Radiolocman03-04_2021

Æóðíàë ðàçðàáîò÷èêîâ ýëåêòðîíèêè

WWW.RLOCMAN.RU

ÐÀÄÈÎËÎÖÌÀÍ Ìàðò-Àïðåëü 2021 (113)

Ìíîãîêàíàëüíûå

ÏÐÅÎÁÐÀÇÎÂÀÒÅËÈ ñ îáùèì

ÄÐÎÑÑÅËÅÌ

ÐàäèîËîöìàí.Æóðíàë

www.rlocman.ru/magazine

Îôèöèàëüíûå âåðñèè òîëüêî çäåñü: áåç ðåãèñòðàöèè è íàçîéëèâîé ðåêëàìû, ñ âûñîêîé ñêîðîñòüþ ñêà÷èâàíèÿ.

Åñëè âû ÿâëÿåòåñü íîñèòåëåì ïåðåäîâûõ çíàíèé â îáëàñòÿõ ðàçðàáîòêè ýëåêòðîííûõ ïðèáîðîâ è/èëè ïðèìåíåíèÿ ýëåêòðîííûõ êîìïîíåíòîâ è ãîòîâû ïîïóëÿðèçèðîâàòü èõ – ïðèãëàøàåì ê ñîòðóäíè÷åñòâó!

Íîâîñòè

ÐÀÄÈÎËÎÖÌÀÍ Ìàðò-Àïðåëü 2021 (113)

4 Menlo Micro óëó÷øèëà ëèíåéíîñòü òâåðäîòåëüíûõ ÑÂ× êîììóòàòîðîâ â 10,000 ðàç 5 STMicroelectronics âûïóñêàåò óñèëèòåëü êëàññà D ñî âñòðîåííûìè ñðåäñòâàìè äèàãíîñòèêè äëÿ àâòîìîáèëüíîãî HD àóäèî

Ãëàâíûé ðåäàêòîð: À. Íèêîëàåâ

6 Maxim ïðåäñòàâëÿåò ñàìîå ýíåðãîýôôåêòèâíîå â îòðàñëè ñåìåéñòâî ìèêðîñõåì óïðàâëåíèÿ ïèòàíèåì

7 Íîâîå ñâåòîäèîäíîå ðåøåíèå LUXEON SkyBlue óïðîùàåò è óñêîðÿåò ðàçðàáîòêó ÷åëîâåêî-îðèåíòèðîâàííîãî îñâåùåíèÿ

8 Íîâûå ïðåöèçèîííûå âûñîêîâîëüòíûå äâóíàïðàâëåííûå òîêîèçìåðèòåëüíûå

óñèëèòåëè STMicroelectronics ïîâûøàþò íàäåæíîñòü è ýíåðãîýôôåêòèâíîñòü

Äèðåêòîð: Ñ. Ìóðàò÷àåâ

9 Würth Elektronik ïðåäñòàâëÿåò äàò÷èê âëàæíîñòè WSEN-HIDS 11 EPC ðàñøèðÿåò ñåìåéñòâî äðàéâåðîâ ëàçåðîâ óñòðîéñòâîì, îïòèìèçèðîâàííûì äëÿ ïðèëîæåíèé äîïîëíåííîé ðåàëüíîñòè

12 Âûñîêîèíòåãðèðîâàííûå ãàëüâàíè÷åñêè èçîëèðîâàííûå ñèãìà-äåëüòà ìîäóëÿòîðû îò STMicroelectronics ïîâûøàþò òî÷íîñòü è íàäåæíîñòü

Íàä íîìåðîì ðàáîòàëè:

Ñòàòüè Ì. Áàñêîâ Ä. Çàõàðîâ Â.Êîëåñíèê Î. Ëåâàøîâ Ñ. Ìóðàò÷àåâ À. Íèêîëàåâ À. Ðóñó Ïî âîïðîñàì ðàçìåùåíèÿ ðåêëàìû, ïóáëèêàöèè àâòîðñêèõ ìàòåðèàëîâ, ñ çàìå÷àíèÿìè è ïîæåëàíèÿìè îáðàùàòüñÿ:

14 24 34 39 42 48 56 58 61 64 66

Ýêîñèñòåìà è ñðåäñòâà ðàçðàáîòêè îò Microchip Ìíîãîêàíàëüíûå ïðåîáðàçîâàòåëè ñ îáùèì äðîññåëåì Ñêîëüêî ñòîèò âàòò ïîòåðü? Ïðîñòîé ìåòîä ïðîâåðêè åìêîñòè àêêóìóëÿòîðà Äîáàâëåíèå ãèñòåðåçèñà äëÿ ìÿãêîé áëîêèðîâêè ïðè ïîíèæåííîì è ïîâûøåííîì íàïðÿæåíèè èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ Êîíôèãóðèðóåìàÿ ëîãèêà â AVR ìèêðîêîíòðîëëåðàõ Ñõåìà ñíèæàåò îòðèöàòåëüíûå íàïðÿæåíèÿ íà óïðàâëÿþùåé ìèêðîñõåìå Óâåëè÷åíèå âðåìåíè àâòîíîìíîé ðàáîòû íîñèìîé òåõíèêè è óñòðîéñòâ Èíòåðíåòà âåùåé ñ ïîìîùüþ ìàëîãàáàðèòíûõ ñèñòåì ñáîðà ýíåðãèè Îòíîñèòåëüíî ïðîñòîé ñïîñîá ðåàëèçàöèè ïðîãðàììèðóåìîãî äðàéâåðà ñâåòîäèîäîâ  äèôôåðåíöèàëüíîì óñèëèòåëå èñïîëüçóþòñÿ öèôðîâûå ïîòåíöèîìåòðû Ñõåìà çàùèòû ñèñòåìû îò ïåðåãðåâà

rlocman@rlocman.ru

Å

Ñõåìû

+7 (495) 721-72-14 www.rlocman.ru

Îôèöèàëüíûå âåðñèè æóðíàëà ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ áåñïëàòíî è áåç ðåãèñòðàöèè òîëüêî íà ñàéòå ÐàäèîËîöìàí Ïðè ëþáîì èñïîëüçîâàíèè ìàòåðèàëîâ, îïóáëèêîâàííûõ â æóðíàëå, ññûëêà íà ÐàäèîËîöìàí îáÿçàòåëüíà. Ïîëíîå èëè ÷àñòè÷íîå âîñïðîèçâåäåíèå èëè òèðàæèðîâàíèå êàêèì áû òî íè áûëî ñïîñîáîì ìàòåðèàëîâ íàñòîÿùåãî èçäàíèÿ äîïóñêàåòñÿ òîëüêî ñ ïèñüìåííîãî ðàçðåøåíèÿ ðåäàêöèè. Ìíåíèÿ àâòîðîâ íå âñåãäà îòðàæàþò òî÷êó çðåíèÿ ðåäàêöèè.

Îôîðìëåíèå áåñïëàòíîé ïîäïèñêè: www.rlocman.ru/magazine

68 74 78 80 82 86 88 90 92 95 98 100 102 105 106 108 110 112 114 116 118 120 122 124

Ìèëëèîììåòð ñ 7-ñåãìåíòíûì ÆÊÈ. ×àñòü 2 Ýëåêòðîííàÿ íàãðóçêà Ñåëåêòîð èìïóëüñîâ ïî ÷àñòîòå Ñåëåêòîð èìïóëüñîâ ïî êîýôôèöèåíòó çàïîëíåíèÿ Îöèôðîâûâàéòå ñèãíàë òåðìîïàðû âîçëå òî÷êè èçìåðåíèÿ Ñòàáèëèçàòîð ñêîðîñòè âðàùåíèÿ äâèãàòåëÿ íå íóæäàåòñÿ â òàõîìåòðå Îòðèöàòåëüíûé ðåçèñòîð íåéòðàëèçóåò íàãðóçêó îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ Ñõåìà àâòîìàòè÷åñêîé ðåãóëèðîâêè ÿðêîñòè ñâåòîâîé ìåòêè êîëëèìàòîðíîãî ïðèöåëà Äîáàâëåíèå àâòîìàòè÷åñêîãî îòêëþ÷åíèÿ ïèòàíèÿ ê ðåãóëÿòîðó êîëëèìàòîðíîãî ïðèöåëà Ìàëîïîòðåáëÿþùèé ïðèáîð äëÿ îáíàðóæåíèÿ êîðîòêèõ çàìûêàíèé Òîêîâàÿ ïåòëÿ 4-20 ìÀ äëÿ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ Ïðîñòîå äîïîëíåíèå ïîçâîëÿåò óïðàâëÿòü âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëÿ Ñõåìà óïðàâëåíèÿ ÿðêîñòüþ ìíîãîðàçðÿäíîãî ñåìèñåãìåíòíîãî äèñïëåÿ  ñõåìå ïîäàâëåíèÿ äðåáåçãà êíîïêè èñïîëüçóåòñÿ ëèøü îäèí ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò Ìàëîïîòðåáëÿþùèé èíäèêàòîð ðàçðÿäà áàòàðåè Ïðîñòîé îììåòð ãèãàîìíîãî äèàïàçîíà íà îñíîâå èíòåãðàòîðà Òðàíñèìïåäàíñíûé ñèíõðîííûé óñèëèòåëü îáíóëÿåò ôîíîâóþ çàñâåòêó Îäíîïîëþñíûé âûêëþ÷àòåëü ñîâìåùàåò ôóíêöèè óïðàâëåíèÿ ïèòàíèåì è ïîëüçîâàòåëüñêîãî ââîäà Ïðåîáðàçîâàòåëü äëÿ ïèòàíèÿ ïîðòàòèâíûõ óñòðîéñòâ îò ïîðòà USB Ïåðåìåííàÿ íàãðóçêà äëÿ ïðîâåðêè èñòî÷íèêîâ íàïðÿæåíèÿ Äîáàâüòå óñèëåíèå ê óñèëèòåëþ àáñîëþòíîãî çíà÷åíèÿ Ñõåìà êîìïåíñàöèè ðàçáðîñà íàïðÿæåíèÿ âêëþ÷åíèÿ GaAs MESFET Ëîãè÷åñêèé ïðîáíèê äëÿ ñèãíàëîâ ÒÒË è ÊÌÎÏ èç íåáîëüøîãî êîëè÷åñòâà êîìïîíåíòîâ Êîìïàðàòîð ÷àñòîò ñ âûõîäîì ñòàòóñà

Menlo Micro óëó÷øèëà ëèíåéíîñòü òâåðäîòåëüíûõ ÑÂ× êîììóòàòîðîâ â 10,000 ðàç Êîìïàíèÿ Menlo Microsystems (Menlo Micro), èçâåñòíàÿ òåì, ÷òî ñ ïîìîùüþ ñâîåé òåõíîëîãèè Ideal Switch ïîëíîñòüþ èçìåíèëà ïîäõîä ê êîíñòðóèðîâàíèþ ýëåêòðîííûõ êîììóòàòîðîâ, îáúÿâèëà î òåõíîëîãè÷åñêîì ïðîðûâå, êîòîðûé ïðèâåäåò ê ðåâîëþöèîííûì óëó÷øåíèÿì â õàðàêòåðèñòèêàõ ðàäèî÷àñòîòíûõ óñòðîéñòâ âî ìíîãèõ îòðàñëÿõ ïðîìûøëåííîñòè. Èñïûòàíèÿ, ïðîâåäåííûå Menlo Micro, ïîêàçàëè, ÷òî ëèíåéíîñòü íîâîãî êîììóòàòîðà MM5130 ñåìåéñòâà Ideal Switch, çàïóùåííîãî â ïðîèçâîäñòâî â 2020 ãîäó è òåïåðü ïîñòàâëÿåìîãî â ïðîìûøëåííûõ êîëè÷åñòâàõ, äîñòèãëà çíà÷åíèÿ, ïðè êîòîðîì òî÷êà ïåðåñå÷åíèÿ èíòåðìîäóëÿöèè òðåòüåãî ïîðÿäêà ïðåâûøàåò óðîâåíü 95 äÁì, ÷òî ïîçâîëèëî çíà÷èòåëüíî ñíèçèòü èñêàæåíèÿ â ðàäèî÷àñòîòíûõ ñèñòåìàõ.

