ðàçëè÷íûõ ïåðåêðûâàþùèõñÿ ñåòåé (Overlapping Networks);

IT700 - STK3

Áëîê ïèòàíèÿ

Ðèñóíîê 5. Íàáîð STK4 Y-NET Package.

! ïîääåðæêà áîëåå 2000 óçëîâ â êàæäîé ñåòè; ! ïîääåðæêà ïèðèíãîâîé è âåäóùèéâåäîìûé êîíôèãóðàöèé (Master-Slave and Peer-to Peer); ! áûñòðîå èíñòàëëèðîâàíèå ñåòåé (Plug & Play Network Setup); ! àâòîìàòè÷åñêîå ôîðìèðîâàíèå ëîãèñòèêè ñåòåé (Automatic Logical Network Creation); ! àâòîìàòè÷åñêîå ðàñïðåäåëåíèå àäðåñîâ óçëîâ (Automatic node address allocation); ! àâòîìàòè÷åñêàÿ è àäàïòèâíàÿ ìàðøðóòèçàöèÿ (Automatic and adaptive Routing Service); ! âîññòàíîâëåíèå ñåòåâûõ ïàðàìåòðîâ; ! îáíàðóæåíèå îòêàçîâ; ! ïîëíàÿ çàùèòà èíôîðìàöèè, âêëþ÷àÿ AES 128-áèòíîå øèôðîâàíèå è 32-õ ðàçðÿäíóþ àóòåíòèôèêàöèþ. Íà îñíîâå SoC IT700 êîìïàíèÿ âûïóñêàåò çàêîí÷åííîå ðåøåíèå IT700 module (PIM – Plug In Module), â ñîñòàâ êîòîðîãî âõîäèò ñàìà ìèêðîñõåìà IT700, àíàëîãîâûé âõîäíîé óçåë AFE (Analog Front End), õîñò èíòåðôåéñ ìèêðîêîíòðîëëåðà, ñîåäèíèòåëè äëÿ ëèíèé (Line Coupler) è èñòî÷íèê ïèòàíèÿ. Âûïóñêà-

Èñòî÷íèê ïèòàíèÿ

ÊàáåëüUSB

Èñòî÷íèê ïèòàíèÿ

Ïðîâîäà ñåòè

PLC ñòàíöèÿ

Áëîê ïèòàíèÿ

IT700 - STK3

ÊàáåëüUSB

PLC ñòàíöèÿ

Ðèñóíîê 6. Ñîåäèíåíèå òî÷êà-òî÷êà.

38

ÑÒÀÒÜÈ

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

IT700 - STK3

Áëîê óïðàâëåíèÿ

PLC ñòàíöèÿ äîïîëíèòåëüíî

IT700 - STK3 Áëîê óïðàâëåíèÿ

IT700 - STK3 Áëîê óïðàâëåíèÿ

IT700 - STK3 IT700 - STK3 Áëîê óïðàâëåíèÿ

Áëîê óïðàâëåíèÿ

IT700 - STK3

Êîíöåíòðàòîð

PLC ñòàíöèÿ

Ñâÿçè ïî ñåòåâûì ïðîâîäàì Ôóíêöèîíàëüíûå ñâÿçè BS RS

Ðèñóíîê 7. Ñåòåâàÿ ñòðóêòóðà.

þòñÿ 6 èñïîëíåíèé ìîäóëåé: äëÿ ÑØÀ (120140 êÃö), ßïîíèè (120-400 êÃö), Åâðîïû: ÑÀ (CENELEC äèàïàçîí À – 20-80 êÃö), ÑÀ2 (7194 êÃö), ÑÀ3 (65-95 êÃö), äëÿ ïîìåùåíèé (CENELEC äèàïàçîí  – 95-125 êÃö). Äëÿ îòðàáîòêè ïðàêòè÷åñêèõ ðåøåíèé ïîñòðîåíèÿ PLC ñåòåé êîìïàíèÿ ïðåäëàãàåò êîìïëåêò IT700 Y-NET Package, ñîñòîÿùèé èç ñòàðòîâîãî íàáîðà STK4 è CD äèñêà ñ ïðîãðàììíûì îáåñïå÷åíèåì è òåõíè÷åñêîé äîêóìåíòàöèåé. Âíåøíèé âèä íàáîðà STK4, ñîñòîÿùåãî èç ñåòåâîãî àäìèíèñòðàòîðà (NC – Network’s Coordinator) è ïÿòè óçëîâûõ ñòàíöèé (RS – Remote Station), ïîêàçàí íà Ðèñóíêå 5. Íà îñíîâå êîìïëåêòà ìîãóò áûòü ñîçäàíû ñîåäèíåíèå òèïà òî÷êà-òî÷êà (ñì. Ðèñó-

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

íîê 6) è ñåòü ïåðåäà÷è äàííûõ (ñì. Ðèñóíîê 7) ïîä óïðàâëåíèåì ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ PLC Studio, óñòàíîâëåííîãî íà îáû÷íûõ ïåðñîíàëüíûõ êîìïüþòåðàõ. ÐË

Ëèòåðàòóðà:

ÑÒÀÒÜÈ

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Smart_grid 2. http://www.ruggedcom.ru/application/smart_grid/ 3. http://ieeexplore.ieee.org/xpl/mostRecentIssue. jsp?punumber=6193309 4. http://www.prime-alliance.org/ 5. http://www.openmeter.com/ 6. http://www.yitran.com/index.aspx?id=3375 7. http://www.yitran.com/index.aspx?id=3413

39

Äðàéâåð ëàçåðíîãî äèîäà ñ äâîéíîé çàùèòîé è íàïðÿæåíèåì ïèòàíèÿ îò 1 Â Tai-Shan Liao, Òàéâàíü EDN

Ï

Íà Ðèñóíêå 1 òðàíçèñòîðû Q1, Q2 è Q3 îáðàçóþò ñîñòàâíîé ýëåìåíò ñ îòðèöàòåëüíûì ñîïðîòèâëåíèåì, çíà÷åíèå êîòîðîãî ïðèáëèæåííî âûðàæàåòñÿ ôîðìóëîé

Ïðè ÷ðåçìåðíîé ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ äàæå êðàòêîâðåìåííîå ïîïàäàíèå â ãëàçà ëó÷à ëàçåðíîé óêàçêè ìîæåò áûòü îïàñíûì äëÿ çäîðîâüÿ ÷åëîâåêà, êàê ïðè ïðÿìîì âîçäåéñòâèè, òàê è ïðè îòðàæåíèè îò îêðóæàþùèõ ïðåäìåòîâ. Ïî ýòîé ïðè÷èíå â áîëüøèíñòâå ñòðàí óñòàíàâëèâàþòñÿ íîðìû áåçîïàñíûõ óðîâíåé ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ, ðåãëàìåíòèðóþùèå ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìóþ ìîùíîñòü.  ñòàòüå îïèñûâàåòñÿ äðàéâåð ëàçåðíîãî äèîäà, ñïîñîáíûé ðàáîòàòü äàæå îò 1.5âîëüòîâîé áàòàðåéêè, ðàçðÿæåííîé äî íàïðÿæåíèÿ 1 Â. Äðàéâåð ñíàáæåí íàäåæíîé çàùèòîé íà ñäâîåííîì òðàíçèñòîðå, ñâîäÿùåé ê ìèíèìóìó âåðîÿòíîñòü âûõîäà èíòåíñèâíîñòè èçëó÷åíèÿ çà óñòàíîâëåííûå ïðåäåëû.

Z»-

b (VDD - VBE ) .

RF

Áóäåì ñ÷èòàòü, ÷òî âñå òðàíçèñòîðû èìåþò îäèíàêîâûå êîýôôèöèåíòû ïåðåäà÷è òîêà b è îäèíàêîâûå íàïðÿæåíèÿ áàçà-ýìèòòåð VBE. ×åðåç ðåçèñòîð RF çàìûêàåòñÿ öåïü îáðàòíîé ñâÿçè, à R1 óñòàíàâëèâàåò êîëëåêòîðíûé òîê òðàíçèñòîðà Q1. Çà ñ÷åò ãåíåðà-

VDD 1Â

ËÀÇÅÐÍÛÉ ÄÈÎÄ R4 10k

R8 1k 2N2907 Q3

Q2

Q5 R5 10k

2N2907

Q1

I

RF 100

R3 8k

Q4

2N2907 R1 100

2N2222 L1 10 µH

ÔÎÒÎÄÈÎÄ

D1 1N5817

+

2N2907 Q6 2N2907 R7 470

C1 10 µF

Ðèñóíîê 1. Èñïîëüçóÿ ïîâûøàþùèé DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëü è óïðàâëÿþùèé òîêîì ñäâîåííûé òðàíçèñòîð, ìîæíî ñîçäàòü èñòî÷íèê ïèòàíèÿ äëÿ ëàçåðà, îáåñïå÷èâàþùèé áåçîïàñíûé óðîâåíü èçëó÷åíèÿ äàæå ïðè ïî÷òè ïîëíîñòüþ ðàçðÿæåííîé áàòàðåå.

40

ÑÕÅÌÛ

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

öèè ñõåìû, îáóñëîâëåííîé îòðèöàòåëüíûì õàðàêòåðîì åå ñîïðîòèâëåíèÿ, ðàçìàõ íàïðÿæåíèÿ íà âêëþ÷åííîì â êîëëåêòîð Q1 ðåçîíàíñíîì êîíòóðå, ñîñòîÿùåì èç èíäóêòèâíîñòè L1 è ïàðàçèòíûõ åìêîñòåé ñõåìû, äîñòèãàåò 3.5  ïðè íàïðÿæåíèè áàòàðåè 1 Â. Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ïîëóìîñòîâîãî âûïðÿìèòåëÿ íà äèîäå Øîòòêè D1 è êîíäåíñàòîðå C1, ðàâíîå ïðèìåðíî –3 Â, ÷åðåç îòêðûòûå òðàíçèñòîðû Q5 è Q6 ïðèëîæåíî ê êàòîäó ëàçåðà.  ñóììå ñ 1  íà àíîäå, íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ ëàçåðíîãî äèîäà ñîñòàâëÿåò 4 Â, ÷òî çàâåäîìî ïðåâûøàåò ïîðîã åãî âêëþ÷åíèÿ. Òîêîì ëàçåðíîãî äèîäà óïðàâëÿþò òðàíçèñòîðû Q5 è Q6. Âñòðîåííûé ôîòîäèîä ÷åðåç òðàíçèñòîð Q4 ïåðåäàåò ñèãíàë îòðèöà-

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

òåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè íà áàçû Q5 è Q6, ñòàáèëèçèðóÿ èíòåíñèâíîñòü ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ. Ïàðà òðàíçèñòîðîâ Q5 è Q6 âêëþ÷åíà ïîñëåäîâàòåëüíî â öåëÿõ ïîâûøåíèÿ áåçîïàñíîñòè. Ïðè ïðîáîå îäíîãî èç òðàíçèñòîðîâ âòîðîé ïðîäîëæèò ïîääåðæèâàòü èçëó÷åíèå íà áåçîïàñíîì óðîâíå. Âåðîÿòíîñòü îäíîâðåìåííîãî âûõîäà èç ñòðîÿ äâóõ òðàíçèñòîðîâ íåñîèçìåðèìî ìåíüøå, ÷åì îäíîãî.

Çàìå÷àíèå ðåäàêòîðà EDN Èç-çà ðàçáðîñà ïàðàìåòðîâ ëàçåðà è ôîòîäèîäà äëÿ óñòàíîâêè íåîáõîäèìîãî óðîâíÿ îãðàíè÷åíèÿ èíòåíñèâíîñòè èçëó÷åíèÿ ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà R7, âîçìîæíî, ïðèäåòñÿ ïîäáèðàòü. ÐË

ÑÕÅÌÛ

41

Ñõåìà îãðàíè÷åíèÿ òîêà îñòàíåòñÿ õîëîäíîé Anthony Smith Electronic Design

Ìíîãèå ÷èòàòåëè âåðîÿòíî çíàêîìû ñ äâóõÌ ïîëþñíûìè ñõåìàìè îãðàíè÷èòåëåé òîêà, èñïîëüçóåìûìè íà ïðîòÿæåíèè ìíîãèõ ëåò. Ýòè ñõåìû èñêëþ÷èòåëüíî ýôôåêòèâíû âåçäå, ãäå ðàáî÷èå òîêè îòíîñèòåëüíî ìàëû, à íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ íå ñëèøêîì âûñîêè. Íî èõ ñóùåñòâåííûì íåäîñòàòêîì ÿâëÿåòñÿ áîëüøàÿ ìîùíîñòü, ðàññåèâàåìàÿ íà ïðîõîäíîì òðàíçèñòîðå â ðåæèìå îãðàíè÷åíèÿ. Äëÿ ìíîãèõ ïðèëîæåíèé öåíà, ðàçìåðû è âåñ êîìïîíåíòîâ çàùèòû, ñïîñîáíûõ âûäåðæèâàòü ìîùíîñòü, ðàññåèâàåìóþ ïðè êîðîòêîì çàìûêàíèè, ìîãóò îêàçàòüñÿ íåïðèåìëåìûìè. Íî, äîáàâèâ âñåãî íåñêîëüêî íåäîðîãèõ ýëåìåíòîâ, ìîæíî ñäåëàòü ñõåìó, ýôôåêòèâíî îãðàíè÷èâàþùóþ òîê è, îäíîâðåìåííî, çàùèùàþùóþ ïðîõîäíîé òðàíçèñòîð. Çàòåìíåíèåì íà Ðèñóíêå 1 âûäåëåíà òðàäèöèîííàÿ äâóõïîëþñíàÿ öåïü îãðàíè÷èòåëÿ òîêà. Åñëè áû ñõåìà ñîñòîÿëà òîëüêî èç ýòèõ ýëå-

ìåíòîâ, íàïðÿæåíèå áàçà-ýìèòòòåð (VBE) òðàíçèñòîðà Q1 ïðèáëèæåííî îïðåäåëÿëîñü áû ñîïðîòèâëåíèåì ðåçèñòîðà R1 è òîêîì íàãðóçêè IL â ñîîòâåòñòâèè ñ âûðàæåíèåì

VBE »

IL .