ëåíèÿ óðîâíÿ èñêàæåíèé, âíîñèìûõ ïåðåêëþ÷àòåëåì èëè äðóãèì êîìïîíåíòîì â ðàäèî÷àñòîòíóþ ñèñòåìó, ÷òî â êîíå÷íîì èòîãå ïîâëèÿåò íà êà÷åñòâî ïåðåäàâàåìîãî èëè ïðèíèìàåìîãî ñèãíàëà. Óðîâåíü IP3 95 äÁì êîììóòàòîðà MM5130 îáåñïå÷èâàåò óëó÷øåíèå ëèíåéíîñòè äî 10,000 ðàç (ïðèìåðíî îò 20 äÁ äî 40 äÁ) ïî ñðàâíåíèþ ñ ñóùåñòâóþùèìè ðàäèî÷àñòîòíûìè ýëåêòðîìåõàíè÷åñêèìè ðåëå è òâåðäîòåëüíûìè ïåðåêëþ÷àòåëÿìè. Ýòîò ñâåðõâûñîêèé ïîêàçàòåëü IP3 òðàäèöèîííî áûë äîñòóïåí òîëüêî äëÿ ñàìûõ âûñîêîêà÷åñòâåííûõ ðàäèî÷àñòîòíûõ ìåõàíè÷åñêèõ ïåðåêëþ÷àòåëåé è ðåëå. Ïî ñðàâíåíèþ ñ òâåðäîòåëüíûìè óñòðîéñòâàìè, äîñòèæåíèå òàêîãî óðîâíÿ IP3 çàòðóäíÿþò òàêæå äîñòóïíûå â íàñòîÿùåå âðåìÿ íà ðûíêå òåõíîëîãèè ïîëóïðîâîäíèêîâ. Óëó÷øåííûå õàðàêòåðèñòèêè IP3 îáåñïå÷èâàþò âûèãðûø â ðàçìåðàõ, âåñå, ìîùíîñòè è ñòîèìîñòè, ïîñêîëüêó ðàçìåðû óñèëèòåëåé ìîùíîñòè è äðóãèõ ðàäèî÷àñòîòíûõ êîìïîíåíòîâ â öåïè ïðîõîæäåíèÿ âûñîêî÷àñòîòíîãî ñèãíàëà ìîãóò áûòü óìåíüøåíû, à ïîòðåáëåíèå ñíèæåíî, ÷òî â êîíå÷íîì èòîãå ïîâûñèò îáùåå êà÷åñòâî ñèñòåìû.

Èíòåðìîäóëÿöèîííûå èñêàæåíèÿ ÿâëÿþòñÿ êëþ÷åâûì îòðàñëåâûì ïîêàçàòåëåì ïðè îïðåäåëåíèè ëèíåéíîñòè ýëåêòðîííîãî ïåðåêëþ÷àòåëÿ. Òî÷êà ïåðåñå÷åíèÿ òðåòüåãî ïîðÿäêà (IP3) – ýòî ýêñòðàïîëèðîâàííàÿ òî÷êà, â êîòîðîé èäåàëüíàÿ ëèíåéíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ñõîäèòñÿ ñ ôàêòè÷åñêèìè õàðàêòåðèñòèêàìè ïðîäóêòîâ èñêàæåíèÿ òðåòüåãî ïîðÿäêà, ñîçäàâàåìûõ íåëèíåéíîñòÿìè, ïðèñóùèìè êîììóòàòîðó. Ýòîò ïîêàçàòåëü êà÷åñòâà èìååò ðåøàþùåå çíà÷åíèå äëÿ îïðåäå-

MM5130

RFC

RF1 RF1GATE RF2 RF2GATE RF3 RF3GATE RF4 RF4GATE

Ôóíêöèîíàëüíàÿ áëîê-ñõåìà êîììóòàòîðà.

4

Ýòè óñîâåðøåíñòâîâàíèÿ äåëàþò MM5130 î÷åíü ïðèâëåêàòåëüíûì ðåøåíèåì äëÿ ñàìûõ ïðîäâèíóòûõ ðàäèî÷àñòîòíûõ ñèñòåì, âêëþ÷àÿ áëîêè ïåðåêëþ÷àåìûõ ôèëüòðîâ ñ íèçêèìè ïîòåðÿìè, ïåðåñòðàèâàåìûå ôèëüòðû, ñòóïåí÷àòûå àòòåíþàòîðû, êîììóòàòîðû Â× è ÑÂ× ñèãíàëîâ âî âõîäíûõ èíòåðôåéñàõ ïðèåìîïåðåäàò÷èêîâ, à òàêæå ôàçîâðàùàòåëè äëÿ óïðàâëåíèÿ ïîëîæåíèåì äèàãðàììû íàïðàâëåííîñòè ôàçèðîâàííûõ àíòåííûõ ðåøåòîê,

ÍÎÂÎÑÒÈ

èñïîëüçóåìûõ â ñåòÿõ 5G. Âûñîêàÿ ëèíåéíîñòü òàêæå äåëàåò MM5130 èäåàëüíûì ïðèáîðîì äëÿ ñâåðõêîìïàêòíûõ êîììóòàöèîííûõ ìàòðèö è ðàäèî÷àñòîòíîãî êîíòðîëüíîèçìåðèòåëüíîãî îáîðóäîâàíèÿ.

Menlo Micro ñîòðóäíè÷àåò ñ âåäóùèìè ïðîèçâîäèòåëÿìè èíôðàñòðóêòóðû 5G, çàÿâëÿþùèìè î íåîáõîäèìîñòè ëèíåéíîñòè IP3 áîëåå 90 äÁì è î òðóäíîñòÿõ äîñòèæåíèÿ ýòèõ óðîâíåé äàæå ñ ïîìîùüþ ñàìûõ ïåðåäîâûõ òåõíîëîãèé ìîùíûõ êîììóòàòîðîâ. Àíàëîãè÷íûå òðåáîâàíèÿ ïðåäúÿâëÿþòñÿ ê IP3 íîâûõ ñèñòåì ñâÿçè âîåííîãî íàçíà÷åíèÿ, è â íàñòîÿùåå âðåìÿ Menlo Micro ðàáîòàåò ñ âåäóùèìè çàêàç÷èêàìè èç àýðîêîñìè÷åñêîé è îáîðîííîé îòðàñëåé ïðîìûøëåííîñòè íàä èñïîëüçîâàíèåì MM5130 â ïåðñïåêòèâíûõ ðàäèîñèñòåìàõ è äðóãîì êðèòè÷åñêè âàæíîì ýëåêòðîííîì îáîðóäîâàíèè.

Êîììóòàòîð MM5130 ïðåâîñõîäèò ýëåêòðîìåõàíè÷åñêèå ðàäèî÷àñòîòíûå ðåëå ïî âñåì êðèòè÷åñêèì äëÿ ïðèëîæåíèé ïàðàìåòðàì, ïðåäîñòàâëÿÿ ïðåèìóùåñòâà òâåðäîòåëüíûõ ðåøåíèé â ðàçìåðàõ, íàäåæíîñòè è ñêîðîñòè. Îäíîïîëþñíûå ïåðåêëþ÷àòåëè MM5130 íà ÷åòûðå íàïðàâëåíèÿ (SP4T) ñ ñàìîé âûñîêîé ïëîòíîñòüþ ìîùíîñòè íà ñîâðåìåííîì ðûíêå ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ êîììóòàöèè íåïðåðûâíûõ ñèãíàëîâ ñ óðîâíÿìè ìîùíîñòè äî 25 Âò ïðè ðàáîòå â äèàïàçîíå ÷àñòîò îò ïîñòîÿííîãî òîêà äî 26 ÃÃö ñ âíîñèìûìè ïîòåðÿìè 1.3 äÁ íà ÷àñòîòå 18 ÃÃö è âðåìåíàõ ïåðåêëþ÷åíèÿ ìåíåå 10 ìêñ.

Äîñòóïíîñòü Êîììóòàòîðû MM5130 âûïóñêàþòñÿ ñåðèéíî è äîñòóïíû äëÿ ïðèîáðåòåíèÿ â ìèíèàòþðíûõ êîðïóñàõ WL-CSP, èìåþùèõ ðàçìåðû êðèñòàëëà.

STMicroelectronics âûïóñêàåò óñèëèòåëü êëàññà D ñî âñòðîåííûìè ñðåäñòâàìè äèàãíîñòèêè äëÿ àâòîìîáèëüíîãî HD àóäèî HFDA801A îò STMicroelectronics – ýòî àóäèîóñèëèòåëü âûñîêîãî ðàçðåøåíèÿ, ñïåöèàëüíî ðàçðàáîòàííûé äëÿ êîìïàêòíûõ è íåäîðîãèõ àâòîìîáèëüíûõ ïðèëîæåíèé.

òîâ. Ñî÷åòàíèå îòíîøåíèÿ ñèãíàë/øóì 121 äÁ, äèíàìè÷åñêîãî äèàïàçîíà 120 äÁ è íàïðÿæåíèÿ âûõîäíûõ øóìîâ âñåãî 10 ìê îáåñïå÷èâàåò èñêëþ÷èòåëüíî âûñîêîå êà÷åñòâî çâóêà ïðè íèçêîé öåíå è íåáîëüøèõ ðàçìåðàõ êîìïîíåíòà. Êîíôèãóðàöèÿ öåïè îáðàòíîé ñâÿçè ñî âñòðîåííûì L-C ôèëüòðîì íèæíèõ ÷àñòîò îáåñïå÷èâàåò ñâåðõøèðîêóþ îáëàñòü ïëîñêîé ÷àñòîòíîé õàðàêòåðèñòèêè äî 80 êÃö è ìèíèìèçèðóåò çàâèñèìîñòü îò âíåøíèõ êîìïîíåíòîâ. Øèðîêàÿ ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü óñèëèòåëü â àóäèîïðèëîæåíèÿõ âûñîêîé ÷åòêîñòè (HD), ïðåäîñòàâëÿÿ ðàçðàáîò÷èêàì ïðåâîñõîäíóþ

ØÈÌ ðåãóëÿòîð ÷åòûðåõìîñòîâîãî óñèëèòåëÿ êëàññà D HFDA801A ðàáîòàåò íà ÷àñòîòå 2 ÌÃö. Èíòåãðèðîâàííûé âûñîêîêà÷åñòâåííûé öèôðî-àíàëîãîâûé ïðåîáðàçîâàòåëü (ÖÀÏ) ïðè ëþáîì ðåæèìå íàãðóçêè ãàðàíòèðóåò Hi-Fi êà÷åñòâî çâóêà ñ áåñøóìíûì âêëþ÷åíèåì/âûêëþ÷åíèåì è ïîëíûì îòñóòñòâèåì êàêèõ-ëèáî âûõîäíûõ àðòåôàê-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

5

ëèíåéíîñòü è íèçêèå èñêàæåíèÿ, íå çàâèñÿùèå îò êà÷åñòâà äðîññåëÿ è êîíäåíñàòîðà. Ñïåöèôè÷åñêàÿ àðõèòåêòóðà, ðåàëèçîâàííàÿ â óñòðîéñòâå, îáåñïå÷èâàåò åãî âñåìè íåîáõîäèìûìè íàïðÿæåíèÿìè, ÷òî ïîçâîëÿåò ïèòàòü HFDA801A îò àêêóìóëÿòîðíîé áàòàðåè àâòîìîáèëÿ áåç íåîáõîäèìîñòè â äîïîëíèòåëüíûõ ïðåîáðàçîâàòåëÿõ ýíåðãèè. Óñèëèòåëü ìîæåò ðàáîòàòü ñ øèðîêèì äèàïàçîíîì íàãðóçîê, îáåñïå÷èâàÿ ñòàáèëüíîñòü õàðàêòåðèñòèê äàæå ïðè âûñîêîé ìîùíîñòè, îòäàâàåìîé â íèçêîèìïåäàíñíóþ íàãðóçêó 2 Îì âî âñåõ ÷åòûðåõ êàíàëàõ.

Èíòåãðàöèÿ ñðåäñòâ äèàãíîñòèêè, öèôðîâîãî èçìåðèòåëÿ èìïåäàíñà è ìîíèòîðà, â ðåàëüíîì âðåìåíè êîíòðîëèðóþùåãî òîê íàãðóçêè, ïîçâîëÿþò èñïîëüçîâàòü HFDA801A â àóäèîïðèëîæåíèÿõ, óðîâåíü ôóíêöèîíàëüíîé áåçîïàñíîñòè êîòîðûõ äîëæåí ñîîòâåòñòâîâàòü ASIL, íàïðèìåð, â àêóñòè÷åñêèõ ñèñòåìàõ îïîâåùåíèÿ òðàíñïîðòíûõ ñðåäñòâ (AVAS).  íàñòîÿùåå âðåìÿ èìåþòñÿ îïûòíûå îáðàçöû óñèëèòåëÿ HFDA801A, à ìàññîâîå ïðîèçâîäñòâî áóäåò ðàçâåðíóòî âî âòîðîì ïîëóãîäèè 2021 ãîäà.

Maxim ïðåäñòàâëÿåò ñàìîå ýíåðãîýôôåêòèâíîå â îòðàñëè ñåìåéñòâî ìèêðîñõåì óïðàâëåíèÿ ïèòàíèåì Ïîâûøàþùèå ïðåîáðàçîâàòåëè MAX17227A è MAX17291 è LDO ðåãóëÿòîð MAX38911 óìåíüøàþò ðàçìåðû óñòðîéñòâ ñ áàòàðåéíûì ïèòàíèåì Òåïåðü ðàçðàáîò÷èêè ñìîãóò ïðîäëèòü ñðîê ñëóæáû áàòàðåé è óìåíüøèòü ðàçìåðû ðåøåíèé äëÿ ïîòðåáèòåëüñêèõ, ïðîìûøëåííûõ, ìåäèöèíñêèõ ñèñòåì è óñòðîéñòâ Èíòåðíåòà âåùåé (IoT) ñ ïîìîùüþ òðåõ íîâûõ àíàëîãîâûõ ìèêðîñõåì êîìïàíèè Maxim Integrated Products, îáúåäèíåííûõ áðåíäîì «Essential Analog IC» (Ñàìûå íåîáõîäèìûå àíàëîãîâûå ìèêðîñõåìû). 2-àìïåðíûé ïîâûøàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü MAX17227A êëàññà nanoPower, îäíîàìïåðíûé âûñîêîâîëüòíûé ïîâûøàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü MAX17291 è 500-ìèëëèàìïåðíûé LDO ðåãóëÿòîð MAX38911 îáåñïå÷èâàþò ñàìûå íèçêèå òîêè ïîêîÿ ñðåäè êîíêóðèðóþùèõ ðåøåíèé, ïîâûøàÿ ÊÏÄ ñèñòåìû è óâåëè÷èâàÿ ñðîê ñëóæáû áàòàðåé. Äëÿ ïîääåðæêè ðàñøèðåííûõ ôóíêöèé, òàêèõ êàê ìàøèííîå îáó÷åíèå è èñêóññòâåííûé èíòåëëåêò, ñèñòåìû IoT ñëåäóþùåãî ïîêîëåíèÿ äîëæíû ðàáîòàòü ïðè áîëåå âûñîêèõ òîêàõ, ïîòðåáëÿåìûõ îò íåáîëüøèõ áàòàðåé. Îãðàíè÷åííûå âîçìîæíîñòè êîìïîíåíòîâ âûíóæäàþò ðàçðàáîò÷èêîâ èñêàòü êîìïðîìèññû, îãðàíè÷èâàÿ ôóíêöèîíàëüíîñòü ñâîèõ óñòðîéñòâ, ëèáî ñîêðàùàÿ ñðîê ñëóæáû áàòàðåè, ëèáî óâåëè÷èâàÿ ðàçìåðû ðåøåíèÿ. Òðè íîâûå ìèêðîñõåìû ñåìåéñòâà Efficient Power èç ãðóïïû Essential Analog ïîìîãàþò

6

ðåøèòü ïðîáëåìó êîìïðîìèññà áëàãîäàðÿ ñàìîìó íèçêîìó â îòðàñëè òîêó ïîêîÿ è íàèìåíüøèì ðàçìåðîì ðåøåíèÿ.

MAX17227A: Ñèñòåìàì IoT ñ áàòàðåéíûì ïèòàíèåì, òðåáóþùèì ïîâûøåííîãî ðàñõîäà ýíåðãèè, MAX17227A ïðåäîñòàâëÿåò ñàìóþ âûñîêóþ âûõîäíóþ ìîùíîñòü è ñàìûé íèçêèé òîê ïîêîÿ. Îí ìîæåò êîììóòèðîâàòü òîêè äî 2 À, ÷òî âäâîå áîëüøå, ÷åì ó áëèæàéøåãî êîíêóðåíòíîãî ðåøåíèÿ. Ïðè ýòîì ïîòðåáëÿåìûé èì òîê âäâîå ìåíüøå è ñîñòàâëÿåò âñåãî 350 íÀ. Ýòîò ïîâûøàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü nanoPower èìååò çàùèòó îò êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ, ïîääåðæèâàåò èñòèííîå îòêëþ÷åíèå, ðàáîòàåò â äèàïàçîíå âõîäíûõ íàïðÿæåíèé îò 400 ì äî 5.5  è ìîæåò äî 10 ïðîöåíòîâ ïðîäëèòü ñðîê ñëóæáû àêêóìóëÿòîðíîé ñèñòåìû.

ÍÎÂÎÑÒÈ

MAX17291: Ïîâûøàÿ íàïðÿæåíèå äî 20 Â, MAX17291 èìååò òîê ïîêîÿ íà 80% íèæå è ïîçâîëÿåò ñîçäàâàòü ðåøåíèÿ, ðàçìåðû êîòîðûé íà 60% ìåíüøå, ÷åì áëèæàéøèå êîíêóðåíòíûå ïðåäëîæåíèÿ. Ýòîò ïîâûøàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü ïîäõîäèò äëÿ ñèñòåì ñ áàòàðåéíûì ïèòàíèåì ñ ïîâûøåííûìè âûõîäíûìè íàïðÿæåíèÿìè, òàêèõ êàê äèñïëåè èëè äàò÷èêè.

MAX38911: 500-ìèëëèàìïåðíûé LDO ðåãóëÿòîð äëÿ ñèñòåì IoT ñ áàòàðåéíûì ïèòàíèåì MAX38911 ñ ðàçìåðàìè äî 50% ìåíüøèìè, ÷åì ó êîíêóðèðóþùèõ ðåøåíèé, ïîòðåáëÿåò â ðåæèìå îæèäàíèÿ âñåãî 19 ìêÀ, óâåëè÷èâàÿ ñðîê ñëóæáû áàòàðåè äî 10%. Îí òàêæå èìååò ëó÷øèé â îòðàñëè êîýôôèöèåíò ïîäàâëåíèÿ ïóëüñàöèé èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ (PSRR), êîòîðûé íà 16 äÁ ëó÷øå, ÷åì ó áëèæàéøåãî êîíêóðåíòà, ÷òî

êðèòè÷åñêè âàæíî äëÿ çàùèòû îò ñîçäàâàåìûõ èñòî÷íèêàìè ïèòàíèÿ ïîìåõ òàêèõ ïðèëîæåíèé, êàê òî÷íûå èçìåðåíèÿ è ñâÿçü.

Êëþ÷åâûå ïðåèìóùåñòâà ! Ñàìûé ïðîäîëæèòåëüíûé ñðîê ñëóæáû áàòàðåè: Âñå òðè ìèêðîñõåìû ÿâëÿþòñÿ ÷ëåíàìè ñåìåéñòâà Efficient Power è ïî âåëè÷èíå òîêà ïîêîÿ ïðåâîñõîäÿò ëþáûå ïðèáîðû â îòðàñëè. ! Ñàìûå ìèíèàòþðíûå: Äî 50% ìåíüøå áëèæàéøèõ êîíêóðèðóþùèõ ðåøåíèé. ! Âûñîêàÿ íàäåæíîñòü: Çàùèòà îò êîðîòêèõ çàìûêàíèé è âûñîêîå çíà÷åíèå PSRR ïîìîãàþò ñèñòåìàì Èíòåðíåòà âåùåé ñîõðàíÿòü ðàáîòîñïîñîáíîñòü â ñóðîâûõ óñëîâèÿõ ýêñïëóàòàöèè.

Äîñòóïíîñòü è öåíû

Îöåíî÷íûé íàáîð MAX17227AEVKIT#.

MAX17227A, MAX17291 è MAX38911 ìîæíî ïðèîáðåñòè íà âåá-ñàéòå Maxim Integrated èëè ó îôèöèàëüíûõ äèñòðèáüþòîðîâ êîìïàíèè ïî öåíàì $0.86, $0.74 è $0.67, ñîîòâåòñòâåííî, óñòàíîâëåííûì äëÿ îäíîé ìèêðîñõåìû â ïàðòèè èç 1000 ïðèáîðîâ. Äîñòóïíû òàêæå îöåíî÷íûå íàáîðû MAX17227AEVKIT#, MAX17291EVKIT# è MAX38911EVKIT#, êàæäûé èç êîòîðûõ ñòîèò $69.99.

Íîâîå ñâåòîäèîäíîå ðåøåíèå LUXEON SkyBlue óïðîùàåò è óñêîðÿåò ðàçðàáîòêó ÷åëîâåêî-îðèåíòèðîâàí ÷åëîâåêî-îðèåíòèðîâàí-íîãî îñâåùåíèÿ Lumileds è BIOS îáúåäèíÿþò ñâîé îïûò äëÿ äîñòèæåíèÿ âûñîêîé ýôôåêòèâíîñòè, îäíîðîäíîñòè öâåòà è ìåëàíîïè÷åñêèõ ñîîòíîøåíèé ñâåòîäèîäîâ, êîòîðûå áóäóò ñòèìóëèðîâàòü ðàçðàáîòêó è âíåäðåíèå öèðêàäíîãî îñâåùåíèÿ Lumileds îáúÿâèëà î íà÷àëå ïðîäàæ ñâîåãî íîâîãî ñâåòîäèîäíîãî ÷åëîâåêî-îðèåíòèðîâàííîãî ñâåòîäèîäíîãî ðåøåíèÿ – LUXEON SkyBlue.  ïàðòíåðñòâå ñ êîìïàíèåé BIOS Lighting Lumileds ðàçðàáîòàëà öèðêàäíîå ñâåòîâîå ðåøåíèå, îáåñïå÷èâàþùåå ïðåâîñõîäíûå ìåëàíîïè÷åñêèå ñîîòíîøåíèÿ

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

ñ êîìôîðòíûìè êîððåëèðîâàííûìè öâåòîâûìè òåìïåðàòóðàìè (CCT) 3000K, 3500K è 4000K ïðè ëó÷øåé â îòðàñëè ýôôåêòèâíîñòè, îäíîðîäíîñòè ñâåòîâîãî ïîòîêà è íàèìåíüøåé ñòîèìîñòè ðåøåíèÿ. Íîâîå ðåøåíèå, ñîñòîÿùåå èç ñâåòîäèîäîâ LUXEON SkyBlue è áåëûõ ñâåòîäèîäîâ LUXEON 3030 HE Plus,

7

óñòðàíÿåò íåîáõîäèìîñòü â ñëîæíûõ òåõíè÷åñêèõ è ñïåêòðàëüíûõ àíàëèçàõ è èíæåíåðíûõ ðàçðàáîòêàõ, ïîçâîëÿÿ ïîääåðæèâàòü öèðêàäíîå îñâåùåíèå ñ ïîìîùüþ ïðîñòîãî îäíîêàíàëüíîãî äðàéâåðà. Äëÿ óñòðîéñòâ LUXEON SkyBlue îïðåäåëåíû ìåëàíîïè÷åñêîå ñîîòíîøåíèå (M/P), èíäåêñ öâåòîïåðåäà÷è (CRI), èíäåêñ ïåðåäà÷è êðàñíîãî öâåòà (R9) è 3 øàãà ýëëèïñà ÌàêÀäàìà. Óíèêàëüíûå çíàíèÿ Lumileds ïîçâîëÿþò ðåøèòü ñëîæíûå ïðîáëåìû àíàëèçà, áèííèíãà è öåïî÷åê ïîñòàâîê, êîòîðûå îáû÷íî áðîñàþò âûçîâ ïðîèçâîäèòåëÿì ñâåòîâûõ ïðèáîðîâ, óâåëè÷èâàÿ ñòîèìîñòü è ñëîæíîñòü ðàçðàáîòêè ðåøåíèÿ.