R1

Äî òåõ ïîð, ïîêà íàïðÿæåíèÿ VBE íå õâàòàåò äëÿ òîãî, ÷òîáû îòêðûòü Q1, ðåçèñòîð R2 óäåðæèâàåò Q2 â ïîëíîñòüþ îòêðûòîì ñîñòîÿíèè, è âåëè÷èíà âûõîäíîãî òîêà îïðåäåëÿåòñÿ òîëüêî ñîïðîòèâëåíèåì íàãðóçêè è ïàäàþùèì íà íåé íàïðÿæåíèåì VL. Åñëè òîê íàãðóçêè óâåëè÷èòñÿ äî óðîâíÿ, ïðè êîòîðîì VBE ïðèáëèçèòñÿ ê 0.7 Â, Q1 íà÷íåò îòêðûâàòüñÿ, óìåíüøàÿ íàïðÿæåíèå áàçà-ýìèòòåð òðàíçèñòîðà Q2 è ÷àñòè÷íî çàêðûâàÿ åãî.  ðåçóëüòàòå, òîê íàãðóçêè

R1

Q2

VBE R2 Íàïðÿæåíèå + ïèòàíèÿ – VS

IL

Q1

Q3

R3

VL

Íàãðóçêà

R4

C1

Ðèñóíîê 1. Ïðè êîðîòêîì çàìûêàíèè â íàãðóçêå âûäåëåíèå ÷ðåçìåðíîé ìîùíîñòè ìîæåò âûâåñòè èç ñòðîÿ òðàäèöèîííûé äâóõïîëþñíûé îãðàíè÷èòåëü òîêà (çàòåìíåííàÿ îáëàñòü), íî äîáàâëåíèå íåñêîëüêèõ êîìïîíåíòîâ íàäåæíî çàùèòèò ñõåìó â ïîäîáíîé ñèòóàöèè.

42

ÑÕÅÌÛ

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

çàôèêñèðóåòñÿ íà óðîâíå, êîòîðûé, â ïåðâîì ïðèáëèæåíèè, ìîæíî ñ÷èòàòü ïîñòîÿííûì è ðàâíûì

ICL »

0 .7 Â .

R1

Ýòà ñõåìà ïðåêðàñíî ðàáîòàåò äî òåõ ïîð, ïîêà âåëè÷èíà òîêà îñòàåòñÿ â ïðèåìëåìûõ ãðàíèöàõ. Íî â ñëó÷àå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ íàãðóçêè òîê IL ñòàíîâèòñÿ íàñòîëüêî áîëüøèì, ÷òî ìîæåò âûâåñòè ñõåìó èç ñòðîÿ. Íàïðèìåð, åñëè ðàñ÷åòíûé ïîðîã îãðàíè÷åíèÿ òîêà ñîñòàâëÿåò 500 ìÀ, à íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ VS = 15 Â, òî ïðè êîðîòêîì çàìûêàíèè â íàãðóçêå ðàññåèâàåìàÿ íà Q2 ìîùíîñòü ìîæåò äîñòè÷ü ïî÷òè 7.5 Âò. Ïðè ýòîì ïðèäåòñÿ íå òîëüêî âûáèðàòü ñîîòâåòñòâóþùèé òðàíçèñòîð, íî è óñòàíàâëèâàòü åãî íà òåïëîîòâîä, ÷òîáû ïîääåðæèâàòü òåìïåðàòóðó ïåðåõîäà íà áåçîïàñíîì óðîâíå. Äîïîëíèòåëüíûå êîìïîíåíòû, èçîáðàæåííûå íà ñõåìå âíå çàòåìíåííîé îáëàñòè, çàùèùàþò ïðîõîäíîé òðàíçèñòîð Q2, âûêëþ÷àÿ åãî, åñëè ðàññåèâàåìàÿ èì ìîùíîñòü ïðåâûñèò óñòàíîâëåííûé óðîâåíü. Òðåòèé òðàíçèñòîð Q3, ïîÿâèâøèéñÿ â ýòîé ñõåìå, â íîðìàëüíîì ðåæèìå îñòàåòñÿ âûêëþ÷åííûì è íèêàê íå âëèÿåò íà ðàáîòó óñòðîéñòâà. Íî â ñëó÷àå ëþáîé íåèñïðàâíîñòè, áóäü òî ÷ðåçìåðíîå ïîâûøåíèå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, èëè àíîìàëüíûé ðîñò âûõîäíîãî òîêà, íàïðÿæåíèå áàçà-ýìèòòåð Q3 ñòàíîâèòñÿ äîñòàòî÷íî áîëüøèì, ÷òîáû îòêðûòü òðàíçèñòîð. Ïðè âêëþ÷åíèè Q3 íàïðÿæåíèå áàçàýìèòòåð òðàíçèñòîðà Q2 ïàäàåò ïî÷òè äî íóëÿ, âñëåäñòâèå ÷åãî Q2 çàêðûâàåòñÿ, è ïðîòåêàíèå òîêà ÷åðåç íàãðóçêó ïðåêðàùàåòñÿ. Êîíäåíñàòîð C1 âûïîëíÿåò îïðåäåëåííóþ ôèëüòðóþùóþ ôóíêöèþ, ïðåäîòâðàùàÿ ëîæíûå ñðàáàòûâàíèÿ ñõåìû. Îáû÷íî äîñòàòî÷íî åìêîñòè îò 10 äî 100 íÔ. Çàìåòèì, ÷òî â îòñóòñòâèå íàãðóçêè ñõåìà íå çàáèðàåò îò èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ íèêàêîé ìîùíîñòè. Ðàáîòà ñõåìû çàùèòû îñíîâàíà íà òîì, ÷òî íàïðÿæåíèå íà äåëèòåëå R3, R4 ðàâíî ñóììå íàïðÿæåíèé áàçà-ýìèòòåð òðàíçèñòîðà Q1 è êîëëåêòîð-ýìèòòåð Q2.  íîðìàëüíîì ðåæèìå, êîãäà îãðàíè÷èòåëü àêòèâåí è óäåðæèâàåò òîê íàãðóçêè íà ïîñòîÿííîì óðîâíå ICL, íàïðÿæåíèå VBE òðàíçèñòîðà Q1 îòíîñèòåëüíî ïîñòîÿííî è ðàâíî ïðèìåðíî 0.7 Â, à íàïðÿæåíèå êîëëåêòîð-ýìèèòåð Q2 ñðàâíèòåëüíî íåâåëèêî.  ðåçóëüòàòå Q3 îñòàåòñÿ çàêðûòûì.

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

Ïðè âîçíèêíîâåíèè íåèñïðàâíîñòè íàïðÿæåíèå êîëëåêòîð-ýìèòòåð òðàíçèñòîðà Q2 óâåëè÷èòñÿ è íà÷íåò îòêðûâàòü òðàíçèñòîð Q3. Ïî ìåðå îòêðûâàíèÿ Q3 áóäåò çàêðûâàòüñÿ Q2, ñíèæåíèå íàïðÿæåíèÿ íà íàãðóçêå ïðèâåäåò ê åùå áîëüøåìó ïàäåíèþ íàïðÿæåíèÿ íà äåëèòåëå R3, R4, è, íàêîíåö, Q3 îòêðîåòñÿ ïîëíîñòüþ. Òàêàÿ ïîëîæèòåëüíàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü ãàðàíòèðóåò ìàëîå âðåìÿ âêëþ÷åíèÿ çàùèòû. Ñõåìà îãðàíè÷èòåëÿ òîêà îêîí÷àòåëüíî çàùåëêíåòñÿ (IL = 0) è áóäåò îñòàâàòüñÿ â òàêîì ñîñòîÿíèè ëèáî äî âûêëþ÷åíèÿ è ïîâòîðíîãî âêëþ÷åíèÿ ïèòàíèÿ, ëèáî äî îòêëþ÷åíèÿ íàãðóçêè. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî ðàññåèâàåìàÿ íà òðàíçèñòîðå Q2 ìîùíîñòü ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíà åãî íàïðÿæåíèþ êîëëåêòîð-ýìèòòåð. Ïîýòîìó ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà äåëèòåëå R3, R4 ìîæåò ñëóæèòü ýôôåêòèâíûì ïîêàçàòåëåì êîëè÷åñòâà ýíåðãèè, âûäåëÿåìîé Q2. Äåëèòåëü ìîæåò áûòü ðàññ÷èòàí òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû ìîùíîñòü ðàññåèâàíèÿ Q2 íèêîãäà íå ïðåâûøàëà áåçîïàñíîãî óðîâíÿ. Ñ÷èòàÿ, ÷òî íàïðÿæåíèÿ VBE òðàíçèñòîðîâ Q1 è Q3 ïðèìåðíî ðàâíû, ìîæíî ïîëó÷èòü âûðàæåíèå, â ïåðâîì ïðèáëèæåíèè ñâÿçûâàþùåå ñîîòíîøåíèå ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ äåëèòåëÿ (R3 è R4) ñ ìàêñèìàëüíîé áåçîïàñíîé ìîùíîñòüþ ðàññåèâàíèÿ Q2 (PDMAX), íàïðÿæåíèåì áàçà-ýìèòòòåð (VBE) è ïîðîãîì îãðàíè÷åíèÿ òîêà (ICL):

R4 PDMAX = R3 ICL ´ VBE Ðàññìîòðèì ïðèìåð ñõåìû ñ íîìèíàëüíûì íàïðÿæåíèåì ïèòàíèÿ 12  è ìàêñèìàëüíûì âûõîäíûì òîêîì 100 ìÀ, îòäàâàåìûì â íàãðóçêó ñ ñîïðîòèâëåíèåì íå íèæå 80 Îì. Ïðè òàêèõ óñëîâèÿõ ìàêñèìàëüíàÿ ìîùíîñòü, ðàññåèâàåìàÿ òðàíçèñòîðîì Q2, áóäåò íàõîäèòüñÿ â ïðåäåëàõ 330 ìÂò.  êà÷åñòâå Q2 âûáåðåì òðàíçèñòîð 2N3906 ñ ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòüþ ðàññåèâàíèÿ 625 ìÂò ïðè 25°C, è çàäàäèìñÿ ïðåäåëüíûì áåçîïàñíûì óðîâíåì ìîùíîñòè PDMAX = 500 ìÂò. ×òîáû ïîðîãîâûé òîê ICL ðàâíÿëñÿ 100 ìÀ, âåëè÷èíà ñîïðîòèâëåíèÿ R1 äîëæíà ñîñòàâëÿòü ïðèáëèçèòåëüíî 6.8 Îì. Åñëè íàïðÿæåíèå áàçà-ýìèòòåð òðàíçèñòîðîâ Q1 è Q3 ðàâíî 0.7 Â, ïðèâåäåííîå

ÑÕÅÌÛ

43

Ìîùíîñòü, ðàññåèâàåìàÿ Q2 (ìÂò)

750 698.8 620.6

650 534.3 550

488.7 450.1

450

404.3 361.2 319.9

350

280.7 244.0

250 201.7 150 95

90

85

80

75

70

65

60

55

50

45

Ñîïðîòèâëåíèå íàãðóçêè (Îì)

Ðèñóíîê 2.  òðàäèöèîííîé ñõåìå îãðàíè÷èòåëÿ òîêà (÷åðíàÿ ëèíèÿ) ìîùíîñòü ðàññåèâàíèÿ òðàíçèñòîðà Q2 â ñëó÷àå íåèñïðàâíîñòè ìîæåò äîñòè÷ü îïàñíîãî óðîâíÿ. Îãðàíè÷èòåëü ñ öåïüþ çàùèòû îòêëþ÷àåò ñõåìó (êðàñíàÿ ëèíèÿ), åñëè ñîïðîòèâëåíèå íàãðóçêè ñòàíîâèòñÿ ñëèøêîì íèçêèì.

âûøå âûðàæåíèå äàåò R4/R3 = 7.14. Áëèæàéøèå ñòàíäàðòíûå çíà÷åíèÿ ñîïðîòèâëåíèé ðàâíû 6.8 êÎì è 1 êÎì äëÿ ðåçèñòîðîâ R4 è R3, ñîîòâåòñòâåííî. Ïðè òàêèõ íîìèíàëàõ âûêëþ÷åíèå òðàíçèñòîðà Q2 áóäåò ïðîèñõîäèòü ïðè ðàññåèâàíèè èì ìîùíîñòè áîëåå 470 ìÂò. Ãðàôèêè íà Ðèñóíêå 2 èëëþñòðèðóþò ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé ñõåìû, â êîòîðîé èñïîëüçîâàëèñü ðåçèñòîðû ñ ðàññ÷èòàííûìè âûøå ñîïðîòèâëåíèÿìè. Ïðèâåäåíà çàâèñèìîñòü ìîùíîñòè, ðàññåèâàåìîé òðàíçèñòîðîì Q2, îò ñîïðîòèâëåíèÿ íàãðóçêè ïðè åãî èçìåíåíèè îò 95 Îì äî 45 Îì. Âñå òðàíçèñòîðû òèïà 2N3906, R2 = 1 êÎì, VS = 12 Â.