CCT

M/P

CRI/R9

Ñâåòîîòäà÷à

Ñâåòîâîé ïîòîê

3000K

CRI: 83 – 85 3500K 0.74 – 0.94 148 – 160 R9: 90 4000K

58 – 64

«Îáúåäèíåíèå îïûòà BIOS Lighting â îáëàñòè ñïåêòðàëüíûõ òðåáîâàíèé ê öèðêàäíîìó îñâåùåíèþ ñ îïûòîì Lumileds â îáëàñòè ñâåòîäèîäîâ è ðàçðàáîòêè ãîòîâûõ ðåøåíèé ïîçâîëèëà ðåàëèçîâàòü ýòîò ðåâîëþöèîííûé ïîäõîä ê êîíñòðóèðîâàíèþ èñòî÷íèêîâ ñâåòà, – ñêàçàë Âèëëåì Ñèëëåâèñ-Ñìèòò

Îòíîñèòåëüíàÿ ìîùíîñòü (Âò/íì)

(Willem Sillevis-Smitt), ðóêîâîäèòåëü îòäåëà ìàðêåòèíãà. – Íàø ïðÿìîé äîñòóï êî âñåì ýòàïàì ïðîèçâîäñòâåííîãî öèêëà íàøèõ çàâîäîâ è èìåþùàÿñÿ ó íàñ ïîäðîáíàÿ èíôîðìàöèÿ î êàæäîì ñâåòîäèîäå ïîçâîëÿþò íàì çíà÷èòåëüíî óïðîñòèòü ïðîåêòèðîâàíèå äëÿ OEM ïðîèçâîäèòåëåé. LUXEON SkyBlue – ýòî ñàìûé áûñòðûé, ïðîñòîé è ýêîíîìè÷íûé ñïîñîá ïðîèçâîäñòâà ñâåòèëüíèêîâ äëÿ öèðêàäíîãî îñâåùåíèÿ».

1

0.5

0 380

420

460

500

540 580 620 Äëèíà âîëíû (íì)

660

700

380

380

Ñïåêòðàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå ìîùíîñòè íàáîðà Luxeon SkyBlue.

«Ïî ìåðå ðàçâèòèÿ íàóêè çíà÷åíèå ÷åëîâåêî-îðèåíòèðîâàííîãî îñâåùåíèÿ áûñòðî âîçðîñëî êàê äëÿ ðàçðàáîò÷èêîâ, òàê è äëÿ êîíå÷íûõ ïîëüçîâàòåëåé, – ñêàçàë Ìàðê ÌàêÊëåð (Mark McClear), ãëàâíûé îïåðàöèîííûé äèðåêòîð BIOS Lighting. – Òîëüêî ñïåêòðàëüíî îïòèìèçèðîâàííîå öèðêàäíîå îñâåùåíèå îáåñïå÷èâàåò ñïåöèôè÷åñêîå è èçìåðÿåìîå ôèçèîëîãè÷åñêîå âîçäåéñòâèå, êîòîðîå òðåáóåòñÿ â øêîëàõ, îôèñàõ, ôàáðèêàõ, ìåäèöèíñêèõ ó÷ðåæäåíèÿõ è äðóãèõ ïîäîáíûõ ìåñòàõ». Íàáîðû LUXEON SkyBlue äîñòóïíû äëÿ ïðèîáðåòåíèÿ êàê â ïðîìûøëåííûõ, òàê è â åäèíè÷íûõ êîëè÷åñòâàõ.

Íîâûå ïðåöèçèîííûå âûñîêîâîëüòíûå äâóíàïðàâëåííûå òîêîèçìåðèòåëüíûå óñèëèòåëè STMicroelectronics ïîâûøàþò íàäåæíîñòü è ýíåðãîýôôåêòèâíîñòü STMicroelectronics ïðåäñòàâèëà òðè ïðåöèçèîííûõ âûñîêîâîëüòíûõ äâóíàïðàâëåííûõ òîêîèçìåðèòåëüíûõ óñèëèòåëÿ ñ äîïîëíèòåëüíûì âûâîäîì îòêëþ÷åíèÿ äëÿ ìàêñèìàëüíîé ýêîíîìèè ýíåðãèè.

8

Ïðåöèçèîííûå õàðàêòåðèñòèêè óñèëèòåëåé TSC2010, TSC2011 è TSC2012 òàêæå ïîçâîëÿþò ðàçðàáîò÷èêàì ìèíèìèçèðîâàòü ðàññåèâàåìóþ ìîùíîñòü çà ñ÷åò âîçìîæíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ èçìåðèòåëüíûõ ðåçèñòîðîâ

ÍÎÂÎÑÒÈ

ñ íèçêèìè ñîïðîòèâëåíèÿìè. Íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ íå ïðåâûøàåò ±200 ìê ïðè 25 °C, äðåéô ñìåùåíèÿ ñîñòàâëÿåò ìåíåå 5 ìêÂ/°C, à ïîãðåøíîñòü êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ íå âûõîäèò çà ïðåäåëû 0.3%, ÷òî ïîçâîëÿåò óñòðîéñòâàì ïðåäîñòàâëÿòü äîñòîâåðíûå è íàäåæíûå ðåçóëüòàòû ïðè èçìåðåíèè ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà ïîëíîé øêàëå âñåãî 10 ìÂ. Ðàçíîîáðàçèå êîýôôèöèåíòîâ óñèëåíèÿ – 20 Â/ äëÿ TSC2010, 60 Â/ äëÿ TSC2011 è 100 Â/ äëÿ TSC2012 – îáåñïå÷èâàåò ãèáêîñòü ïðè ñîçäàíèè ïðåöèçèîííûõ öåïåé èçìåðåíèÿ òîêà, óñòðîéñòâ çàùèòû îò òîêîâîé ïåðåãðóçêè è ñõåì ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ ïî òîêó äëÿ ðàçëè÷íûõ ïðîìûøëåííûõ è àâòîìîáèëüíûõ ñèñòåì. Îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ âêëþ÷àþò ñáîð äàííûõ, óïðàâëåíèå äâèãàòåëÿìè, óïðàâëåíèå ñîëåíîèäàìè, êîíòðîëüíîèçìåðèòåëüíûå ïðèáîðû, à òàêæå óïðàâëåíèå òåõíîëîãè÷åñêèìè ïðîöåññàìè. Áëàãîäàðÿ ñâîåé äâóíàïðàâëåííîñòè òðè íîâûõ óñèëèòåëÿ ïîìîãóò êîíñòðóêòîðàì ñîêðàòèòü ðàñõîäû íà ìàòåðèàëû, ïîçâîëÿÿ ñ ïîìîùüþ îäíîé ñõåìû èçìåðÿòü òîê, ïðîòåêàþùèé â ïðÿìîì è îáðàòíîì íàïðàâëåíèÿõ. Óñòðîéñòâà ìîãóò ïîäêëþ÷àòüñÿ ê òîêîèçìåðèòåëüíîìó ðåçèñòîðó, ñîåäèíåííîìó êàê ñ øèíîé ïèòàíèÿ, òàê è ñ «çåìëåé», ÷òî ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü îäíó è òó æå ìèêðîñõåìó â îáåèõ êîíôèãóðàöèÿõ äëÿ ñîêðàùåíèÿ íîìåíêëàòóðû ñêëàäñêèõ çàïàñîâ.

Äîïîëíèòåëüíóþ ãèáêîñòü íîâûì óñòðîéñòâàì äàåò øèðîêèé äèàïàçîí íàïðÿæåíèé ïèòàíèÿ îò 2.7  äî 5.5 Â. Áîëüøèå äîïóñòèìûå âõîäíûå íàïðÿæåíèÿ ïîçâîëÿþò èçìåðÿòü òîêè íà ôîíå ñèíôàçíûõ íàïðÿæåíèé â äèàïàçîíå îò –20  äî 70  ïðè ëþáîì íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ. Áëàãîäàðÿ áîëüøîìó çíà÷åíèþ ïðîèçâåäåíèÿ êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ íà ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ è âûñîêîé ñêîðîñòè íàðàñòàíèÿ – 820 êÃö è 7.5 Â/ìêñ äëÿ TSC2010 – îíè îáåñïå÷èâàþò âûñîêóþ òî÷íîñòü è áûñòðûé îòêëèê. Óñòðîéñòâà ñîäåðæàò âñòðîåííûå ôèëüòðû ýëåêòðîìàãíèòíûõ ïîìåõ è âûäåðæèâàþò âîçäåéñòâèå ýëåêòðîñòàòè÷åñêèõ ðàçðÿäîâ ìîäåëè ÷åëîâå÷åñêîãî òåëà äî 2 êÂ, ãàðàíòèðóÿ íàäåæíóþ ðàáîòó â ïðîìûøëåííîì äèàïàçîíå òåìïåðàòóð îò –40 °C äî 125 °C. Ðàçðàáîò÷èêè ìîãóò óñêîðèòü âûâîä ñâîåãî ïðîäóêòà íà ðûíîê, âîñïîëüçîâàâøèñü ïðèëàãàåìûì îöåíî÷íûì êîìïëåêòîì STEVALAETKT1V2, ïðåäíàçíà÷åííûì äëÿ áûñòðîãî çàïóñêà ïðîåêòîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì ëþáîãî èç òðåõ óñòðîéñòâ.

Îöåíî÷íûé íàáîð STEVAL-AETKT1V2.

TSC2010, TSC2011 è TSC2012 óæå ìîæíî ïðèîáðåñòè â êîðïóñàõ Mini-SO8 è SO8 ïî öåíå îò $0.90 çà øòóêó ïðè çàêàçå 1000 ìèêðîñõåì. Ïðè çàêàçå òàêîãî æå êîëè÷åñòâà öåíû âåðñèé äëÿ ñõåì àâòîýëåêòðîíèêè íà÷èíàþòñÿ îò $1.08 çà øòóêó.

Würth Elektronik ïðåäñòàâëÿåò äàò÷èê âëàæíîñòè WSEN-HIDS Êîìïàíèÿ Würth Elektronik ðàçðàáîòàëà ìèêðîýëåêòðîìåõàíè÷åñêèé (ÌÝÌÑ) äàò÷èê ðàçìåðîì âñåãî 2 × 2 × 0.9 ìì. Áëàãîäàðÿ

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

íèçêîìó ïîòðåáëåíèþ ýíåðãèè, à òàêæå êàëèáðîâàííîìó è òåðìîêîìïåíñèðîâàííîìó âûõîäíîìó öèôðîâîìó ñèãíàëó, ýòîò äàò-

9

÷èê, ïðåäíàçíà÷åííûé äëÿ èçìåðåíèÿ âëàæíîñòè è òåìïåðàòóðû, èìååò î÷åíü õîðîøóþ äîëãîâðåìåííóþ ñòàáèëüíîñòü. Äàò÷èê âëàæíîñòè WSEN-HIDS îñíîâàí íà óñîâåðøåíñòâîâàííîé òåõíîëîãèè ÌÝÌÑ: äèýëåêòðè÷åñêèé ïîëèìåð ïîãëîùàåò èëè âûñâîáîæäàåò ìîëåêóëû âîäû ïðîïîðöèîíàëüíî óðîâíþ îòíîñèòåëüíîé âëàæíîñòè â îêðóæàþùåé ñðåäå, òåì ñàìûì, èçìåíÿÿ ïðîíèöàåìîñòü êîíäåíñàòîðíîé ñòðóêòóðû. Äàò÷èê âëàæíîñòè ñî âñòðîåííûì àíàëîãî-öèôðîâûì ïðåîáðàçîâàòåëåì è äàò÷èêîì òåìïåðàòóðû ìîæåò áûòü ïîäêëþ÷åí ê ìèêðîêîíòðîëëåðàì ÷åðåç øèðîêî èñïîëüçóåìûå èíòåðôåé2 ñû I C èëè SPI. Ñ ïîìîùüþ êîìïëåêòà äëÿ ðàçðàáîòêè ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ, òàêæå äîñòóïíîãî ïîëüçîâàòåëÿì, ìîæíî î÷åíü áûñòðî óñòàíîâèòü èíäèâèäóàëüíóþ ñêîðîñòü ïåðåäà÷è äàííûõ è èñïîëüçîâàòü âûâîä ïðåðûâàíèÿ. Íàðÿäó ñ êëàññè÷åñêèìè ïðèëîæåíèÿìè, òàêèìè êàê ñèñòåìû îáîãðåâà, êîíäèöèîíèðîâàíèÿ âîçäóõà, âåíòèëÿöèè è àâòîìàòèçàöèè çäàíèé, äàò÷èê âëàæíîñòè WSEN-HIDS, áëàãîäàðÿ ñâîèì íåáîëüøèì ðàçìåðàì è ìèíèìàëüíîìó ïîòðåáëåíèþ ýíåðãèè, òàêæå ïîäõîäèò äëÿ ðåãèñòðàòîðîâ äàííûõ è, êðîìå òîãî, äëÿ ñòàöèîíàðíûõ è ïîðòàòèâíûõ ïðèëîæåíèé Èíòåðíåòà âåùåé. Äëÿ ñîçäàíèÿ ñîâðåìåííûõ ïðèëîæåíèé Würth Elektronik ïðåäîñòàâëÿåò ðàçðàáîò÷èêàì îöåíî÷íóþ ïëàòó. ÌÝÌÑ äàò÷èê îáåñïå÷èâàåò êàëèáðîâàííûå ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé ñ ïðåâîñõîäíîé òî÷íîñòüþ ±3.5% â äèàïàçîíå çíà÷åíèé îòíîñèòåëüíîé âëàæíîñòè îò 20% äî 80%. Êîíäåíñàò, îáðàçóþùèéñÿ íà ïîâåðõíîñòè ïîëèìåðíîé ñòðóêòóðû, ìîæíî óäàëèòü, àêòèâèðîâàâ âñòðîåííûé íàãðåâàòåëü, ÷òî ïîçâîëèò äàò÷èêó ÷åðåç î÷åíü êîðîòêîå âðåìÿ ñíîâà âûäàâàòü èçìåðåííûå äàííûå. Äèàïàçîí ðàáî÷èõ òåìïåðàòóð äàò÷èêà ñîñòàâëÿåò îò –40 °C äî +120 °C.