44

×åðíàÿ ëèíèÿ îïèñûâàåò ïîâåäåíèå îãðàíè÷èòåëÿ òîêà áåç ñõåìû çàùèòû (Q3, R3 è R4 íå óñòàíîâëåíû). Êàê âèäèì, ðàññåèâàåìàÿ òðàíçèñòîðîì ìîùíîñòü ðàñòåò ñ óìåíüøåíèåì íàãðóçêè, äîñòèãàÿ îïàñíîãî ïîðîãà ïðè ñîïðîòèâëåíèè 50 Îì. Êîðîòêîå çàìûêàíèå íàãðóçêè ïî÷òè íàâåðíÿêà ðàçðóøèëî áû ñõåìó. Êðàñíàÿ ëèíèÿ ñîîòâåòñòâóåò õàðàêòåðèñòèêàì ïîëíîé ñõåìû, â êîòîðóþ äîáàâëåíû ýëåìåíòû çàùèòû Q3, R3 è R4.  ýòîì ñëó÷àå ñõåìà îòêëþ÷àåòñÿ ïðè ìîùíîñòè ðàññåèâàíèÿ ïîðÿäêà 420 ìÂò (ñïàä êðàñíîé ëèíèè ê íóëþ), ÷òî íåñêîëüêî ìåíüøå ïðåäñêàçàííîãî ôîðìóëîé çíà÷åíèÿ 470 ìÂò. ÐË

ÑÕÅÌÛ

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

Ïðîñòàÿ ñõåìà äëÿ ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè ïî íèçêîâîëüòíûì ñèëîâûì ëèíèÿì Julia Truchsess Electronic Design Ñõåìà ðåøàåò ïðîáëåìó èíôîðìàöèîííîãî îáìåíà ïî êàáåëþ, â êîòîðîì íå îñòàëîñü ñâîáîäíûõ ïðîâîäîâ. Àìïëèòóäíî-ìàíèïóëèðîâàííûé ñèãíàë íåñóùåé ÷àñòîòû ìîæåò ïåðåäàâàòüñÿ ïî ëèíèÿì íèçêîâîëüòíîãî ïèòàíèÿ.

È

Èíîãäà âîçíèêàåò íåîáõîäèìîñòü îðãàíèçîâàòü îáìåí äàííûìè, êîãäà äëÿ âûäåëåííîé ëèíèè ñâÿçè â êàáåëå óñòðîéñòâà óæå íå îñòàëîñü íåèñïîëüçîâàííûõ ïðîâîäíèêîâ. Îáû÷íî òàêàÿ çàäà÷à ðåøàåòñÿ ñ ïîìîùüþ âûñîêî÷àñòîòíîé íåñóùåé, ìîäóëèðîâàííîé U3 L78L33AC

+3.3 Â

1 100 nF

äàííûìè è ïåðåäàâàåìîé ïî ñèëîâûì ëèíèÿì, â ÷àñòíîñòè, ïî ïðîâîäàì äîìàøíåé ýëåêòðîïðîâîäêè. Ïîèñêè â Èíòåðíåòå ïîêàçàëè, ÷òî, íåñìîòðÿ íà àêòóàëüíîñòü ýòîé ïðîáëåìû äëÿ ìíîãèõ ðàçðàáîò÷èêîâ, ïðîñòûõ, äåøåâûõ è íàä-

+12 Â

3 Out In Com 2 10 µF

L2 +12 Â 100 µH

L1 100 µH

Èñòî÷íèê ïèòàíèÿ

100 nF

+3.3 Â 100 nF VDD Íåñóùàÿ 2

ØÈÌ U1 PIC24FJXXX

TXD

TXD UART RXD

R1 220

5

4 3 U2 1 SN74LVC1G240DCKR

+3.3 Â 1

RXD D1

C1 âûõ

–

C1 âõ–

+

C1 âõ+

2 +3.3 Â R4 3900k

Êîìïàðàòîð OSC1

C1 10 nF

R2 10k

R5 51k X1

R3 51k

Ïðèåìîïåðåäàò÷èê 2

C3 100 pF

D4 2

OSC0 VSS

3

D3 C2 1 nF 4

3 1

BAS40-07 C4 10 nF

4

D2 BAS40-07

Ïðèåìîïåðåäàò÷èê 1

Ðèñóíîê 1. Åñëè â êàáåëå óñòðîéñòâà íå îñòàëîñü ñâîáîäíûõ ïðîâîäíèêîâ, ýòà ñðàâíèòåëüíî ïðîñòàÿ ñõåìà ïîçâîëèò îáìåíèâàòüñÿ äàííûìè ïî ëèíèè íèçêîâîëüòíîãî ïèòàíèÿ.

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

ÑÕÅÌÛ

45

åæíûõ ðåøåíèé äëÿ íèçêîâîëüòíûõ ñèñòåì íèêòî íå ïðåäëàãàåò. Íèæå îïèñàí ðåçóëüòàò ïîïûòêè âîñïîëíèòü ýòî ïðîáåë. Èìåéòå ââèäó, ÷òî áåç îáåñïå÷åíèÿ ñïåöèàëüíûõ ñõåìîòåõíè÷åñêèõ ìåð áåçîïàñíîñòè ýòà ñõåìà äëÿ âûñîêîâîëüòíûõ ïðèëîæåíèé íåïðèãîäíà. Óñòðîéñòâî, äëÿ êîòîðîãî ïîòðåáóåòñÿ ëèøü ïðèãîðøíÿ äèñêðåòíûõ êîìïîíåíòîâ è ïàðà ìèêðîñõåì, ìîæåò íàäåæíî ïåðåäàâàòü è ïðèíèìàòü äàííûå íà ñêîðîñòÿõ äî 32 êáèò/ñ ïðè ÷àñòîòå íåñóùåé 2.6 ÌÃö. Âåðîÿòíî, ýòó ñêîðîñòü ìîæíî ìíîãîêðàòíî óâåëè÷èòü, åñëè èñïîëüçîâàòü áîëåå âûñîêóþ íåñóùóþ ÷àñòîòó è ñîîòâåòñòâóþùèì îáðàçîì èçìåíèòü íîìèíàëû êîìïîíåíòîâ. Ñõåìà ìîæåò ðàáîòàòü íà êàáåëü åìêîñòüþ äî 10 íÔ è èìååò íèçêèé óðîâåíü ýëåêòðîìàãíèòíûõ èçëó÷åíèé. Îíà ïåðåäàåò äàííûå â ñòàíäàðòíîì ïîñëåäîâàòåëüíîì àñèíõðîííîì ôîðìàòå, ñîâìåñòèìîì ñ UART, íî ðàçðàáîò÷èêàì íè÷òî íå ìåøàåò èñïîëüçîâàòü ìàí÷åñòåðñêîå êîäèðîâàíèå èëè èíûå ïðîòîêîëû. Äëÿ ïðîñòîòû èñïîëüçîâàíà àìïëèòóäíàÿ ìàíèïóëÿöèÿ íåñóùåé è íå ïðåäóñìîòðåíî íèêàêèõ ñõåìîòåõíè÷åñêèõ ðåøåíèé äëÿ ïîäàâëåíèÿ ñîáñòâåííûõ øóìîâ, êðîìå õîðîøåãî îòíîøåíèÿ ñèãíàë/øóì. Ïðè æåëàíèè ðàçðàáîò÷èêè ìîãóò ðåàëèçîâàòü ïðîãðàììíîå îáíàðóæåíèå è êîððåêöèþ îøèáîê.

PIC ìèêðîêîíòðîëëåð ïî íàáîðó ïåðèôåðèè èäåàëüíî ïîäõîäèò äëÿ íàøåé ñõåìû.  ÷àñòíîñòè, áóäåò èñïîëüçîâàí åãî ìîäóëü ØÈÌ èëè ïðîãðàììèðóåìûé òàéìåð äëÿ ãåíåðàöèè ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ ñèãíàëà íåñóùåé, à òàêæå áûñòðîäåéñòâóþùèé êîìïàðàòîð ñ rail-to-rail âõîäàìè (Ðèñóíîê 1). Ðàçóìååòñÿ, ïðè íàëè÷èè ñîîòâåòñòâóþùèõ ïåðèôåðèéíûõ óñòðîéñòâ, ìîæíî èñïîëüçîâàòü ëþáîé äðóãîé ìèêðîêîíòðîëëåð.  ñõåìå ïîêàçàíû äâà òðàíñèâåðà. Ïðèåìîïåðåäàò÷èê 1 (ñëåâà) ÿâëÿåòñÿ «óäàëåííûì» óçëîì, ïîëó÷àþùèì ïèòàíèå îò «áàçîâîãî» Ïðèåìîïåðåäàò÷èêà 2 (ñïðàâà). Èíäóêòèâíîñòè L1 è L2 èçîëèðóþò âûñîêî÷àñòîòíóþ íåñóùóþ îò íèçêîèìïåäàíñíîé øèíû ïèòàíèÿ. Íåñêîëüêèõ óçëîâ ìîæíî ñîåäèíèòü â ìíîãîòî÷å÷íóþ øèíó, åñëè êàæäûé óçåë îòåëèòü îò ñèëîâîé ëèíèè ðàçâÿçûâàþùåé èíäóêòèâíîñòüþ. Ìîæíî èñïîëüçîâàòü íåáîëüøèå èíäóêòèâíîñòè äëÿ ïîâåðõíîñòíîãî ìîíòàæà, íî èõ ðàáî÷èé òîê äîëæåí ñ íåêîòîðûì çàïàñîì îáåñïå÷èâàòü ïèòàíèå íàãðóçêè.

46

Ïåðåäàþùàÿ ÷àñòü òðàíñèâåðà ñäåëàíà íà îäíîêàíàëüíîì òðåõñòàáèëüíîì äðàéâåðå øèíû U2 ñåìåéñòâà TinyLogic (Fairchild). Âûõîäû äðàéâåðà ïîäêëþ÷åíû ê øèíå ÷åðåç ýëåìåíòû R1 è C1. Ðåçèñòîð R1 îáåñïå÷èâàåò íåêîòîðóþ ôèëüòðàöèþ, ñíèæàþùóþ óðîâåíü ýëåêòðîìàãíèòíîãî èçëó÷åíèÿ, ñîçäàâàåìîãî êðóòûìè ôðîíòàìè ïðÿìîóãîëüíîé íåñóùåé. Òî÷êà ïîäêëþ÷åíèÿ ïðèåìíèêà îáðàçîâàíà ýëåìåíòàìè C2, D2 è D3, çà êîòîðûìè ñëåäóþò äâà ïèêîâûõ äåòåêòîðà. Ïåðâûé äåòåêòîð, ñ ïîñòîÿííîé âðåìåíè, ðàâíîé ïðèìåðíî îäíîé òðåòüåé äëèòåëüíîñòè èíôîðìàöèîííîãî áèòà, äåìîäóëèðóåò íåñóùóþ äëÿ âîññòàíîâëåíèÿ ñèíõðîíèçàöèè äàííûõ. Âòîðîé, ñ ïîñòîÿííîé âðåìåíè ïðèáëèçèòåëüíî â 50 ðàç ïðåâûøàþùåé äëèòåëüíîñòü áèòà äàííûõ, àäàïòèâíî âîññòàíàâëèâàåò óðîâåíü íåñóùåé. Ðåçèñòîðû R3 è R5 äåëÿò ýòîò óðîâåíü ïðèìåðíî äî äâóõ òðåòüèõ îò àìïëèòóäû íåñóùåé. Âûõîäû îáîèõ äåòåêòîðîâ ïîäêëþ÷åíû ê âõîäàì âíóòðåííåãî àíàëîãîâîãî êîìïàðàòîðà ìèêðîêîíòðîëëåðà, îêîí÷àòåëüíî ôîðìèðóþùåãî ïðÿìîóãîëüíûå ñèãíàëû äàííûõ, êîòîðûå ÷åðåç âíåøíþþ öåïü ïîñòóïàþò çàòåì íà UART. Ðåçèñòîð R4 ñëåãêà ñìåùàåò ââåðõ íåèíâåðòèðóþùèé âõîä êîìïàðàòîðà, ÷òîáû â îòñóòñòâèå îáìåíà îáåñïå÷èòü ïðåäñêàçóåìûé óðîâåíü «ëîã. 1». Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî âõîä è âûõîä òðàíñèâåðà âñåãäà ñîåäèíåíû âìåñòå, ïîýòîìó íàäî ïîçàáîòèòüñÿ î òîì, ÷òîáû ïðîãðàììà èãíîðèðîâàëà ñèãíàëû, ïðèíèìàåìûå îò ñîáñòâåííîãî ïåðåäàò÷èêà. Íà Ðèñóíêå 2 æåëòîé îñöèëëîãðàììîé ïðåäñòàâëåíû èñõîäíûå öèôðîâûå äàííûå,

Ðèñóíîê 2. Èñõîäíûå äàííûå (æåëòûé) ìîäóëèðóþò íåñóùóþ, ïåðåäàþòñÿ ïî ëèíèè ïèòàíèÿ (ñèíèé) è òî÷íî âîññòàíàâëèâàþòñÿ íà âûõîäå êîìïàðàòîðà (ðîçîâûé).

ÑÕÅÌÛ

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

Ðèñóíîê 3. Îñöèëëîãðàììà, èëëþñòðèðóþùàÿ ïðîöåññ äåìîäóëÿöèè è âîññòàíîâëåíèÿ äàííûõ. Íà ýòîì ðèñóíêå: ìîäóëèðîâàííûé ñèãíàë (ñèíèé), èíâåðòèðóþùèé âõîä êîìïàðàòîðà (æåëòûé), íåèíâåðòèðóþùèé âõîä êîìïàðàòîðà (çåëåíûé), âîññòàíîâëåííûå äàííûå (ðîçîâûé).

ïîñûëàåìûå óäàëåííûì òðàíñèâåðîì â ïåðåäàþùèé ïîðò UART. Ñèíèì öâåòîì ïîêàçàí ðåçóëüòàò ìîäóëÿöèè íåñóùåé, íàáëþäàåìûé íà øèíå ïèòàíèÿ. Ðîçîâûì öâåòîì îáîçíà÷åí äåìîäóëèðîâàííûé è âîññòàíîâëåííûé ñèãíàë, ïîñòóïàþùèé ñ âûõîäà êîìïàðàòîðà íà âõîä RXD UART. Ðèñóíîê 3 èëëþñòðèðóåò äåòàëè ïðîöåññà äåìîäóëÿöèè è âîññòàíîâëåíèÿ äàííûõ. Âõîäíîé àìïëèòóäíî-ìàíèïóëèðîâàííûé ñèãíàë (ñèíèé) ïîñëå îáðàáîòêè äâóìÿ äåòåêòîðàìè ïîñòóïàåò íà èíâåðòèðóþùèé è íåèíâåðòèðóþùèé âõîäû êîìïàðàòîðà (æåëòûé è çåëåíûé, ñîîòâåòñòâåííî). Äàííûå, âîññòàíîâëåííûå íà âûõîäå êîìïàðàòîðà, èçîáðàæåíû ðîçîâûì öâåòîì. ÐË

Íåñêîëüêî ñëîâ îá àâòîðå Äæóëèÿ Òðà÷ñåññ (Julia Truchsess) ñäåëàëà óñïåøíóþ êàðüåðó, ñîçäàâ ðÿä ýëåêòðîííûõ èãðóøåê, âêëþ÷àÿ MicroJammers, Rhythm

Äæóëèÿ â äîìàøíåì îôèñå ñî ñâîèì ìóæåì. (Ôîòî: David Friedman).

Digi-Frame áûëà «Ðîëëñ-Ðîéñîì ñðåäè ðàìîê». Äæóëèÿ âîçãëàâëÿåò êîìïàíèþ Pragmatic Designs (www.pragmaticdesigns.com), ñîçäàííóþ â 1986 ã.

Äæóëèÿ ñ îäíîé èç êðóïíûõ ìîäåëåé DigiFrame. (Ôîòî: David Friedman).

Rods è Singing Bouncy Baby, ìíîãèå èç êîòîðûõ âûïóñêàëèñü ìèëëèîííûìè òèðàæàìè.  êîíöå 1990-õ Äæóëèè ïðèøëà â ãîëîâó èäåÿ öèôðîâûõ ôîòîðàìîê, ïðîèçâîäñòâî êîòîðûõ âñêîðå áûëî îðãàíèçîâàíî ïîä áðåíäîì DigiFrame. Ïîñëå äåáþòà Digi-Frame ïîõîæóþ ïðîäóêöèþ íà÷àëè âûïóñêàòü ìíîãèå êðóïíûå êîìïàíèè, íî, ïî ñëîâàì îáîçðåâàòåëåé,

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

Ðàáî÷åå ìåñòî Äæóëèè. (Ôîòî: David Friedman).

ÑÕÅÌÛ

47

Ìèêðîìîùíûå äàò÷èêè òîêà íà íîâîì êëàññå àíàëîãîâûõ ìèêðîñõåì Martin Tomasz, Sageloop Designs, ÑØÀ EE Times

Ó

Óñèëèòåëè äàò÷èêîâ òîêà ìîãóò êîíòðîëèðîâàòü òîêè àêêóìóëÿòîðîâ èëè ôòîýëåìåíòîâ, ïîçâîëÿÿ îöåíèâàòü âåëè÷èíó èçðàñõîäîâàííîãî çàðÿäà è îñòàâøååñÿ âðåìÿ ðàáîòû. Íî åñëè àêêóìóëÿòîð èëè ôîòîãàëüâàíè÷åñêèé èñòî÷íèê ñîñòîÿò èç åäèíñòâåííîãî ýëåìåíòà, î÷åíü íåïðîñòî ñäåëàòü ýêîíîìè÷íóþ ñõåìó äëÿ èçìåðåíèé ïðè íàïðÿæåíèè ìåíåå îäíîãî âîëüòà. Ðåøèòü ýòó ïðîáëåìó ïîçâîëÿåò íîâûé êëàññ ñâåðõ ìèêðîìîùíûõ ìèêðîñõåì, ïðåäñòàâëåííûé îïåðàöèîííûì óñèëèòåëåì TS1001, ïîòðåáëÿþùèì òîê 0.6 ìêÀ ïðè íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ 0.8 Â, (Ðèñóíîê 1). Ýòà ñõåìà ðàáîòîñïîñîáíà ïðè íàïðÿæåíèè 0.8  è â îòñóòñòâèå íàãðóçêè ïîòðåáëÿåò âñåãî 860 íÀ. Ïðè èçìåðåíèè òîêîâ îò 0 äî

100 ìÀ íà ïîëíóþ øêàëó

100 ìÀ âûõîäíîé ñèãíàë èçìåíÿåòñÿ â äèàïàçîíå îò 0 äî 500 ìÂ, õîòÿ, ïåðåñ÷èòàâ ñîïðîòèâëåíèÿ ðåçèñòîðîâ, ýòî ñîîòíîøåíèå íåñëîæíî èçìåíèòü. Ïðè òàêîé èñêëþ÷èòåëüíî íèçêîé ìîùíîñòè ïîòðåáëåíèÿ ñõåìà ìîæåò îñòàâàòüñÿ âêëþ÷åííîé ïîñòîÿííî, îáåñïå÷èâàÿ íåïðåðûâíûé êîíòðîëü òîêà, çíà÷åíèå êîòîðîãî çàòåì ìîæåò ïåðèîäè÷åñêè ñ÷èòûâàòüñÿ ìèêðîêîíòðîëëåðîì. Ñðåäè ïðî÷åãî, ñõåìà ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ îöåíêè âíóòðåííåãî ñîïðîòèâëåíèÿ ìèíèàòþðíûõ ÷àñîâûõ ùåëî÷íûõ áàòàðåé, õàðàêòåðèçóþùåãî óðîâåíü íåèçðàñõîäîâàííîãî çàðÿäà. Èçìåðåíèå íàïðÿæåíèÿ íà áàòàðåå ïðè íåèçâåñòíîì òîêå íàãðóçêè îáû÷íî äàåò ëèøü ãðóáîå ïðåäñòàâëåíèå î

100 ì íà ïîëíóþ øêàëó

ÂÕÎÄ

ê íàãðóçêå R2 1W

R1 1kW

–

Äèñêîâàÿ áàòàðåéêà LR44 (1 – 1.5 Â)

+

vdd C2 0.1µF

100 ìêÀ íà ïîëíóþ øêàëó

vss

Q1 BSH205

VIN VIL

0.5 Â íà ïîëíóþ øêàëó R3 5kW

Ìèêðîêîíòðîëëåð Cypress CY8C38

U1 TS1001

ÀÖÏ

C1 0.22µF

t = RC = 1.1 ìñ

Ðèñóíîê 1. Íèçêîâîëüòíûé óñèëèòåëü äàò÷èêà òîêà íà îñíîâå ñâåðõ ìèêðîìîùíîãî ÎÓ è íèçêîïîðîãîâîãî P-êàíàëüíîãî MOSFET.

48

ÑÕÅÌÛ

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

600

500

VIL (ìÂ)

400

300

200 èçìåðåííîå çíà÷åíèå îæèäàåìîå çíà÷åíèå

100

0 0

20

40

60

80

100

120

Òîê íàãðóçêè (ìÀ)

Ðèñóíîê 2. Èçìåðåííàÿ çàâèñèìîñòü VIL îò âõîäíîãî òîêà.

ñòåïåíè åå ðàçðÿäà, à «èìïóëüñíûå òåñòû», ðåêîìåíäóåìûå íåêîòîðûìè èçãîòîâèòåëÿìè áàòàðåé, ìîãóò îêàçàòüñÿ ôàòàëüíûìè äëÿ ïîäêëþ÷åííîé ê áàòàðåå ñõåìû. ÎÓ TS1001 âìåñòå ñ P-êàíàëüíûì MOSFET Q1 îáðàçóþò èñòî÷íèê òîêà, ïðîòåêàþùåãî ÷åðåç ñîïðîòèâëåíèå R1 è êîìïåí-

ñèðóþùåãî ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà R2, âûçâàííîå òîêîì, òåêóùèì îò âõîäà ê íàãðóçêå. Ñîïðîòèâëåíèå R3 ïðåîáðàçóåò òîê ñòîêà Q1 â íàïðÿæåíèå, à êîíäåíñàòîð C1 îáåñïå÷èâàåò ôèëüòðàöèþ, íåîáõîäèìóþ äëÿ êîððåêòíîãî èçìåðåíèÿ ñðåäíåãî çíà÷åíèÿ òîêà óñèëèòåëåì äàò÷èêà, ïîçâîëÿþùåãî ìèêðîêîíòðîëëåðó äëèòåëüíîå âðåìÿ îñòàâàòüñÿ â ðåæèìå ñíà è âêëþ÷àòüñÿ òîëüêî äëÿ ñ÷èòûâàíèÿ óðîâíÿ òîêà. Òî÷íîñòü ñõåìû èñêëþ÷èòåëüíî âûñîêà è, êàê ïðàâèëî, îãðàíè÷åíà òîëüêî òî÷íîñòüþ èñïîëüçóåìûõ ðåçèñòîðîâ. Ýòà ñõåìà òðåáóåò î÷åíü âíèìàòåëüíîãî îòíîøåíèÿ ê íàïðÿæåíèþ ñìåùåíèÿ óñèëèòåëÿ. Ñîãëàñíî ñïåöèôèêàöèè, ìàêñèìàëüíîå íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ ÎÓ TS1001 ïðè 25 °C ñîñòàâëÿåò ±3 ìÂ, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò îøèáêå èçìåðåíèÿ ±3 ìÀ. Íà Ðèñóíêå 2 ñìåùåíèå ðàâíî ïðèáëèçèòåëüíî 2.5 ìÀ. Íåîáõîäèìî òàêæå ó÷èòûâàòü, ÷òî òîê óòå÷êè ñòîê-èñòîê òðàíçèñòîðà ïðè 25 °C ñîñòàâëÿåò íåñêîëüêî äåñÿòêîâ íàíîàìïåð, à â ïîëíîì äèàïàçîíå ðàáî÷èõ òåìïåðàòóð ìîæåò äîñòèãàòü 1 ìêÀ. Ïîñêîëüêó òîê Q1 ýôôåêòèâíî ñòàáèëèçèðóåòñÿ ïåòëåé îáðàòíîé ñâÿçè, çàìêíóòîé ÷åðåç

50 ì íà ïîëíóþ øêàëó

100 ìêÀ/500 ìêÀ íà ïîëíóþ øêàëó ÂÕÎÄ

ê íàãðóçêå R2 500W

5 ìêÀ íà ïîëíóþ øêàëó

R7A 124W

R7B 1W Ìèêðîêîíòðîëëåð Cypress CY8C38

Q1 BSH205

R1 10kW

ðàñøèðåííàÿ øêàëà (Q1 âêë.) vdd

C2 0.1µF

Ñîëíå÷íûå PIN ýëåìåíòû 3x Vishay BPW34

Q1 BSH205

vss

óìåíüøåííàÿ øêàëà (Q1 âûêë.)

– U2 74AUP2G02

+

Âõîäû/ âûõîäû îáùåãî íàçíà÷åíèÿ

U1 TS1001 VIN VIL

500 ì íà ïîëíóþ øêàëó R3 100kW

C1 1µF

t = RC = 100 ìñ

+ –

U3 TS1001

ÀÖÏ

Áóôåðèçîâàííûé âûõîä VIL (äîïîëíèòåëüíî)

Ðèñóíîê 3. Ñâåðõýêîíîìè÷íàÿ ñõåìà èçìåðåíèÿ òîêà ñ êîððåêöèåé ñìåùåíèÿ îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ.