Ïðîñòîòà èíòåãðàöèè «Ìû ðàäû ïðåäëîæèòü îäèí èç ñàìûõ èííîâàöèîííûõ äàò÷èêîâ âëàæíîñòè è òåìïåðàòóðû – WSEN-HIDS. Ýòîò äàò÷èê ñïîñîáñòâóåò áûñòðîé óñòàíîâêå îêîíå÷íûõ óñòðîéñòâ, ïîñêîëüêó ðàçðàáîò÷èêè ìîãóò èñïîëüçîâàòü öèôðîâîé âûõîä íåïîñðå-

10

2

äñòâåííî ÷åðåç I C èëè SPI è íå áåñïîêîèòüñÿ î êàëèáðîâêå èëè òåìïåðàòóðíîé êîìïåíñàöèè, – ïîÿñíÿåò Âèíîä Êóìàð Ðàìó (Vinod Kumar Ramu), ìåíåäæåð ïî ïðîäóêöèè Würth Elektronik eiSos. – Î÷åíü ïðàêòè÷íî: âûõîä ïðåðûâàíèÿ äàò÷èêà òàêæå ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ ïðîáóæäåíèÿ ìèêðîêîíòðîëëåðà ïðè èçìåíåíèè âëàæíîñòè. Ýòî èäåàëüíî äëÿ ýêîíîìè÷íûõ è ìàëîîáñëóæèâàåìûõ ôóíêöèé ìîíèòîðèíãà». Òîê, ïîòðåáëÿåìûé äàò÷èêîì âëàæíîñòè, ñîñòàâëÿåò 8.9 ìêÀ ïðè íåïðåðûâíîé ðàáîòå è îáíîâëåíèè äàííûõ èçìåðåíèé îäèí ðàç â ñåêóíäó. Ïðè èñïîëüçîâàíèè òàáëåòî÷íîãî ýëåìåíòà CR2032 åìêîñòüþ 230 ìÀ·÷ ýòî ñîîòâåòñòâóåò ñðîêó ñëóæáû áàòàðåè îêîëî òðåõ ëåò. Åñëè ÷àñòîòà äèñêðåòèçàöèè ñíèæàåòñÿ, ïåðèîäè÷íîñòü îáñëóæèâàíèÿ ñòàíîâèòñÿ åùå áîëüøå.

 êà÷åñòâå àëüòåðíàòèâû, Würth Elektronik eiSos ïðåäëàãàåò Amber-Pi – äîïîëíèòåëüíûé ìîäóëü äëÿ Raspberry Pi, êîòîðûé ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ îöåíî÷íîé ï ë à ò û ä à ò ÷ è ê à í åï î ñ ð åä ñ ò âå í í î ê Raspberry Pi.

Äàò÷èê óæå äîñòóïåí ñî ñêëàäà áåç îãðàíè÷åíèÿ ìèíèìàëüíîãî êîëè÷åñòâà â âèäå ñåêöèè ëåíòû èëè ïîëíîé óïàêîâêè íà áîáèíå.

ÍÎÂÎÑÒÈ

EPC ðàñøèðÿåò ñåìåéñòâî äðàéâåðîâ ëàçåðîâ óñòðîéñòâîì, îïòèìèçèðîâàííûì äëÿ ïðèëîæåíèé EPC îáúÿâëÿåò î âûïóñêå äðàéâåðà ëàçåðà, íà îäíîì êðèñòàëëå êîòîðîãî îáúåäèíåíû 40-âîëüòîâûé 10-àìïåðíûé ÌÎÏ-òðàíçèñòîð, äðàéâåð çàòâîðà è âõîäíîé LVDS èíòåðôåéñ, ïðåäíàçíà÷åííîãî äëÿ âðåìÿïðîëåòíûõ ëèäàðíûõ ñèñòåì, èñïîëüçóåìûõ â ðîáîòîòåõíèêå, äðîíàõ, óñòðîéñòâàõ äîïîëíåííîé ðåàëüíîñòè è èãðîâûõ ïðèëîæåíèÿõ.

Èíòåãðàöèÿ âñåõ óñòðîéñòâ íà îäíîì êðèñòàëëå óïðîùàåò ïðîåêòèðîâàíèå, ðàçâîäêó ïå÷àòíîé ïëàòû è ìîíòàæ, ýêîíîìèò ìåñòî íà ïëàòå, ïîâûøàåò ÊÏÄ è ñíèæàåò çàòðàòû. Ýòî ñåìåéñòâî ïðîäóêòîâ ïîçâîëèò óñêîðèòü âíåäðåíèå è ïîâñåìåñòíîå ðàñïðîñòðàíåíèå âðåìÿïðîëåòíûõ ðåøåíèé â áîëåå øèðîêîì ñïåêòðå ïðèëîæåíèé êîíå÷íûõ ïîëüçîâàòåëåé.

Ïðîòîòèïíàÿ ïëàòà Ïðîòîòèïíàÿ ïëàòà EPC9156 ñîäåðæèò ìèêðîñõåìó äðàéâåðà ëàçåðà EPC21603 è ïðåäíàçíà÷åíà â ïåðâóþ î÷åðåäü äëÿ âîçáóæäåíèÿ ëàçåðíûõ äèîäîâ êîðîòêèìè ñèëüíîòî÷íûìè èìïóëüñàìè. Ìèíèìàëüíàÿ øèðèíà èìïóëüñà íå ïðåâûøàåò 2 íñ, à ïèêîâàÿ àìïëèòóäà òîêà ñîñòàâëÿåò 10 À ïðè íîìèíàëüíîì íàïðÿæåíèè øèíû ïèòàíèÿ, ðàâíîì 30 Â.

EPC21603 – ýòî äðàéâåð ëàçåðà, óïðàâëÿåìûé ëîãè÷åñêèìè ñèãíàëàìè LVDS è ñïîñîáíûé ðàáîòàòü íà î÷åíü âûñîêèõ ÷àñòîòàõ, ïðåâûøàþùèõ 100 ÌÃö, è ôîðìèðîâàòü ñâåðõêîðîòêèå èìïóëüñû (ìåíåå 2 íñ) äëÿ ìîäóëÿöèè òîêîâ âîçáóæäåíèÿ ëàçåðà äî 10 À. Îäíîêðèñòàëüíûé äðàéâåð EPC21603 ñ èíòåãðèðîâàííûì eGaN ÌÎÏ-òðàíçèñòîðîì îñíîâàí íà çàïàòåíòîâàííîé EPC òåõíîëîãèè GaN ìèêðîñõåì è âûïóñêàåòñÿ â êîðïóñå BGA ñ ðàçìåðàìè âñåãî 1.5 ìì × 1.0 ìì. Èíòåðôåéñ LVDS ïîçâîëÿåò óïðàâëÿòü ìèêðîñõåìîé äðàéâåðà ëàçåðà ñ ïîìîùüþ ÏËÈÑ â ïðèëîæåíèÿõ, ãäå ïîìåõîóñòîé÷èâîñòü èìååò ðåøàþùåå çíà÷åíèå, òàêèõ, íàïðèìåð, êàê óñòðîéñòâà äîïîëíåííîé ðåàëüíîñòè.

Ïðîòîòèïíàÿ ïëàòà EPC9156.

Öåíû è äîñòóïíîñòü Ïðè çàêàçå íå ìåíåå 500 òûñ. ïðèáîðîâ ì è ê ð î ñ õå ì û ä ð à é âå ð à ë àçå ð à e To F EPC21603 ïðîäàþòñÿ ïî öåíå $1.00 çà øòóêó. Îäíà îöåíî÷íàÿ ïëàòà EPC9156 ñòîèò $465.23.

EPC21603 è EPC9156 ìîæíî íåìåäëåííî ïðèîáðåñòè ó äèñòðèáüþòîðñêîé êîìïàíèè Digi-Key.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

11

Âûñîêîèíòåãðèðîâàííûå ãàëüâàíè÷åñêè èçîëèðîâàííûå ñèãìà-äåëüòà ìîäóëÿòîðû îò STMicroelectronics ïîâûøàþò òî÷íîñòü è íàäåæíîñòü Âûïóùåííûå STMicroelectronics ìèêðîñõåìû ISOSD61 è ISOSD61L – ýòî âûñîêîòî÷íûå èçîëèðîâàííûå ñèãìà-äåëüòà ìîäóëÿòîðû âòîðîãî ïîðÿäêà, ñïîñîáíûå ïîâûñèòü óðîâåíü ðàáî÷èõ õàðàêòåðèñòèê è íàäåæíîñòü ïðîìûøëåííûõ ïðèëîæåíèé, òàêèõ êàê óñòðîéñòâà óïðàâëåíèÿ äâèãàòåëÿìè, çàðÿäíûå ñòàíöèè ýëåêòðîìîáèëåé, ñîëíå÷íûå èíâåðòîðû, ÈÁÏ, à òàêæå èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ ñåðâåðíîãî è òåëåêîììóíèêàöèîííîãî îáîðóäîâàíèÿ.