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

ÑÕÅÌÛ

49

TS1001, ëþáàÿ óòå÷êà ìåæäó ñòîêîì è èñòîêîì ïðîÿâëÿåòñÿ êàê äîïîëíèòåëüíàÿ òîêîâàÿ «ïîäïîðêà», ãåíåðèðóþùàÿ ñîîòâåòñòâóþùåå ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà R3, îãðàíè÷èâàþùåå ìèíèìàëüíûé óðîâåíü èçìåðÿåìîãî òîêà. Ïîýòîìó èñïîëüçóåìûé îáû÷íî ìåòîä èñêëþ÷åíèÿ íàïðÿæåíèÿ ñìåùåíèÿ â óñèëèòåëå äàò÷èêà ïóòåì âû÷èòàíèÿ íàïðÿæåíèÿ VIN, èçìåðåííîãî ïðè îòñóòñòâèè íàãðóçêè, çäåñü ðàáîòàòü íå áóäåò, òàê êàê âëèÿíèå ýòîãî ôàêòîðà íåâîçìîæíî îòäåëèòü îò âëèÿíèÿ «ïîäïîðêè». Íà Ðèñóíêå 3 ïðèâåäåíà àëüòåðíàòèâíàÿ êîíôèãóðàöèÿ, ïîçâîëÿþùàÿ âûïîëíÿòü êàëèáðîâêó óñèëèòåëÿ äëÿ êîìïåíñàöèè ñìåùåíèÿ. Ñõåìà ðàññ÷èòàíà íà èçìåðåíèå î÷åíü ìàëåíüêèõ òîêîâ, â äàííîì ñëó÷àå, ãåíåðèðóåìûõ òðåìÿ ïîñëåäîâàòåëüíî ñîåäèíåííûìè ôîòîãàëüâàíè÷åñêèìè ýëåìåíòàìè íà îñíîâå PIN äèîäîâ. Ñõåìó ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ ñëåæåíèÿ çà òî÷êîé ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè â ñîñòàâå ñèñòåìû ñáîðà ýíåðãèè, ãäå ìèêðîêîíòðîëëåð, óïðàâëÿÿ íàãðóçêîé, ñòðåìèòñÿ ïîääåðæèâàòü ìàêñèìàëüíûé óðîâåíü ïðîèçâåäåíèÿ V ´ I äëÿ îïòèìèçàöèè èçâëåêàåìîé ìîùíîñòè. Ïðèíöèï ðàáîòû ýòîé ñõåìû àíàëîãè÷åí ïðåäûäóùåé, èçîáðàæåííîé íà Ðèñóíêå 1, íî â íåé äîáàâëåí ïåðåêëþ÷àòåëü, ïîçâîëÿþùèé âûáèðàòü îäèí èç äâóõ äèàïàçîíîâ èçìåðåíèÿ 100 ìêÀ èëè 500 ìêÀ. Ìàêñèìàëüíîå ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà èçìåðèòåëüíîì ðåçèñòîðå R2 äëÿ ïîâûøåíèÿ ýôôåêòèâíîñòè çäåñü óìåíüøåíî äî 50 ìÀ. Îäíàêî èçìå-

50

ðåíèÿ íà ìåíüøåé øêàëå ïðè ñìåùåíèè ÎÓ, ðàâíîì ±3 ìÂ, òåïåðü áóäóò ñîïðîâîæäàòüñÿ îøèáêîé â 6%, ÷òî ìîæåò îêàçàòüñÿ íåïðèåìëåìûì. Ýòî ñìåùåíèå ìîæíî âû÷èñëèòü è âû÷èòàòü èç ïîñëåäóþùèõ ðåçóëüòàòîâ, èçìåðèâ îäèí è òîò æå ïàðàìåòð ïðè äâóõ êîýôôèöèåíòàõ óñèëåíèÿ. Òîãäà íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ VOF áóäåò ðàâíî

VOF = VIL _ G2 ´

R G1 R G2 - VIL _ G1 ´ R G1 - R G2 R G1 - R G2

ãäå VIL_G1 è VIL_G2 – íàïðÿæåíèÿ, èçìåðåííûå, ñîîòâåòñòâåííî, íà ìåíüøåì è áîëüøåì äèàïàçîíàõ, è ãäå

R G1 = R 2 R G2 =

R 2R 7 R2 + R7

 ïîñëåäíèå ãîäû òðåáîâàíèÿ ê ìîùíîñòè, ïîòðåáëÿåìîé ñèñòåìàìè ñ ìèêðîêîíòðîëëåðàìè, ñòàíîâÿòñÿ âñå áîëåå æåñòêèìè. Ïîÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü èõ ïèòàíèÿ îò òàêèõ èñòî÷íèêîâ, êàê îäíîýëåìåíòíûå àêêóìóëÿòîðû èëè ìèíèàòþðíûå ôîòîãàëüâàíè÷åñêèå ÿ÷åéêè. Ìèêðîìîùíûå àíàëîãîâûå ñõåìû, ïîäîáíûå îïèñàííûì âûøå, ðàñõîäóÿ íè÷òîæíûé òîê, ìîãóò îñòàâàòüñÿ âêëþ÷åííûìè ïîñòîÿííî, ïðåäîñòàâëÿÿ êîíòðîëëåðó âîçìîæíîñòü äëèòåëüíîå âðåìÿ îñòàâàòüñÿ â ðåæèìå ñíà è âêëþ÷àòüñÿ òîëüêî äëÿ ïåðèîäè÷åñêîãî êîíòðîëÿ ïàðàìåòðîâ áàòàðåé. ÐË

ÑÕÅÌÛ

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

Ìàãíèòîòåðàïåâòè÷åñêàÿ óñòàíîâêà Ñåðãåé Øèøêèí, ã. Ñàðîâ, Íèæåãîðîäñêàÿ îáë.  ñòàòüå îïèñàíà ìàãíèòîòåðàïåâòè÷åñêàÿ óñòàíîâêà, ðàçîáðàí àëãîðèòì åå ðàáîòû, ïðèâåäåíà ñõåìîòåõíèêà

Ì

Ìàãíèòîòåðàïåâòè÷åñêàÿ óñòàíîâêà (äàëåå óñòàíîâêà) ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ ëå÷åíèÿ ðàçëè÷íûõ çàáîëåâàíèé ïóòåì âîçäåéñòâèÿ íà ïàöèåíòà îõâàòûâàþùèìè åãî ìàãíèòíûìè ïîëÿìè, ïåðåìåùàþùèìèñÿ â ïðîñòðàíñòâå. Óñòàíîâêà ñîñòîèò èç áëîêà óïðàâëåíèÿ è èíäóêòîðà. Îñíîâíàÿ ôóíêöèÿ óñòàíîâêè – îáåñïå÷èòü ñîçäàíèå èìïóëüñîâ çàòóõàþùåãî òðåõôàçíîãî ïåðåìåííîãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ ñ âîçìîæíîñòüþ âàðèàöèè åãî èíäóêöèè,

äëèòåëüíîñòè âîçäåéñòâèÿ è êîíôèãóðàöèè. Ïðè ýòîì íåîáõîäèìî îáåñïå÷èòü ñîáëþäåíèå òðåáîâàíèé ïî ýëåêòðîáåçîïàñíîñòè, ïðåäúÿâëÿåìûõ ê óñòàíîâêàì ïîäîáíîãî òèïà, êàê ê èçäåëèÿì ìåäèöèíñêîé òåõíèêè. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà óñòàíîâêè ïðèâåäåíà íà Ðèñóíêå 1, èíòåðôåéñ áëîêà óïðàâëåíèÿ – íà Ðèñóíêå 2. Îáîçíà÷åíèÿ ýëåìåíòîâ íà Ðèñóíêå 2, ñîîòâåòñòâóþùèå ïðèíöèïèàëüíîé ñõåìå, ïîêàçàíû óñëîâíî.

Îñíîâíûå òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè óñòàíîâêè ! Ñåòåâîå íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ,  ! Ïîòðåáëÿåìàÿ ìîùíîñòü, ÂÀ, íå áîëåå ! Ìàêñèìàëüíàÿ èíäóêöèÿ (ÂÌÀÊÑ), ìÒë

220 ±20%, 50 Ãö 150

# â öåíòðå ñîëåíîèäà # â áëèçè ñîëåíîèäà ! Äèàïàçîí ðåãóëèðîâêè èíäóêöèè â öåíòðå ñîëåíîèäà

4 ±0.7 26 ±6 îò 0.5 ÂÌÀÊÑ äî ÂÌÀÊÑ

! Äèñêðåòíîñòü çàäàíèÿ èíäóêöèè, ìÒë ! ×àñòîòà êîëåáàíèé òîêà â ñîëåíîèäå, Ãö ! ×àñòîòà ïîâòîðåíèÿ èìïóëüñîâ òîêà â ñîëåíîèäå, Ãö ! Ìàêñèìàëüíàÿ äëèòåëüíîñòü ñåàíñà, ìèí ! Äèñêðåòíîñòü çàäàíèÿ ñåàíñà, ìèí ! Äèàìåòð ñîëåíîèäà, ìì, íå áîëåå ! Êîëè÷åñòâî ñîëåíîèäîâ, øò ! Âèä ïîëÿ ïðè êîìïîíîâêå ñîëåíîèäîâ; # öèëèíäð # ïðèçìà ! Âðåìÿ íåïðåðûâíîé ðàáîòû ! Ãàáàðèòíûå ðàçìåðû áëîêà óïðàâëåíèÿ, ìì ! Ìàññà áëîêà óïðàâëåíèÿ, êã, íå áîëåå ! Ìàññà èíäóêòîðà, êã, íå áîëåå ! Óñëîâèÿ ýêñïëóàòàöèè: # òåìïåðàòóðà îêðóæàþùåé ñðåäû, °Ñ # äàâëåíèå, ìì. ðò. ñò. # âëàæíîñòü, %

0.5 100 ±15 1 ± 0.1 99 1 800 3

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

ÑÕÅÌÛ

áåãóùåå ïîëå âðàùàþùååñÿ ïîëå íå îãðàíè÷åíî 360 ´ 70 ´ 130 10 11 +15 … +35 645 … 795 45 … 75

51

+5V

+5V VT1 ÊÒ973À

R13 3k

R5 3k

S1 “p” ÏÊÍ125

VD2 ÊÄ522Á

Z

R6 3k

1

+5V VT2 ÊÒ973À

R7 3k

R2 33 F1

R8 3k

S2 “q” ÏÊÍ125

VD3 ÊÄ522Á

S3 “P” ÏÊÍ125

VD4 ÊÄ522Á

S4 “C” ÏÊÍ125

VD5 ÊÄ522Á

DD2 Ê514ÈÄ2

1

R1 33

1 2 3 4

2

3

5 1 1 2 2 4 4

DC A B C 8 D 3 E +5V BI F R15 1k 6 C G 14 OE +5V

P3.0

DD3 Ê555ÈÐ23

2

ZQ1 DD1 R9 ÐÊ100ÊÀ3k 12ÁÍ-10000Ê AT89C4051-24PI 5 X1 CPU AIN1 4 X2 AIN2 R10 2 P12 P3.0 RXD 3k 3 P13 3 1 P3.1 TXD 6 P14 INT0 2 7 P15 INT1 8 3 P16 R11 T0 4 9 P17 3k T1 11 P3.7 P3.7 RST

R3 33 F2 +5V VT4 ÊÒ973À

R4 33 F3

R12 3k

12 13 14 15 16 17 18 19

P3.7

3 4 7 8 13 14 17 18 11 1

D0 RG 2 D1 Q0 5 D2 Q1 6 D3 Q2 9 D4 Q3 D5 Q4 12 D6 Q5 15 D7 Q6 16 Q7 19 C OE

10 ìêÔ 25 Â + +5V R14 15k

VD1 ÊÖ407À

8

R16 680

U1.1 U1 249ÊÏ1

R17 680

Z F1 F2 F3

+5V

3

9

4

11

2

10

6

Çàðÿä Ôàçà1 Ôàçà2 Ôàçà3 ~8Â ~8Â GND

U1.2

13

S1

X2 HU-9

Öåïü

C2 68 ìêÔ 25 Â

C1 10 ìêÔ 16 Â

1 2 3 4

X1 WF-9

1 C3

+

+

1 2 3 4 5 1 6 2 7 3 8 4 5 6 7 8

4

DÀ1 ÊÐ142ÅÍ5À 2 17 STU

+5V

R18...R24 200

4

+5V VT3 ÊÒ973À

11 10 9 8 7 13 12

1 2 3 4 5 6 7 8 9

R13 2k

X3

“Ñåòü”

Öåïü ~220Â ~220Â Êîðïóñ

1 2 3

FU2 5À

FU3 0.16A

7

FA1 TVR10241

P3.1

FU1 5À

1 2 3 4 5 6

C4 3300 C5 0.068 ìêÔ 1000 Â C6 3300

”O”

1b 1a

1

2b 2a

2

SA1 JS-608F

”|” XT1

Ðèñóíîê 1. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà óñòàíîâêè.

52

ÑÕÅÌÛ

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

AB1 Áëîê óïðàâëåíèÿ A1.1 Ïëàòà óïðàâëåíèÿ +5V

5

+5V

6

R27 1k

R26 3k

R29 1k

R28 3k VT5

1 2 3 4 5 6 7

16 15 3 2 1 18 17 4

HG1.1 A B C D f E F e G H

a

+U

g

b

d

c h

1 2 3 4 5 6 7

14

+5V

7

R31 1k

R30 3k

11 10 8 6 5 12 7 9

A B C D f E F e G H

a

+U

g

b

d

c h

VT8 VT5...VT8

VT7

1 2 3 4 5 6 7

13

R33 1k

R32 3k

VT6 HG1.2

+5V

8

HG2.1

16 15 3 2 1 18 17 4

A B C D f E F e G H

+U

a g

b

d

c h

1 2 3 4 5 6 7

14

R25 300 S1

11 10 8 6 5 12 7 9

ÊÒ3107Å

HG2.2 A B C D f E F e G H

a

+U

g

b

d

c h

HG1, HG2 DA56-11GWA

X4 WF-4

R34 200

4

4

HL1.1

HL2.1

HL3.1

3

3

3

2

2

2

HL1.2 1

HL2.2 1

R36 300

R37 300

2

T1 9

HL3.2 1

R35 300 1

5

6

4

“1”

4

“2”

HL4.1

HL5.1 3

2

2

2

1

HL5.2 1

3

7

2

HL6.2

4

VD6 ÊÄ202Ò

HL1...HL6 KB2300SGD

1

16 15

12 11

“3”

1 2 3 4

1 2 3 4

HL6.1

3

1

4

4

3

HL4.2

3

14 13

2

BA1 HPA17A

X5 HU-4

Öåïü “1” “2” “3” AGND

+5V 4

13

VD8 ÊÄ202Ò

4

1

H1

H2

2

3

VD10 ÊÄ202Ò

R40 100ê

R41 100ê

VS2

C7 20 ìêÔ 1000 Â

R39 100ê R38 1ê

VD7 ÊÄ202Ò

VS3

VS4

VD9 ÊÄ202Ò

VD11 ÊÄ202Ò

VS5

VS6

H2

C8 100 ìêÔ 750 Â

VS1 H1

C9 100 ìêÔ 750 Â

1 2

3

6

X6 2ÐÌÄ27ÁÏÝ7Ã5Â1 1 2 3 5 6 7

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

Öåïü S11 S12 S21 S22 S31 S32

C10 100 ìêÔ 750 Â

1 2 3 4 5 6 7

ÑÕÅÌÛ

=A1-X1 2ÐÌÄ27ÊÏÍ7Ø5Â1 1 2 3 4 5 6

VS1…VS6 ÒÎ325-12,5-13 5

7

A2 Èíäóêòîð 1 2

L1

3 4

L2

5 6

L3

53

Èíäóêòîð ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé òðè êîëüöàñîëåíîèäà äèàìåòðîì 800 ìì. Ïðè÷åì êîëüöà ìîãóò êîìïîíîâàòüñÿ ïðè ïîìîùè êðåïåæíûõ ïðèñïîñîáëåíèé ëèáî â ïðèçìó äëÿ ñîçäàíèÿ âðàùàþùåãîñÿ ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ, ëèáî â öèëèíäð äëÿ ñîçäàíèÿ ëèíåéíî ïåðåìåùàþùåãîñÿ â ïðîñòðàíñòâå ïîëÿ. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ óñòàíîâêè çàêëþ÷àåòñÿ â ñëåäóþùåì. Ìèêðîêîíòðîëëåð DD1 îñóùåñòâëÿåò ðåãóëèðóåìûé çàðÿä òðåõ íàêîïèòåëüíûõ êîíäåíñàòîðîâ Ñ8…Ñ10, çàòåì ñ âûâîäîâ 7, 8 è 9 ìèêðîêîíòðîëëåð âûäàåò òðè çàäåðæàííûõ äðóã îòíîñèòåëüíî äðóãà èìïóëüñà, óïðàâëÿþùèõ, ñîîòâåòñòâåííî, îïòîòèðèñòîðàìè VS4…VS6. ×åðåç îïòîòèðèñòîðû íàêîïèòåëüíûå êîíäåíñàòîðû ðàçðÿæàþòñÿ íà òðè ñîëåíîèäà L1, L2 è L3 èíäóêòîðà À2. Ðàçðÿä â êàæäîì êîíòóðå íîñèò õàðàêòåð ñâîáîäíî çàòóõàþùèõ ñèíóñîèäàëüíûõ òîêîâ, ôàçû êîòîðûõ ñìåùåíû íà 120 ãðàäóñîâ.

HL1

HL2

Èíäóêöèÿ, ìÒë

Âðåìÿ, ìèí

HG1.1 HG1.2

HG2.1 HG2.2

HL4 HL5 HL6 S1

HL3 S2

S3

S4

P

S

Ðèñóíîê 2. Èíòåðôåéñ áëîêà óïðàâëåíèÿ.

 èíòåðôåéñ áëîêà óïðàâëåíèÿ óñòàíîâêè (Ðèñóíîê 2) âõîäÿò êëàâèàòóðà (êíîïêè S1…S4), èíäèêàòîðû HL1…HL6 è áëîê èíäèêàöèè (äèñïëåé) èç äâóõ äâóõðàçðÿäíûõ öèôðîâûõ ñåìèñåãìåíòíûõ èíäèêàòîðîâ HG1 è HG2. Êíîïêè êëàâèàòóðû èìåþò ñëåäóþùåå íàçíà÷åíèå: ! S1 (p) – óâåëè÷åíèå óðîâíÿ ìàãíèòíîé èíäóêöèè è äëèòåëüíîñòè ñåàíñà (ìèí). Óäåðæàíèå êíîïêè â íàæàòîì ñîñòîÿíèè áîëåå òðåõ ñåêóíä â ðåæèìå óñòàíîâêè äëèòåëüíîñòè ñåàíñà ïðèâîäèò ê íåïðåðûâíîìó óâåëè÷åíèþ çíà÷åíèÿ âðåìåíè íà òðè åäèíèöû ÷åðåç êàæäûå 0.2 ñ.

54

! S2 (q) – óìåíüøåíèå çíà÷åíèÿ ìàãíèòíîé èíäóêöèè, è äëèòåëüíîñòè ñåàíñà (ìèí.). Óäåðæàíèå êíîïêè â íàæàòîì ñîñòîÿíèè áîëåå òðåõ ñåêóíä â ðåæèìå óñòàíîâêè äëèòåëüíîñòè ñåàíñà ïðèâîäèò ê íåïðåðûâíîìó óìåíüøåíèþ çíà÷åíèÿ âðåìåíè íà òðè åäèíèöû ÷åðåç êàæäûå 0.2 ñ. ! S3 (Ð) – âûáîð çàäàâàåìîãî ïàðàìåòðà: èíäóêöèÿ èëè äëèòåëüíîñòü ñåàíñà.  ðåæèìå èçìåíåíèÿ èíäóêöèè âêëþ÷åí èíäèêàòîð HL1, HL2 âûêëþ÷åí.  ðåæèìå èçìåíåíèÿ äëèòåëüíîñòè ñåàíñà âêëþ÷åí èíäèêàòîð HL2, HL1, ñîîòâåòñòâåííî, âûêëþ÷åí. ! S4 ( Ñ) – («Ñòàðò/ñòîï»). Êíîïêà çàïóñêà èëè îñòàíîâà ïðîöåäóðû. Ðàçðÿäû èíäèêàöèè èíòåðôåéñà èìåþò ñëåäóþùåå íàçíà÷åíèå (íà Ðèñóíêå 2 ñëåâà íàïðàâî): ! 1 ðàçðÿä (èíäèêàòîð HG1.1) îòîáðàæàåò åäèíèöû çíà÷åíèÿ èíäóêöèè (ìÒë); ! 2 ðàçðÿä (èíäèêàòîð ÍG1.2) îòîáðàæàåò äåñÿòûå äîëè çíà÷åíèÿ èíäóêöèè (ìÒë); ! 3 ðàçðÿä (èíäèêàòîð ÍG2.1) îòîáðàæàåò äåñÿòêè ìèíóò; ! 4 ðàçðÿä (èíäèêàòîð ÍG2.2) îòîáðàæàåò åäèíèöû ìèíóò. Ñðàçó ïîñëå ïîäà÷è ïèòàíèÿ íà öèôðîâûõ èíäèêàòîðàõ èíäèöèðóþòñÿ íóëåâûå çíà÷åíèÿ. Èíäèêàòîð HL1 âêëþ÷åí, HL2 âûêëþ÷åí. Êíîïêàìè S1, S2 (p, q) óñòàíàâëèâàþòñÿ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ èíäóêöèè è äëèòåëüíîñòè ñåàíñà. Ïîñëå çàäàíèÿ ïàðàìåòðîâ äëÿ çàïóñêà íåîáõîäèìî íàæàòü êíîïêó S4 (Ñ). Óñòàíîâêà ïåðåõîäèò â ðàáî÷èé ðåæèì. Îñóùåñòâëÿåòñÿ çàðÿä è ðàçðÿä íàêîïèòåëüíûõ êîíäåíñàòîðîâ, èäåò îáðàòíûé îòñ÷åò çàäàííîãî âðåìåíè, îòîáðàæàåìîãî íà èíäèêàòîðå HG2. Äëÿ êîíòðîëÿ âðåìåíè ïðîöåäóðû (èëè ñåàíñà) â áëîêå óïðàâëåíèÿ îðãàíèçîâàí òàéìåð ñ îáðàòíûì îòñ÷åòîì âðåìåíè. Ðàññìîòðèì ôóíêöèîíàëüíûå óçëû ïðèíöèïèàëüíîé ñõåìû ïëàòû óïðàâëåíèÿ ÀÂ1. Îñíîâîé óñòðîéñòâà ñëóæèò ìèêðîêîíòðîëëåð DD1, ÷àñòîòà ðàáîòû êîòîðîãî çàäàåòñÿ ðåçîíàòîðîì ZQ1 ñ ÷àñòîòîé 10 ÌÃö. Ìèêðîêîíòðîëëåð óïðàâëÿåò ðàáîòîé âñåãî óñòðîéñòâà â öåëîì. Êëàâèàòóðà ñîáðàíà íà êíîïêàõ S1…S4. Äëÿ îáñëóæèâàíèÿ êëàâèàòóðû çàäåéñòâîâàí âûâîä 2 (Ð3.0) ìèêðîêîíòðîëëåðà. Ðåçèñòîðû R35…R37, R39…R41 – òîêîîãðàíè÷èòåëüíûå äëÿ ñâåòîâûõ ïîëîñ HL1…HL3 è HL4…HL6. Íà ñäâîåííîì îïòðîíå U1 ñîáðàí äàò÷èê, îòñëåæèâàþùèé ìîìåí-

ÑÕÅÌÛ

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

òû ïåðåõîäà ñåòåâîãî íàïðÿæåíèÿ ÷åðåç íîëü. Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå äàò÷èêà ñ ðåçèñòîðà R13 ïîñòóïàåò íà âûâîä 3 ìèêðîêîíòðîëëåðà. Óçåë äèíàìè÷åñêîé èíäèêàöèè ñäåëàí íà ìèêðîñõåìå DD2, òðàíçèñòîðàõ VT5…VT8 è ñäâîåííûõ öèôðîâûõ ñåìèñåãìåíòíûõ èíäèêàòîðàõ HG1 è HG2. Ðåãèñòð DD3 ñëóæèò äëÿ óâåëè÷åíèÿ êîëè÷åñòâà ëèíèé âûâîäà ìèêðîêîíòðîëëåðà è óïðàâëÿåò âíóòðåííèìè èñïîëíèòåëüíûìè óñòðîéñòâàìè: çâóêîâîé ñèãíàëèçàöèåé (ïüåçîýëåêòðè÷åñêèé èçëó÷àòåëü ÂÀ1), èíäèêàòîðàìè ðåæèìà (ñâåòîâûå ïîëîñû HL1 è HL2), ñâåòîâîé ïîëîñîé HL3. Ñèãíàë ñ âûõîäà 12 ðåãèñòðà DD2 ÷åðåç ðåçèñòîð R34 âêëþ÷àåò òî÷êó h â èíäèêàòîðå HG2.2. Ìèêðîêîíòðîëëåð óïðàâëÿåò îïòîòèðèñòîðàìè VS1…VS6 ÷åðåç òðàíçèñòîðû VT1…VT4. Ñõåìà çàðÿäà êîíäåíñàòîðîâ C8…C10 ïîñòðîåíà íà îñíîâå âûïðÿìèòåëÿ ñ óäâîåíèåì íàïðÿæåíèÿ è âêëþ÷àåò â ñåáÿ êîíäåíñàòîð Ñ7, çàðÿäíûå îïòîòèðèñòîðû VS2, VS3 è äèîäû ðàçâÿçêè VD6, VD8 è VD10. C ïîìîùüþ îïòîòèðèñòîðîâ ïóòåì èçìåíåíèÿ äëèòåëüíîñòè çàðÿäà ïðîèñõîäèò ðåãóëèðîâêà âåëè÷èíû íàïðÿæåíèÿ êîíäåíñàòîðîâ C8…C10. Òî åñòü, ïðè èçìåíåíèè äëèòåëüíîñòè èíòåðâàëà âêëþ÷åíèÿ îïòîòèðèñòîðîâ VS2 è VS3 èçìåíÿåòñÿ âåëè÷èíà íàïðÿæåíèÿ çàðÿäà íàêîïèòåëüíûõ êîíäåíñàòîðîâ. Îò âåëè÷èíû çàðÿäà çàâèñèò âåëè÷èíà èíäóêöèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ â èíäóêòîðå A2 ïðè ðàçðÿäå íàêîïèòåëüíûõ êîíäåíñàòîðîâ ÷åðåç ñîëåíîèäû L1, L2 è L3. Åìêîñòü êîíäåíñàòîðîâ C8…C10, äèàìåòð êîëåö, ñîïðîòèâëåíèå è èíäóêòèâíîñü ñîëåíîèäîâ ðàññ÷èòàíû òàêèì îáðàçîì, ÷òî ïðè èçìåíåíèè âåëè÷èíû íàïðÿæåíèÿ çàðÿäà íà íàêîïèòåëüíûõ êîíäåíñàòîðàõ îò 65  äî 500  èíäóêöèÿ â öåíòðå ñîëåíîèäà ìåíÿåòñÿ îò 0.5 ìÒë äî 4 ìÒë. Ñâåòîâûå ïîëîñû HL4…HL6 ñëóæàò äëÿ âèçóàëüíîãî êîíòðîëÿ ïðîöåññîâ çàðÿäà è ðàçðÿäà íàêîïèòåëüíûõ êîíäåíñàòîðîâ. Êîíäåíñàòîðû C4…C6 ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ óìåíüøåíèÿ óðîâíÿ ïîìåõ, ñîçäàâàåìûõ óñòàíîâêîé â ðàáî÷åì öèêëå. Òàê æå äëÿ ñíèæåíèÿ ïîìåõ êàæäûé ðàáî÷èé öèêë íà÷èíàåòñÿ â ìîìåíò ïåðåõîäà ñåòåâîãî íàïðÿæåíèÿ ÷åðåç íîëü. Ïèòàíèå íà öèôðîâóþ ÷àñòü ïîñòóïàåò ñî ñòàáèëèçàòîðà íàïðÿæåíèÿ, ñîáðàííîãî íà ìèêðîñõåìå DA1. Äëÿ çàùèòû ñèëîâîé ÷àñòè îò ïåðåíàïðÿæåíèÿ óñòàíîâëåí âàðèñòîð FA1. Ïîòðåáëåíèå òîêà ïî êàíàëó íàïðÿæåíèÿ +5  íå ïðåâûøàåò 500 ìÀ.