Òàêòîâûé âõîä è âûõîäû äàííûõ ISOSD61 ñîâìåñòèìû ñ óðîâíÿìè ñèãíàëîâ ÒÒË/ ÊÌÎÏ, â òî âðåìÿ êàê ISOSD61L ïîääåðæèâàåò óðîâíè LVDS. Îáà ïðèáîðà èìåþò ðàçðåøåíèå 16-áèòíîãî àíàëîãî-öèôðîâîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ (ÀÖÏ) è òèïîâîå îòíîøåíèå ñèãíàë/øóì 86 äÁ. Âñòðîåííàÿ ãàëüâàíè÷åñêàÿ èçîëÿöèÿ ýòèõ óñòðîéñòâ íå ïîäâåðæåíà äåãðàäàöèè, õàðàêòåðíîé äëÿ àëüòåðíàòèâíûõ ðåøåíèé ñ îïòè÷åñêîé ðàçâÿçêîé, à òàêæå ñíèæàåò ýíåðãîïîòðåáëåíèå è ïîçâîëÿåò çíà÷èòåëüíî óâåëè÷èòü ñêîðîñòü ïåðåäà÷è äàííûõ. Óñòðîéñòâà ïðåîáðàçóþò àíàëîãîâûé âõîäíîé ñèãíàë ñ àìïëèòóäîé äî ±320 ì â îäíîáèòîâûé öèôðîâîé ïîòîê äàííûõ ñî ñêîðîñòüþ äî 25 Ìâûá/ñ. Èçîëÿöèÿ ìåæäó äâóìÿ ñòîðîíàìè ãàðàíòèðîâàííî âûäåðæèâàåò áðîñêè íàïðÿæåíèÿ äî 6 ê è ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå äî 1.2 ê ïðè íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ ðàáîòû. Óñòðîéñòâà óñòîé÷èâû ê ñèíôàçíûì ïîìåõàì ñî ñêîðîñòüþ íàðàñòàíèÿ äî 30 êÂ/ìêñ, îáåñ-

12

ïå÷èâàÿ ïðåâîñõîäíîå ïîäàâëåíèå áûñòðûõ øóìîâ, îáóñëîâëåííûõ ïåðåõîäíûìè ïðîöåññàìè, êîòîðûå ÷àñòî ìîãóò âîçíèêàòü â ñóðîâûõ ïðîìûøëåííûõ óñëîâèÿõ. Áëàãîäàðÿ âíåøíåé ÷àñòîòå äèñêðåòèçàöèè 25 ÌÃö, ìîäóëÿòîðû ïîäõîäÿò äëÿ ðàáîòû ñ øèðîêîïîëîñíûìè âõîäíûìè ñèãíàëàìè. Ýòî îáåñïå÷èâàåò âîçìîæíîñòü îáðàáîòêè âûñîêî÷àñòîòíûõ ñèãíàëîâ è òî÷íîñòü èçìåðåíèé, íåîáõîäèìûå äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â ïðèëîæåíèÿõ ïðåîáðàçîâàíèÿ ýíåðãèè è áûñòðîé êîììóòàöèè äëÿ ïðåöèçèîííîãî óïðàâëåíèÿ äâèãàòåëÿìè, îñíîâàííûõ íà òàêèõ íîâåéøèõ òåõíîëîãèÿõ, êàê êàðáèä êðåìíèÿ (SiC). Çà ñ÷åò èíòåãðàöèè íà îäíîì êðèñòàëëå ôóíêöèé ÀÖÏ è èçîëèðîâàííîãî ïåðèôåðèéíîãî UART, ISOSD61 è ISOSD61L ïîçâîëÿþò ñîêðàòèòü ðàñõîäû íà ìàòåðèàëû è ïîâûñèòü ïîìåõîóñòîé÷èâîñòü è íàäåæíîñòü, ñíèæàÿ îáùóþ ñòîèìîñòü êîíå÷íîãî ïðèëîæåíèÿ. Äèñêðåòíûå äàò÷èêè òîêà íå òðåáóþòñÿ, èõ çàìåíÿþò íåáîëüøèå ðåçèñòîðíûå øóíòû. Ìîäóëÿòîðû óïàêîâàíû â ïëàñòèêîâûå êîðïóñà SO16W äëÿ ïîâåðõíîñòíîãî ìîíòàæà ñ äëèíîé ïóòè óòå÷êè 8 ìì. Óñòðîéñòâà ðàññ÷èòàíû íà ðàáîòó â ðàñøèðåííîì ïðîìûø-

Îöåíî÷íàÿ ïëàòà äëÿ èçîëèðîâàííîãî ñèãìàäåëüòà ïðåîáðàçîâàòåëÿ ISOSD61L.

ÍÎÂÎÑÒÈ

ëåííîì äèàïàçîíå òåìïåðàòóð îò –40 °C äî +125 °C. Äîñòóïíû îöåíî÷íûå ïëàòû, ïîääåðæèâàþùèå âåñü íàáîð ôóíêöèé íîâûõ ìèêðîñõåì.

EVALST-ISOSD61T äëÿ ISOSD61 è EVALSTISOSD61L äëÿ ISOSD61L èìåþò êîàêñèàëüíûå

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

è øòûðåâûå ðàçúåìû äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ ê âõîäàì è âûõîäàì ñ äîïîëíèòåëüíûìè êîíòàêòíûìè ïëîùàäêàìè äëÿ øóíòîâîãî äàò÷èêà òîêà. Ìèêðîñõåìû ISOSD61 è ISOSD61L óæå çàïóùåíû â ïðîèçâîäñòâî è â ïàðòèÿõ èç 1000 ïðèáîðîâ ïðîäàþòñÿ ïî öåíå $2.50 çà øòóêó.

13

Ýêîñèñòåìà è ñðåäñòâà ðàçðàáîòêè

îò Microchip Çóáàðåâ Ñâÿòîñëàâ, ã. Ñìîëåíñê  ñòàòüå ïðèâåäåí îáçîð ýêîñèñòåìû Microchip è åå îñíîâíûõ ïðîãðàììíûõ ñîñòàâëÿþùèõ, òàêèõ êàê MPLAB X IDE, MPLAB Code Configurator, MPLAB Harmony è ò. ä., ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ óïðîùåíèÿ ïðîöåññà ðàçðàáîòêè âñòðàèâàåìûõ ðåøåíèé

ÊÊîãäà ðå÷ü çàõîäèò îá ýëåêòðîííîé ïðîìûøëåííîñòè, êîíêóðåíòîñïîñîáíîñòü òîãî èëè èíîãî ïðîèçâîäèòåëÿ âî ìíîãîì îïðåäåëÿåòñÿ ñêîðîñòüþ âûâîäà íà ðûíîê íîâûõ ðåøåíèé èëè îáíîâëåíèÿ ôóíêöèîíàëà óæå ñóùåñòâóþùèõ ïðîäóêòîâ. Îáà ôàêòîðà çàâèñÿò îò ñëîæíîñòè ñàìîãî ðåøåíèÿ, à òàêæå ïðèìåíÿåìûõ ïðè åãî ïîñòðîåíèè àïïàðàòíûõ è ïðîãðàììíûõ ñðåäñòâ. Èñïîëüçîâàíèå ïðîäóêòîâ îò ðàçíûõ ïðîèçâîäèòåëåé ìîæåò çíà÷èòåëüíî óñëîæíèòü ïðîöåññ è îòíÿòü âðåìÿ è ñèëû ó öåííûõ ñîòðóäíèêîâ, êîòîðûå áóäóò âûíóæäåíû ïðèáåãàòü ê ðàçëè÷íûì õèòðîñòÿì

Ìèêðîêîíòðîëëåðû è ìèêðîïðîöåññîðû

Äåìîíñòðàöèîííûå, îòëàäî÷íûå ïëàòû è ïëàòû ðàñøèðåíèÿ

è «êîñòûëÿì» äëÿ èíòåãðàöèè íîâûõ êîìïîíåíòîâ â ïðîåêò è èõ ïîñëåäóþùåé íàñòðîéêè. Âûõîäîì èç ñèòóàöèè ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ïðîäóêòîâ, ñîâìåñòèìîñòü êîòîðûõ íå âûçûâàåò ñîìíåíèé åùå íà ýòàïå çàêóïêè. Êàê ïðàâèëî, ýòî ðåøåíèÿ îò îäíîãî ïðîèçâîäèòåëÿ, êîòîðûé ïðåäîñòàâëÿåò ñâîèì êëèåíòàì íå òîëüêî îòäåëüíûå êîìïîíåíòû, íî è öåëóþ ýêîñèñòåìó, ïðèçâàííóþ ìàêñèìàëüíî óïðîñòèòü ïîñòðîåíèå ïðîåêòîâ è óñêîðèòü ïðîöåññ ïðîèçâîäñòâà. Îäíèì èç òàêèõ ïðîèçâîäèòåëåé ÿâëÿåòñÿ îñíîâàííàÿ â 1987 ãîäó àìåðèêàíñêàÿ êîìïàíèÿ Microchip (Ðèñóíîê 1).

Ïðîãðàììàòîðû

Áèáëèîòåêè è äîêóìåíòàöèÿ

Ïðîãðàììíûå ñðåäñòâà ðàçðàáîòêè

Ðèñóíîê 1. Ýêîñèñòåìà êîìïàíèè Microchip.

14

ÑÒÀÒÜÈ

 äàííîé ñòàòüå ðàññêàçûâàåòñÿ îá îñíîâíûõ ñîñòàâëÿþùèõ ýêîñèñòåìû äëÿ ðàáîòû ñ ìèêðîêîíòðîëëåðàìè è ìèêðîïðîöåññîðàìè êîìïàíèè Microchip. Ïðåæäå âñåãî ðå÷ü ïîéäåò î ïðîãðàììíîì îáåñïå÷åíèè; èìåííî íà ýòîì ïîïðèùå êîìïàíèÿ çà ïîñëåäíèå íåñêîëüêî ëåò äîñòèãëà îïðåäåëåííûõ óñïåõîâ è ñîçäàëà ïðîäóêòû, ñïîñîáíûå çíà÷èòåëüíî óñêîðèòü ïðîöåññ ðàçðàáîòêè. Ïðåäëîæåííûå â ñòàòüå ïðîãðàììíûå ðåøåíèÿ ïîçâîëÿþò ñîçäàâàòü ìàñøòàáíûå ïðîåêòû ñ âîçìîæíîñòüþ óñòàíîâêè ïëàãèíîâ è îòëàäêè â ðåàëüíîì âðåìåíè (MPLAB X IDE), ãåíåðèðîâàòü è ðåäàêòèðîâàòü êîä îíëàéí, áåç óñòàíîâêè ïðîãðàììû íà ïåðñîíàëüíûé êîìïüþòåð (MPLAB Xpress), íàñòðàèâàòü ðàáîòó êîíòðîëëåðîâ ïðè ïîìîùè ãðàôè÷åñêîãî èíòåðôåéñà (MPLAB Code Configurator, MPLAB Harmony), äîáàâëÿòü íîâûé ôóíêöèîíàë â óæå çíàêîìûå ñðåäû ðàçðàáîòêè (Microchip Studio) è ìíîãîå, ìíîãîå äðóãîå.

Íà òåêóùèé ìîìåíò ïîëüçîâàòåëÿì äîñòóïíû ñëåäóþùèå ðåøåíèÿ: ! MPLAB X IDE – ïîëíîôóíêöèîíàëüíàÿ èíòåãðèðîâàííàÿ ñðåäà ðàçðàáîòêè (IDE), ïðåäíàçíà÷åííàÿ äëÿ ðàçðàáîòêè êîäà äëÿ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ PIC, öèôðîâûõ ñèãíàëüíûõ êîíòðîëëåðîâ (DSC) dsPIC, à òàêæå ìèêðîêîíòðîëëåðîâ AVR è SAM. Ñðåäà ïîñòðîåíà íà îñíîâå IDE NetBeans ñ îòêðûòûì èñõîäíûì êîäîì îò Apache Software Foundation. ! MPLAB Xpress – ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé áåñïëàòíóþ îíëàéí-ñðåäó ðàçðàáîòêè, êîòîðàÿ íå òðåáóåò óñòàíîâêè èëè íàñòðîéêè ñèñòåìû. MPLAB Xpress èìååò áîëåå îãðàíè÷åííûé ôóíêöèîíàë ïî ñðàâíåíèþ ñ MPLAB X IDE, îäíàêî ïîääåðæèâàåò åå íàèáîëåå ïîïóëÿðíûå ôóíêöèè, òàêèå êàê êîíôèãóðàòîð êîäà MPLAB. ! Êîíôèãóðàòîð êîäà MPLAB (MCC) – áåñïëàòíûé ãðàôè÷åñêèé ïëàãèí äëÿ èíèöèàëèçàöèè ñèñòåìû, êîòîðûé òàêæå ïðåäîñòàâëÿåò äðàéâåðû äëÿ ðàáîòû ñ êîìïîíåíòàìè. MCC ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ íàñòðîéêè øèðîêîãî ñïåêòðà ïåðèôåðèéíûõ óñòðîéñòâ è ïîääåðæèâàåò ðàáîòó ñ ìèêðîêîíòðîëëåðàìè AVR è PIC. ! MPLAB Harmony – ãèáêèé ôðåéìâîðê, âêëþ÷àþùèé â ñåáÿ ïðîãðàììíûå ìîäóëè, êîòîðûå âûñòóïàþò â ðîëè ñòðîèòåëüíûõ áëîêîâ ïðè ñîçäàíèè ïðèëîæåíèÿ. Èñïîëü-

Ïðîãðàììíûå ñðåäñòâà ðàçðàáîòêè Microchip Microchip ïðåäëàãàåò ñâîèì êëèåíòàì øèðîêèé ïåðå÷åíü ïðîãðàììíûõ ðåøåíèé, ïîçâîëÿþùèõ çíà÷èòåëüíî óïðîñòèòü ïðîöåññ ðàçðàáîòêè è îòëàäêè ïðîãðàììíîãî êîäà ïðè ðàáîòå ñ êîìïîíåíòàìè, âõîäÿùèìè â ýêîñèñòåìó êîìïàíèè.