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

Àëãîðèòì ðàáîòû óñòàíîâêè â ðàáî÷åì öèêëå ïîÿñíÿåòñÿ îñöèëëîãðàììàìè íà Ðèñóíêå 3.

U1 0…400 ìñ 0

t U2

à)

t

0 900 ìñ U3

0…100 ìñ

á)

3.3 ìñ

0

t 0…100 ìñ â) 3.3 ìñ

U4

t

0 ã)

0…100 ìñ

Ðèñóíîê 3. Îñöèëëîãðàììû, ïîÿñíÿþùèå àëãîðèòì ðàáîòû.

Êàê óæå óïîìèíàëîñü âûøå ïîñëå ïîäà÷è ïèòàíèÿ íåîáõîäèìî ñ êëàâèàòóðû èíòåðôåéñà áëîêà óïðàâëåíèÿ çàäàòü íåîáõîäèìûå ïàðàìåòðû ðàáîòû – èíäóêöèþ è âðåìÿ ïðîöåäóðû. Ýòè ïàðàìåòðû ïîñòîÿííî èíäèöèðóþòñÿ íà äèñïëåå (èíäèêàòîðû HG1 è HG2). Ïðè èíèöèàëèçàöèè íà âñåõ âûâîäàõ ïîðòà Ð3 ìèêðîêîíòðîëëåðà óñòàíàâëèâàþòñÿ «ëîã. 1». Óñòàíîâêà ïåðåõîäèò â ðàáî÷èé öèêë ñðàçó ïîñëå íàæàòèÿ íà êíîïêó «Ñòàðò/ñòîï» (S4), ïðè ýòîì âêëþ÷èòñÿ ñâåòîâàÿ ïîëîñà HL3. Ìèêðîêîíòðîëëåð íà÷èíàåò îïðàøèâàòü âõîä 3 (Ð3.1), è ïðè íàëè÷èè íà íåì «ëîã. 0» (÷òî ñîîòâåòñòâóåò ìîìåíòó ïðîõîæäåíèÿ ñåòåâîãî íàïðÿæåíèÿ ÷åðåç íóëü) óñòàíàâëèâàåò «ëîã. 0» íà âûõîäå 6 (Ðèñóíîê 3à). Ïðè ýòîì îòêðûâàåòñÿ òðàíçèñòîð VT1 è âêëþ÷àþòñÿ îïòîòèðèñòîðû VS2 è VS3. Íà÷èíàåòñÿ çàðÿä íàêîïèòåëüíûõ êîíäåíñàòîðîâ C8…C10, êîòîðûé, êàê óïîìèíàëîñü âûøå, ìîæåò ïðîäîëæàòüñÿ îò 50 äî 400 ìñ, â çàâèñèìîñòè îò òîãî, êàêàÿ âåëè÷èíà ìàãíèòíîé èíäóêöèè óñòàíîâëåíà íà äèñïëåå áëîêà óïðàâëåíèÿ. ×åðåç óêàçàííîå âðåìÿ ìèêðîêîíòðîëëåð óñòàíàâëèâàåò «ëîã. 1» íà âûõîäå 6, òåì ñàìûì, çàêðûâàÿ òðàíçèñòîð VT1 è

ÑÕÅÌÛ

55

âûêëþ÷àÿ îïòîòèðèñòîðû VS2, VS3. ×åðåç 900 ìñ ìèêðîêîíòðîëëåð óñòàíàâëèâàåò «ëîã.

0» íà âûõîäå 7 (Ðèñóíîê 3á). Ïðè ýòîì îòêðûâàåòñÿ òðàíçèñòîð VT2 è âêëþ÷àåòñÿ îïòîòèðèñòîð VS4 ïåðâîãî ðàçðÿäíîãî êîíòóðà. Íà÷èíàåòñÿ êîëåáàòåëüíûé ïðîöåññ ðàçðÿäà Ñ8 ÷åðåç ñîëåíîèä L1 èíäóêòîðà. Ðàçðÿä íîñèò õàðàêòåð ñâîáîäíî çàòóõàþùèõ ñèíóñîèäàëüíûõ òîêîâ. ×åðåç 3.3 ìñ ïîñëå óñòàíîâêè «ëîã. 0» íà âûõîäå 7 ìèêðîêîíòðîëëåðà ïîÿâëÿåòñÿ «ëîã. 0» íà âûâîäå 8 (Ðèñóíîê 3â), à åùå ÷åðåç 3.3 ìñ «ëîã. 0» óñòàíîâèòñÿ íà âûâîäå 9 (Ðèñóíîê 3ã). Ñîîòâåòñòâåííî, ïðè ýòîì ÷åðåç îòêðûòûå òðàíçèñòîðû VT3 è VT4 âêëþ÷àþòñÿ îïòîòèðèñòîðû VS5 è VS6 (âòîðîãî è òðåòüåãî ðàçðÿäíûõ êîíòóðîâ). Êîíäåíñàòîðû Ñ9 è Ñ10 ðàçðÿæàþòñÿ ÷åðåç ñîëåíîèäû L2 è L3. ×åðåç 100 ìñ ñ ìîìåíòà âêëþ÷åíèÿ îïòîòèðèñòîðà VS4 íà âûâîäàõ 7, 8 è 9 ìèêðîêîíòðîëëåð óñòàíàâëèâàåò «ëîã.1». Îïòîòèðèñòîðû VS4, VS5, VS6 çàêðûâàþòñÿ. Çà ýòî âðåìÿ êîëåáàòåëüíûå ïðîöåññû â êîíòóðàõ çàêàí÷èâàþòñÿ. Ðàáî÷èé öèêë çàâåðøåí. Ñëåäóþùèé öèêë íà÷íåòñÿ ñðàçó â ìîìåíò ïðîõîæäåíèÿ ñåòåâîãî íàïðÿæåíèÿ ÷åðåç íîëü. Òàêèå öèêëû çàðÿäà è ðàçðÿäà íàêîïèòåëüíûõ êîíäåíñàòîðîâ ïðîäîëæàþòñÿ ñíîâà è ñíîâà, ïîêà íå çàêàí÷èâàåòñÿ âðåìÿ ñåàíñà (èëè âðåìÿ ïðîöåäóðû). Âî âðåìÿ ðàáî÷åãî öèêëà òî÷êà h èíäèêàòîðà HG2.2 ìèãàåò ñ ÷àñòîòîé 1 Ãö. Ïî îêîí÷àíèè çàäàííîãî âðåìåíè ïðîöåäóðû íà 10 ñ âêëþ÷àåòñÿ çâóêîâàÿ ñèãíàëèçàöèÿ ÂÀ1, à ñâåòîâàÿ ïîëîñà HL3 íà÷èíàåò ïåðèîäè÷åñêè ìèãàòü ñ ÷àñòîòîé 1 Ãö. Ïî èñòå÷åíèè 10 ñåêóíä ñâåòîâàÿ ïîëîñà HL3 âûêëþ÷àåòñÿ, òî÷êà h èíäèêàòîðà HG2.2 ãàñíåò. Äëÿ òîãî ÷òîáû íà÷àòü íîâóþ ïðîöåäóðó ñ òåìè æå ïàðàìåòðàìè íåîáõîäèìî ïðîñòî íàæàòü íà êíîïêó S4 «Ñòàðò/ñòîï». Äëÿ îñòàíîâêè ïðîöåäóðû íåîáõîäèìî íàæàòü íà ýòó æå êíîïêó (ñâåòîâàÿ ïîëîñà HL3 ïîãàñíåò). Öèôðîâàÿ ÷àñòü ïðèíöèïèàëüíîé ñõåìû óñòàíîâêè íàõîäèòñÿ íà ïëàòå óïðàâëåíèÿ À1.1 è ãàëüâàíè÷åñêè ðàçâÿçàíà îò ñåòè. Íà ïëàòå óïðàâëåíèÿ À1.1 ðàçìåùåíû âñå ýëåìåíòû èíòåðôåéñà. Ïðîãðàììà ìèêðîêîíòðîëëåðà óïðàâëÿåò çàðÿäîì íàêîïèòåëüíûõ êîíäåíñàòîðîâ Ñ8…Ñ10 è òàéìåðîì îáðàòíîãî îòñ÷åòà ñ âûâîäîì çàäàâàåìûõ ïàðàìåòðîâ íà äèíàìè÷åñêóþ èíäèêàöèþ. Òàéìåð TF0 ìèêðîêîíòðîëëåðà ôîðìèðóåò çàïðîñ íà ïðåðûâàíèå ÷ðåç êàæäûå 310 ìêñ è èãðàåò ðîëü áàçîâîãî

56

ñ÷åò÷èêà âðåìåíè, ôîðìèðóþùåãî âðåìåííûå èíòåðâàëû, íåîáõîäèìûå äëÿ îòîáðàæåíèÿ ðàçðÿäîâ óñòàíîâêè è çàäàíèÿ âðåìåííûõ èíòåðâàëîâ â ðàáî÷åì öèêëå ñõåìû. Ñðàçó ïîñëå ïîäà÷è ïèòàíèÿ íà âûâîäå 1 ìèêðîêîíòðîëëåðà ÷åðåç RC-öåïü (R14, Ñ3) ôîðìèðóåòñÿ ñèãíàë ñèñòåìíîãî àïïàðàòíîãî ñáðîñà. Äàëåå èäåò èíèöèàëèçàöèÿ ïðîãðàììû, â êîòîðîé çàäàþòñÿ ïàðàìåòðû ðàáîòû äèíàìè÷åñêîé èíäèêàöèè è ñ÷åò÷èêîâ äëÿ çàäàíèÿ âðåìåííûõ èíòåðâàëîâ 3.3 ìñ, 100 ìñ è 900 ìñ. Çàòåì çàïóñêàåòñÿ òàéìåð TF0 è ðàçðåøàåòñÿ ðàáîòà óñòðîéñòâà ïî ïðèâåäåííîìó âûøå àëãîðèòìó. Äëÿ ðàáîòû äèíàìè÷åñêîé èíäèêàöèè â ÎÇÓ ìèêðîêîíòðîëëåðà DD1 îðãàíèçîâàí áóôåð îòîáðàæåíèÿ.  ïîäïðîãðàììå îáðàáîòêè ïðåðûâàíèé òàéìåðà TF0 ÷åðåç êàæäûå 310 ìêñ ìèêðîêîíòðîëëåð îïðàøèâàåò ñîñòîÿíèå âûâîäà 3 (Ð3.1). ß÷åéêà Z25MS õðàíèò òåêóùåå çíà÷åíèå ñ÷åò÷èêà, ôîðìèðóþùåãî çàäåðæêó 25 ìñ. ß÷åéêà ZADER ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ ñ÷åò÷èêà ïåðåìåííîé çàäåðæêè 50 … 400 ìñ, óñòàíàâëèâàåìîé ñ øàãîì 50 ìñ. Çàäåðæêà îïðåäåëÿåòñÿ èíäóêöèåé, çàäàâàåìîé íà äèñïëåå èíòåðôåéñà.  ÿ÷åéêàõ Z3MS, Z01S è Z09S îðãàíèçîâàíû ñ÷åò÷èêè, ðåàëèçóþùèå çàäåðæêè 3.3 ìñ, 100 ìñ è 900 ìñ, ñîîòâåòñòâåííî. Íàçîâåì áàéòû, êîòîðûå ìèêðîêîíòðîëëåð ïåðèîäè÷åñêè çàïèñûâàåò â ïîðò P1 äëÿ èíäèêàòîðîâ HG1, HG2 è â ðåãèñòð DD3, ñîîòâåòñòâåííî, áàéòîì äèíàìè÷åñêîé èíäèêàöèè è áàéòîì ñâåòîâîé ñèãíàëèçàöèè. Ìëàäøàÿ òåòðàäà áàéòà äèíàìè÷åñêîé èíäèêàöèè ïîñòóïàåò íà âõîä äåøèôðàòîðà DD2 è îïðåäåëÿåò çíà÷åíèå ðàçðÿäà. Áèòû ñòàðøåé òåòðàäû ÷åðåç òðàíçèñòîðû VT5…VT8 óïðàâëÿþò èíäèêàòîðàìè HG1 è HG2. Ìëàäøàÿ òåòðàäà áàéòà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé äâîè÷íîêîäèðîâàííîå äåñÿòè÷íîå ÷èñëî è ÷åðåç äåøèôðàòîð DD3 óïðàâëÿåò ñåãìåíòàìè èíäèêàòîðîâ HG1 è HG2. Ðàññìîòðèì àëãîðèòì ðàáîòû óïðàâëÿåìîãî âî âðåìåíè çàðÿäà íàêîïèòåëüíûõ êîíäåíñàòîðîâ Ñ8…Ñ10. Êàæäûé íîâûé ðàáî÷èé öèêë íà÷èíàåòñÿ â ìîìåíò ïðîõîæäåíèÿ ñåòåâîãî íàïðÿæåíèÿ ÷åðåç íóëü. Ïîñëå óñòàíîâêè ïàðàìåòðîâ ñ íàæàòèåì êíîïêè S4 «Ñòàðò/còîï» óñòàíàâëèâàåòñÿ áèò, ðàçðåøàþùèé ðàáîòó ïðîãðàììû óïðàâëåíèÿ çàðÿäîì. Ïðè íàëè÷èè «ëîã. 0» íà âûâîäå 3 (Ð3.1) ìèêðîêîíòðîëëåð óñòàíàâëèâàåò «ëîã. 0» íà âûâîäå 6, òåì ñàìûì, ÷åðåç òðàíçèñòîð VT1 îòêðûâàÿ îïòîòèðèñòîðû VS2 è VS3. Çíà÷å-