Òàáëèöà 1. Äàííûå ïî âîçìîæíîñòè ðàáîòû ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ â çàâèñèìîñòè îò âûáðàííîãî ìèêðîêîíòðîëëåðà èëè ìèêðîïðîöåññîðà Ñåìåéñòâà Öèôðîâûå ÌèêðîÌèêðîÌèêðîÌèêðîìèêðîêîíòðîëëåðû êîíòðîëëåðû êîíòðîëëåðû êîíòðîëëåðû êîíòðîëëåðîâ ïðîöåññîðû ñèãíàëîâ PIC SAM AVR CEC/MEC dsPIC MPLAB X IDE IDE

Êîìïèëÿòîðû

Êîíôèãóðàòîðû êîäà

+

+

+

+

+

+

MPLAB Xpress

+

+

+

—

—

—

Microchip Studio

+

—

—

+

—

—

MPLAB XC

+

+

+

+

+

+

AVR GCC

+

—

—

—

—

—

ARM GCC [1]

—

—

—

+

—

+

MPLAB Code Configurator

+

+

+

—

—

—

MPLAB Harmony

—

—

+

—

+

Atmel Start

+

—

+

—

—

Ñðåäñòâà ïðîãðàììèðî- MPLAB IPE âàíèÿ äëÿ ïðîèçâîäñòâà MPLAB PM3

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

+, òîëüêî äëÿ 32-áèòíûõ âåðñèé —

+

+

+

+

—

—

—

+

+

—

—

—

15

çóÿ MPLAB Harmony, ðàçðàáîò÷èê ìîæåò âêëþ÷èòü â ñâîé ïðîåêò áèáëèîòåêè è ïðîãðàììíûå äðàéâåðû êàê êîìïàíèè Microchip, òàê è ñòîðîííèõ ïðîèçâîäèòåëåé.

MPLAB Harmony ïîääåðæèâàåò ðàáîòó ñ 32áèòíûìè ìèêðîêîíòðîëëåðàìè PIC è SAM. ! Êîìïèëÿòîðû MPLAB XC – êîìïëåêñíîå ðåøåíèå äëÿ êîìïèëÿöèè ðàçðàáàòûâàåìîãî ïðîãðàììíîãî êîäà. MPLAB XC ïîääåðæèâàåò 8-áèòíûå PIC è AVR â âåðñèè MPLAB XC8, 16-áèòíûå PIC è dsPIC DSC â MPLAB XC16 è 32-áèòíûå PIC è SAM â MPLAB XC32. Äëÿ êîìïèëÿòîðîâ MPLAB XC äîñòóïíû äâà âèäà ëèöåíçèè: áåñïëàòíàÿ – âêëþ÷àåò áàçîâûå ôóíêöèè îïòèìèçàöèè è PRO – îðèåíòèðîâàíà íà ïðîåêòû, òðåáóþùèå ìàêñèìàëüíîé îïòèìèçàöèè ïî ñêîðîñòè è ðàçìåðó áèíàðíîãî ôàéëà. ! Microchip Studio (Atmel Studio 7) – èíòåãðèðîâàííàÿ ñðåäà ðàçðàáîòêè (IDE) äëÿ íàïèñàíèÿ êîäà è îòëàäêè ìèêðîêîíòðîëëåðîâ AVR è SAM. ! Atmel START – áåñïëàòíûé îíëàéíèíñòðóìåíò äëÿ ãðàôè÷åñêîãî êîíôèãóðèðîâàíèÿ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ äëÿ âñòðàèâàåìûõ ïðèëîæåíèé íà áàçå ìèêðîêîíòðîëëåðîâ AVR è SAM. Êàê íåñëîæíî çàìåòèòü, òå èëè èíûå ïðîãðàììíûå ñðåäñòâà ïîäõîäÿò òîëüêî äëÿ îïðåäåëåííîãî òèïà êîíòðîëëåðîâ.  Òàáëèöå 1 ïðèâåäåíû äàííûå ïî âîçìîæíîñòè ðàáîòû ñ ïðîãðàììíûì îáåñïå÷åíèåì â çàâèñèìîñòè îò âûáðàííîãî ìèêðîêîíòðîëëåðà èëè ìèêðîïðîöåññîðà. Äëÿ óïðîùåíèÿ ïðîöåññà ðàáîòû, êîìïàíèÿ Microchip îáúåäèíèëà èíôîðìàöèþ ïî ñâîèì ïðîäóêòàì â ðàçäåë Microchip Developer Help [2], â êîòîðîì ïîäðîáíî îïèñàíû âñå òîíêîñòè ðàáîòû ñ ïðèâåäåííûìè âûøå ïðîãðàììíûìè ïàêåòàìè, à òàêæå ïðèâåäåíû ññûëêè íà ïðîäóêòû, äîïîëíèòåëüíûå ðåñóðñû, âèäåîóðîêè, êóðñû è äîêóìåíòàöèþ. Ñòîèò òàêæå ó÷èòûâàòü âîçìîæíîñòü ðàáîòû ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ íà òîé èëè èíîé îïåðàöèîííîé ñèñòåìå. Íàïðèìåð, èíñòðóìåíòû ðàçðàáîòêè MPLAB ñîâìåñòèìû ñ îïåðàöèîííûìè ñèñòåìàìè Windows, Linux è macOS, à Microchip Studio (Atmel Studio 7) ñïîñîáíà ðàáîòàòü òîëüêî ïîä Windows. Ðàçáåðåì îïèñàííûå âûøå ïðîãðàììíûå ðåøåíèÿ áîëåå ïîäðîáíî.

16

Èíòåãðèðîâàííàÿ ñðåäà ðàçðàáîòêè MPLAB X MPLAB X IDE ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñðåäó, êîòîðàÿ îáúåäèíÿåò â ñåáå âåñü íåîáõîäèìûé íàáîð èíñòðóìåíòîâ äëÿ íàñòðîéêè, ðàçðàáîòêè, îòëàäêè è îöåíêè âîçìîæíîñòåé ìèêðîêîíòðîëëåðîâ è ìèêðîïðîöåññîðîâ, ïðîèçâîäèìûõ êîìïàíèåé Microchip (Ðèñóíîê 2). Ñðåäà ïîñòðîåíà íà îñíîâå IDE NetBeans ñ îòêðûòûì èñõîäíûì êîäîì îò Apache Software Foundation è ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ áåñïëàòíî.

Ðèñóíîê 2. Ñòàðòîâîå îêíî MPLAB X IDE.

MPLAB X IDE îáëàäàåò øèðîêèìè âîçìîæíîñòÿìè äëÿ íàïèñàíèÿ èñõîäíîãî êîäà ïðîãðàììû, åå äàëüíåéøåé îòëàäêè è îïòèìèçàöèè ïðîåêòà. Ñòîëü îáøèðíûé ôóíêöèîíàë îáåñïå÷åí áëàãîäàðÿ íàëè÷èþ â MPLAB X IDE ñëåäóþùèõ ìîäóëåé è âîçìîæíîñòåé (Ðèñóíîê 3): ! Ìåíåäæåð ïðîåêòîâ (Project Manager) – ñëóæèò äëÿ óïðàâëåíèÿ ôàéëàìè ðàáî÷èõ ãðóïï; ! Ðåäàêòîð êîäà (Editor) – ïîçâîëÿåò ðåäàêòèðîâàòü è ñîçäàâàòü ïðîãðàììíûé êîä ïðîåêòà; ! Ïîääåðæêà ïðîãðàììàòîðîâ/îòëàä÷èêîâ MPLAB ICD è MPLAB REAL ICE; ! Ñèìóëÿòîð MPLAB X Simulator, ïîøàãîâî ìîäåëèðóþùèé ðàáîòó ïðîãðàììû; ! Ïîääåðæêà êîìïèëÿòîðîâ MPLAB XC (XC8, XC16 è XC32) – ïðåîáðàçóþò èñõîäíûé êîä íà ÿçûêàõ Ñ, Ñ++, àññåìáëåð â ìàøèííûé; ! È òàê äàëåå.

MPLAB X ïðåäëàãàåò ïîëüçîâàòåëþ øèðîêèé ôóíêöèîíàë, ñïîñîáíûé ïîìî÷ü áûñòðî îòëàäèòü ïðîåêò è ìèíèìèçèðîâàòü âðåìÿ

ÑÒÀÒÜÈ

MPLAB X Êîìïèëÿòîðû MPLAB XC

Ðåäàêòîð êîäà

Îòëàä÷èê

Ìåíåäæåð ïîðîåêòîâ

Ïðîãðàììíîå îáåñïå÷åíèå

Ñèìóëÿòîðû

Îòëàä÷èêè

Ïðîãðàììàòîðû

Ïëàãèíû

Êîìïèëÿòîðû

MPLAB SIM

MPLAB Starter Kits

MPLAB MP3

Ñåãìåíòû ïðèëîæåíèé

RTOS

Proteus SPICE

Êîíòðîëü âåðñèè

PIC Kit ïðîãðàììàòîð/îòëàä÷èê

Ïëàãèíû NetBeans

MPLAB ICD

Ìîíèòîð äàííûõ è êîíòðîëü èíòåðôåéñîâ

MATLAB MPLAB REAL ICE

Íàáëþäåíèå â ðåæèìå RTO

Ïðî÷èå îïöèè Ýìóëÿòîðû è îòëàä÷èêè

Ïðîèçâîäñòâåííûå, GANG ïðãðàììàòîðû

PC-lint è äðóãèå

Ñòîðîííèå ïðîèçâîäèòåëè

Ðèñóíîê 3. Ñîñòàâëÿþùèå ñðåäû MPLAB X IDE.

ðàçðàáîòêè. Äàííàÿ IDE ìîæåò ðàññ÷èòàòü âðåìÿ èñïîëíåíèÿ îïåðàöèé (èíñòðóìåíò Stopwatch), îòêðûòü äîñòóï ê ïåðåìåííûì è ñïåöèàëüíûì ðåãèñòðàì êîíòðîëëåðà, îáúåäèíèòü ðàçðîçíåííûå ôàéëû â îäèí ïðîåêò è ìíîãîå äðóãîå.  ïàïêå, ãäå ðàçìåùàåòñÿ MPLAB X, ïî ïóòè \template\code ëåæàò ôàéëû-øàáëîíû äëÿ ïðîåêòîâ, ñ êîòîðûõ óäîáíî íà÷àòü ðàáîòó. Êðîìå òîãî, âîçìîæíîñòè MPLAB X IDE ìîæíî ðàñøèðèòü ñ ïîìîùüþ ìíîæåñòâà ïëàãèíîâ êàê îò êîìïàíèè Microchip èëè NetBeans, òàê è îò ñòîðîííèõ ïðîèçâîäèòåëåé. Ïðèìåðàìè äîñòóïíûõ äëÿ MPLAB X IDE ïëàãèíîâ ìîãóò ñëóæèòü: ! Ìîíèòîð äàííûõ è êîíòðîëëåð èíòåðôåéñîâ (DMCI). DMCI ïîçâîëÿåò ðàçðàáîò÷èêó èçó÷àòü èëè èçìåíÿòü ñîäåðæèìîå ïåðåìåííûõ áåç íåîáõîäèìîñòè îñòàíîâêè ïðèëîæåíèÿ âî âðåìÿ ñåàíñà îòëàäêè; ! Êîíôèãóðàòîð êîäà Microchip (MCÑ) – ãðàôè÷åñêèé ïëàãèí äëÿ èíèöèàëèçàöèè ñèñòåìû, êîòîðûé òàêæå ïðåäîñòàâëÿåò äðàéâåðû äëÿ ðàáîòû ñ êîìïîíåíòàìè; ! Ãðàôè÷åñêèé èíòåðôåéñ ïîëüçîâàòåëÿ SMPS Buck (SMPSGUI) – ïðåäñòàâëÿåò