ÑÕÅÌÛ

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

íèå èíäóêöèè â èíäóêòîðå ïðè ðàçðÿäå íàêîïèòåëüíûõ êîíäåíñàòîðîâ çàâèñèò îò âåëè÷èíû íàïðÿæåíèÿ çàðÿæåííûõ êîíäåíñàòîðîâ Ñ8…Ñ10 èëè îò äëèòåëüíîñòè èíòåðâàëà âðåìåíè, â òå÷åíèå êîòîðîãî îïòîòèðèñòîðû áóäóò îòêðûòû. Äëèòåëüíîñòü ýòîãî èíòåðâàëà ïðèâÿçàíà ê çíà÷åíèþ èíäóêöèè, èíäèöèðóåìîãî íà äèñïëåå èíòåðôåéñà. Ìàãíèòíàÿ èíäóêöèÿ, ìîæåò ïðèíèìàòü âîñåìü çíà÷åíèé îò 0 äî 4 ìÒë ñ øàãîì 0.5 ìÒë. Ñîîòâåòñòâóþùàÿ äëèòåëüíîñòü èíòåðâàëà äîëæíà óñòàíàâëèâàòüñÿ îò 50 ìñ äî 400 ìñ ñ øàãîì 50 ìñ. Êàê óæå îòìå÷àëîñü âûøå, ýòó çàäåðæêó ðåàëèçóåò ñ÷åò÷èê, îðãàíèçîâàííûé â ÿ÷åéêå ZADER. Ïî îêîí÷àíèè ýòîãî èíòåðâàëà ìèêðîêîíòðîëëåð óñòàíàâëèâàåò «ëîã. 1» íà âûâîäå 6, òåì ñàìûì, çàêðûâàÿ òðàíçèñòîð VT1 è îïòîòèðèñòîðû VS2, VS3, è çàðÿä íàêîïèòåëüíûõ êîíäåíñàòîðîâ çàêàí÷èâàåòñÿ.  ïàìÿòè äàííûõ ìèêðîêîíòðîëëåðà ñ àäðåñà 22Í ïî 25Í îðãàíèçîâàí áóôåð îòîáðàæåíèÿ äëÿ äèíàìè÷åñêîé èíäèêàöèè. Ìëàäøàÿ òåòðàäà êàæäîãî áàéòà â áóôåðå îòîáðàæåíèÿ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé äâîè÷íîêîäèðîâàííîå äåñÿòè÷íîå ÷èñëî, êîòîðîå îïðåäåëÿåò çíà÷åíèå ðàçðÿäà, à ñòàðøàÿ òåòðàäà îïðåäåëÿåò íîìåð ðàçðÿäà. Òàêèì îáðàçîì, â êàæäîì áàéòå áóôåðà îïðåäåëåíî çíà÷åíèå ÷èñëà è åãî ìåñòî ïðè âûâîäå íà èíäèêàöèþ. Êàæäûé áàéò èç ôóíêöèîíàëüíîé ãðóïïû â öèêëå ïîäïðîãðàììû îáðàáîòêè ïðåðûâàíèé òàéìåðà TF0 âûâîäèòñÿ â ïîðò P1 ìèêðîêîíòðîëëåðà. Ñòàðøàÿ òåòðàäà áàéòà èíäèêàöèè ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé êîä «áåãóùèé íîëü». Òàêèì îáðàçîì, çàïèñûâàÿ ïîî÷åðåäíî â öèêëå â ïîðò P1 áàéòû èç ôóíêöèîíàëüíîé ãðóïïû áóôåðà, ìû ïîëó÷àåì ðåæèì äèíàìè÷åñêîé èíäèêàöèè.  ïîäïðîãðàììå îáðàáîòêè ïðåðûâàíèé âíà÷àëå ïðîèñõîäèò îïðîñ äàò÷èêà ñåòè (âûïîëíåííîãî íà ñäâîåííîì îïòðîíå U1), çàòåì ðåàëèçóþòñÿ çàäåðæêè, ïîòîì ïðîèñõîäèò îïðîñ êëàâèàòóðû, è ëèøü ïîòîì âûâîäèòñÿ â ðåãèñòð DD3 áàéò ñâåòîâîé èíäèêàöèè, à â ïîðò Ð1 áàéò äèíàìè÷åñêîé èíäèêàöèè. Òî åñòü, ïî÷òè âñå âðåìÿ íà âûâîäàõ ïîðòà Ð1 ïðèñóòñòâóåò áàéò äèíàìè÷åñêîé èíäèêàöèè.  ðåãèñòð R0 çàïèñûâàåòñÿ àäðåñ ÿ÷åéêè èç áóôåðà îòîáðàæåíèÿ. Ïðè êàæäîì îáðàùåíèè ê ïîäïðîãðàììå îáðàáîòêè ïðåðûâàíèÿ ðåãèñòð R0 èíêðåìåíòèðóåòñÿ.  îñíîâíîé ïðîãðàììå ïðîèñõîäèò îòñ÷åò îäíîé ìèíóòû (ñ÷åò÷èê îðãàíèçîâàí â ðåãèñòðå R5), äåêðåìåíò òåêóùåãî âðåìåíè è óñòàíîâêà âðåìåíè ïðîöåäóðû. Êàê òîëüêî çàäàí-

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

íîå âðåìÿ ïðîöåäóðû èñòåêàåò, íà 10 ñåêóíä âêëþ÷àåòñÿ çâóêîâàÿ ñèãíàëèçàöèÿ ÂÀ1. Ïî èñòå÷åíèè 10 ñ ìèêðîêîíòðîëëåð óñòàíàâëèâàåò âñå âûâîäû ïîðòà Ð3 â «ëîã. 1». Ðàçðàáîòàííàÿ ïðîãðàììà íà àññåìáëåðå çàíèìàåò ïîðÿäêà 0.82 ÊÁàéò ïàìÿòè ïðîãðàìì ìèêðîêîíòðîëëåðà. Ïëàòà óïðàâëåíèÿ ÀÂ1 èìååò ðàçìåðû 100 ´ 140 ìì.  óñòðîéñòâå èñïîëüçîâàíû ðåçèñòîðû R1…R37 òèïà Ñ2-33Í-0.125 è ðåçèñòîðû R38…R41 òèïà Ñ2-33Í-2. Ïîäîéäóò ëþáûå äðóãèå ñ òàêîé æå ìîùíîñòüþ ðàññåèâàíèÿ è äîïóñêîì 5 %. Êîíäåíñàòîðû Ñ1…Ñ3 òèïà Ê50-35, Ñ4 è Ñ6 – Ê15-5-3 êÂ, Ñ5 – Ê7311, Ñ7…Ñ10 – Ê75-40á. Òðàíñôîðìàòîð Ò1 òèïà ÒÏÏ254-220-50. Ó ìèêðîêîíòðîëëåðà DD1 è ðåãèñòðà DD3 ìåæäó öåïüþ +5V è îáùèì ïðîâîäíèêîì ïîëåçíî óñòàíîâèòü áëîêèðîâî÷íûå êîíäåíñàòîðû Ê10-17-Í90-0.1 ìêÔ. Íîìèíàëüíûé òîê ïðåäîõðàíèòåëåé FU1, FU2 – 5 À, FU3 – 0.16 À. Êîíñòðóêòèâíî áëîê óïðàâëåíèÿ âûïîëíåí â âèäå ôóíêöèîíàëüíî çàêîí÷åííîãî ìîäóëÿ. Âíóòðè áëîêà ê ïåðåäíåé ïàíåëè êðåïèòñÿ ïëàòà óïðàâëåíèÿ À1.1. Íà çàäíåé ïàíåëè ðàçìåùàåòñÿ âûñîêîâîëüòíàÿ ñèëîâàÿ ÷àñòü ñõåìû, â òîì ÷èñëå ñåòåâîé âûêëþ÷àòåëü SA1 è ñîåäèíèòåëü Õ6, ê êîòîðîìó ïîäêëþ÷àåòñÿ ñîåäèíèòåëü Õ1 èíäóêòîðà À2 . Ýëåêòðè÷åñêè ïëàòà óïðàâëåíèÿ ÀÂ1 ñîåäèíÿåòñÿ ñ âûñîêîâîëüòíîé ñèëîâîé ÷àñòüþ ÷åðåç ñîåäèíèòåëè Õ1 è Õ4 (âèëêè), ê êîòîðûì ïîäêëþ÷àþòñÿ ñîåäèíèòåëè Õ2 è Õ5 (ðîçåòêè), ñîîòâåòñòâåííî. Ìåæäó ïåðåäíåé è çàäíåé ïàíåëÿìè ðàñïîëîæåí áëîê êîíäåíñàòîðîâ Ñ7…Ñ8. Ôîòîãðàôèÿ ïåðåäíåé ïàíåëè áëîêà óïðàâëåíèÿ ïðåäñòàâëåíà íà Ðèñóíêå 4.

Ðèñóíîê 4. Ïåðåäíÿÿ ïàíåëü áëîêà óïðàâëåíèÿ.

Êàæäûé ñîëåíîèä èíäóêòîðà èçãîòîâëåí â âèäå êîëüöà äèàìåòðîì 800 ìì è ñîäåðæèò 100 âèòêîâ ïðîâîäà ÏÝÂ-2-1.06. Êîëüöî îáìîòàíî ëåíòîé èç ñèíòåïîíà è âëîæåíî â äâå

ÑÕÅÌÛ

57

îáîëî÷êè (âåðõíþþ è íèæíþþ) èç ïîëèñòèðîëà. Ñîåäèíèòåëü Õ1 èíäóêòîðà ïîäêëþ÷åí ê ñîëåíîèäàì ÷åðåç êàáåëü ÏÂÑ2 ´ 1.0. Êàáåëü çàõîäèò â êîëüöî ñîëåíîèäà ÷åðåç êàáåëüíûé ââîä MGB-P-8G.  óñòàíîâêå íåò íèêàêèõ íàñòðîåê è ðåãóëèðîâîê, è åñëè ìîíòàæ âûïîëíåí ïðàâèëüíî, òî îíà íà÷èíàåò ðàáîòàòü ñðàçó ïîñëå ïîäà÷è íà íåå íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ. Ïîäêëþ÷àòü èíäóêòîð ê áëîêó óïðàâëåíèÿ ìîæíî òîëüêî ïðè âûêëþ÷åííîì ñåòåâîì âûêëþ÷àòåëå.  óñòàíîâêå èìååòñÿ îïàñíîå äëÿ æèçíè íàïðÿæåíèå äî 1000 Â, ïîýòîìó âî âðåìÿ ïðîâåðêè ïðè ñíÿòîé âåðõíåé êðûøêå íåîáõîäèìî

ñîáëþäàòü ìåðû áåçîïàñíîñòè. Ïîñëå ïðîâåðêè ðàáîòîñïîñîáíîñòè êëàâèàòóðû è èíäèêàöèè áëîêà óïðàâëåíèÿ öåëåñîîáðàçíî çàäàòü èíäóêöèþ 0.5 ìÒë è ïåðåéòè â ðàáî÷èé öèêë, ïðîâåðèâ ïðè ýòîì ñèãíàëû, ïðèâåäåííûå íà Ðèñóíêå 3. Óâåëè÷èâàÿ ìàãíèòíóþ èíäóêöèþ, ñëåäóåò ïðîêîíòðîëèðîâàòü óâåëè÷åíèå äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà íà âûâîäå 6 ìèêðîêîíòðîëëåðà DD1 (Ðèñóíîê 3à). Çàòåì íåîáõîäèìî ïðîâåðèòü èíäóêöèþ ìàãíèòíîãî ïîëÿ â öåíòðå è íåïîñðåäñòâåííî íà ïîâåðõíîñòè ñîëåíîèäà. Ìàãíèòíóþ èíäóêöèþ ìîæíî êîíòðîëèðîâàòü ìèëëèòåñëàìåòðîì, íàïðèìåð, ÒÏ2-2Ó. ÐË

Çàãðóçêè Èñõîäíûé êîä è HEX ôàéë

58

ÑÕÅÌÛ

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2013

íàñòîÿùåå íåìåöêîå êà÷åñòâî

èíñòðóìåíò äëÿ ðàçäåëêè êàáåëÿ è ñíÿòèÿ èçîëÿöèè êîíòðîëüíîèçìåðèòåëüíîå îáîðóäîâàíèå

ïðîìûøëåííûå êîðïóñà âûêëþ÷àòåëè äàò÷èêè êëåììû íà DIN ðåéêó è äëÿ ïå÷àòíûõ ïëàò

Æóðíàë äëÿ òåõ, êòî èíòåðåñóåòñÿ ýëåêòðîíèêîé

Ñêîðî íîâûå òåìàòè÷åñêèå íîìåðà: àâòîìàòèçàöèÿ àâòîýëåêòðîíèêà àêêóìóëÿòîðû è çàðÿäíûå óñòðîéñòâà

Åñëè Âàì íåáåçðàçëè÷íû ýòè òåìû èëè Âû ÿâëÿåòåñü íîñèòåëåì ïåðåäîâûõ çíàíèé â äðóãèõ îáëàñòÿõ ýëåêòðîíèêè è ãîòîâû èõ ïîïóëÿðèçèðîâàòü ïðèãëàøàåì ê ñîòðóäíè÷åñòâó!