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

ñîáîé ïëàãèí, óïðîùàþùèé ðàáîòó è íàñòðîéêó ãèáðèäíûõ ØÈÌ-êîíòðîëëåðîâ, â ÷àñòíîñòè – MCP19110/11/18/19; ! Êîíôèãóðàòîð äèñïëåÿ Graphics Display Designer (GDD) – èíñòðóìåíò ðàçðàáîòêè èíòåðôåéñîâ, êîòîðûé ïîçâîëÿåò áûñòðî è ëåãêî ñîçäàâàòü ãðàôè÷åñêèé èíòåðôåéñ ïîëüçîâàòåëÿ äëÿ ïðèëîæåíèé íà îñíîâå 16- èëè 32-ðàçðÿäíûõ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ PIC; ! Ïðîãðàììíûé ïàêåò Proteus VSM Viewer, ïîçâîëÿþùèé âèðòóàëüíî ñîáðàòü ñõåìó ýëåêòðîííîãî óñòðîéñòâà è ñèìóëèðîâàòü åãî ðàáîòó, âûÿâëÿÿ îøèáêè, äîïóùåííûå íà ñòàäèè ïðîåêòèðîâàíèÿ è òðàññèðîâêè; ! Ìîäóëü îòëàäêè Segger J-Link, ïîçâîëÿþùèé ðàáîòàòü ñ óñòðîéñòâàìè JTAG; ! È òàê äàëåå. Ïîëíûé ñïèñîê äîñòóïíûõ è óñòàíîâëåííûõ ïëàãèíîâ ìîæíî íàéòè â ñîîòâåòñòâóþùåì ðàçäåëå ïðîãðàììû. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ïîìèìî ïîëîæåíèé, îïèñàííûõ â ðóêîâîäñòâå Microchip Developer Help, êîòîðîå óæå óïîìèíàëîñü ðàíåå, êîìïàíèÿ Microchip ïðåäîñòàâëÿåò ñâîèì êëèåíòàì ñïåöèàëüíûé îáó÷àþùèé êóðñ [3], â êîòîðîì

17

ïðèâåäåíî ïîäðîáíîå îïèñàíèå ñðåäû. Ïî îêîí÷àíèè êóðñà ïîëüçîâàòåëü ïîëó÷èò îñíîâíûå ïðåäñòàâëåíèÿ î ïðèíöèïàõ ðàáîòû ñ MPLAB X IDE, óçíàåò, êàê îòêðûòü è ïîñòðîèòü ïðîåêò, óñâîèò îñíîâíûå ïðèíöèïû îòëàäêè è çàãðóçêè êîäà â ìèêðîêîíòðîëëåð è ìíîãîå äðóãîå.

MPLAB Xpress IDE  òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà ó êëèåíòà íåò âîçìîæíîñòè óñòàíîâèòü ïîëíîöåííóþ MPLAB X IDE äëÿ ðàáîòû èëè íåîáõîäèìî áûñòðî ñîçäàòü/ îòðåäàêòèðîâàòü ïðîåêò, íà ïîìîùü ïðèõîäèò ñðåäà Microchip MPLAB Xpress. MPLAB Xpress – ýòî áåñïëàòíàÿ èíòåðàêòèâíàÿ îíëàéíñðåäà ðàçðàáîòêè, êîòîðàÿ íå òðåáóåò êàêîéëèáî óñòàíîâêè èëè íàñòðîéêè ñèñòåìû. Äëÿ íà÷àëà ðàáîòû ñî ñðåäîé äîñòàòî÷íî ïåðåéòè íà ñòðàíèöó MPLAB Xpress [4]. MPLAB Xpress ÿâëÿåòñÿ óïðîùåííîé è óñîâåðøåíñòâîâàííîé âåðñèåé MPLAB X IDE è ñîäåðæèò îñíîâíûå åå íàèáîëåå ïîïóëÿðíûå è íåîáõîäèìûå äëÿ ðàáîòû ôóíêöèè (Ðèñóíîê 4).

Ðèñóíîê 5. Óñòàíîâêà ïîäêëþ÷åíèÿ ê îòëàäî÷íîé ïëàòå äëÿ ðàáîòû â MPLAB Xpress.

Òàêæå ñòîèò îòìåòèòü âíóøèòåëüíûé îáúåì õðàíèëèùà (10 Ãáàéò) äëÿ õðàíåíèÿ ôàéëîâ ïðîåêòîâ è ðåïîçèòîðèé, ãäå ïîëüçîâàòåëü ìîæåò äåëèòüñÿ ñâîèìè èäåÿìè ñ äðóãèìè ïîëüçîâàòåëÿìè èëè ÷åðïàòü âäîõíîâåíèå èç óæå ñóùåñòâóþùèõ ðåøåíèé. Âñÿ äîñòóïíàÿ èíôîðìàöèÿ ïî ðàáîòå ñî ñðåäîé, êàê è â ñëó÷àå ñ MPLAB X, ðàñïîëàãàåòñÿ â ðàçäåëå Microchip Developer Help [5].

MPLAB Code Configurator

Ðèñóíîê 4. Ðàáîòà ñ òåñòîâûì ïðîåêòîì â ñðåäå MPLAB Xpress.

MPLAB Xpress ñòàíåò ïðåêðàñíûì âûáîðîì äëÿ òåõ, êòî òîëüêî íà÷èíàåò çíàêîìñòâî ñ ïðîäóêöèåé êîìïàíèè Microchip. Êîãäà æå äåëî äîéäåò äî ñåðüåçíîé ðàçðàáîòêè è âîçìîæíîñòåé MPLAB Xpress îêàæåòñÿ íåäîñòàòî÷íî, ïîëüçîâàòåëü ñìîæåò áåç òðóäà ïåðåíåñòè ñóùåñòâóþùèé ïðîåêò â MPLAB X IDE. MPLAB Xpress âêëþ÷àåò â ñåáÿ ïîñëåäíþþ âåðñèþ MPLAB Code Configurator è ñîâìåñòèìà ñ îöåíî÷íûìè ïëàòàìè MPLAB Xpress, ïëàòàìè Curiosity, Explorer 16/32 è ïðîãðàììàòîðîì/îòëàä÷èêîì PICkit 4.  MPLAB Xpress ðàçðàáîò÷èêó òàêæå äîñòóïíà ïðîãðàììíàÿ ñèìóëÿöèÿ ïðîåêòà è åãî àïïàðàòíàÿ îòëàäêà íà ïîäêëþ÷åííîé ê ïåðñîíàëüíîìó êîìïüþòåðó îòëàäî÷íîé ïëàòå (Ðèñóíîê 5).

18

MPLAB Code Configurator (MCC) – áåñïëàòíûé ãðàôè÷åñêèé ïëàãèí äëÿ èíèöèàëèçàöèè ñèñòåìû, êîòîðûé òàêæå ïðåäîñòàâëÿåò äðàéâåðû äëÿ ðàáîòû ñ êîìïîíåíòàìè.

MCC èìååò èíòóèòèâíî ïîíÿòíûé èíòåðôåéñ è ñîäåðæèò â ñåáå áîãàòûé íàáîð ïåðèôåðèéíûõ óñòðîéñòâ è ôóíêöèé. Ê êëþ÷åâûì îñîáåííîñòÿì MPLAB Code Configurator ìîæíî îòíåñòè: ! Èíèöèàëèçàöèÿ â ãðàôè÷åñêîé ôîðìå ñèñòåìíûõ ðåãèñòðîâ, ïîðòîâ ââîäà/âûâîäà è íåçàâèñèìîé îò ÿäðà ïåðèôåðèè; ! Îòîáðàæåíèå ñïèñêà äîñòóïíûõ è âûáðàííûõ ïåðèôåðèéíûõ ìîäóëåé äëÿ êîíêðåòíîãî ìèêðîêîíòðîëëåðà; ! Ñèñòåìà îïîâåùåíèé, ïðåäóïðåæäàþùàÿ î âîçìîæíûõ îøèáêàõ êîíôèãóðèðîâàíèÿ; ! Ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ íàñòðîéêè è ãåíåðàöèè áèáëèîòåê.

MPLAB Code Configurator ïîääåðæèâàåò ìèêðîêîíòðîëëåðû PIC è AVR è ïîçâîëÿåò ñîçäàâàòü ðàáî÷èé êîä âñåãî çà íåñêîëüêî êëèêîâ ìûøêîé, ÷òî çíà÷èòåëüíî óñêîðÿåò ïðîöåññ ðàçðàáîòêè, îñîáåííî êîãäà äåëî êàñàåòñÿ ïðîòîòèïîâ (Ðèñóíîê 6).

ÑÒÀÒÜÈ

Ðèñóíîê 6. Ïðèìåð ðàáîòû â MPLAB Code Configurator.

Ñóùåñòâóåò 3 âàðèàíòà íà÷àëà ðàáîòû ñ MPLAB Code Configurator: 1. Èñïîëüçîâàíèå îáëà÷íîé IDE MPLAB Xpress. MPLAB Xpress óæå âêëþ÷àåò â ñåáÿ ïðåäóñòàíîâëåííûé MPLAB Code Configurator è âñå, ÷òî òðåáóåòñÿ ïîëüçîâàòåëþ äëÿ íà÷àëà ðàáîòû, – ýòî ñîçäàòü íîâûé èëè îòêðûòü ñóùåñòâóþùèé ïðîåêò è âûáðàòü ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë â øàïêå ìåíþ. Îòêðûòèå ïðîåêòà íåîáõîäèìî äëÿ òîãî, ÷òîáû MCC ìîã ïîëó÷èòü èìÿ èñïîëüçóåìîãî êîíòðîëëåðà è ïîäãðóçèòü íåîáõîäèìûå äàííûå, êàñàþùèåñÿ ðåãèñòðîâ è áèòîâ êîíôèãóðàöèè, à òàêæå íàñòðîèòü ãðàôè÷åñêèé èíòåðôåéñ.

2. Óñòàíîâèòü ïëàãèí MCC â MPLAB X IDE. Åñëè ó âàñ óñòàíîâëåíà MPLAB X IDE, âñå, ÷òî âàì íóæíî ñäåëàòü, ÷òîáû íà÷àòü ðàáîòó ñ MCC, – ýòî çàãðóçèòü åãî èç áèáëèîòåêè ïëàãèíîâ ÷åðåç âêëàäêó «Plugins».

3. Ðó÷íàÿ óñòàíîâêà ïëàãèíà MCC â MPLAB X IDE.  òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà ïîëüçîâàòåëþ íåîáõîäèìî èñïîëüçîâàòü ïðåäûäóùèå âåðñèè MCC, îí ìîæåò óñòàíîâèòü òðåáóåìóþ âåðñèþ ïëàãèíà âðó÷íóþ, ïðåäâàðèòåëüíî ñêà÷àâ ñîîòâåòñòâóþùèé ôàéë ñ ñàéòà êîìïàíèè.

MPLAB Harmony v3 MPLAB Harmony ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ôðåéìâîðê äëÿ ðàçðàáîòêè âñòðîåííîãî ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ íà áàçå 32ðàçðÿäíûõ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ è ìèêðîïðîöåññîðîâ. MPLAB Harmony ïðåäîñòàâëÿåò ïîëüçîâàòåëþ ãèáêèå è ôóíêöèîíàëüíî ñîâìåñòèìûå ïðîãðàììíûå ìîäóëè, êîòîðûå âûñòóïàþò â ðîëè ñòðîèòåëüíûõ áëîêîâ ïðè ñîçäàíèè ïðèëîæåíèÿ è óïðîùàþò ïðîöåññ ðàçðàáîòêè è, êàê ñëåäñòâèå, ñïîñîáñòâóþò

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

Ðèñóíîê 7. Ïðèìåð íàñòðîéêè ïðîåêòà â MPLAB Harmony.

ñîêðàùåíèþ âðåìåíè âûâîäà ïðîäóêòà íà ðûíîê (Ðèñóíîê 7). Ìîäóëè â MPLAB Harmony äåëÿòñÿ íà ÷åòûðå êàòåãîðèè: ! Áèáëèîòåêè ïåðèôåðèè; ! Äðàéâåðû óñòðîéñòâ; ! Ñèñòåìíûå ñëóæáû; ! Ïðîìåæóòî÷íîå ïðîãðàììíîå îáåñïå÷åíèå (middleware). Áèáëèîòåêè ïåðèôåðèè (PLIB) îáåñïå÷èâàþò íèçêîóðîâíåâûé èíòåðôåéñ ñ ïåðèôåðèéíûìè ìîäóëÿìè, ïîçâîëÿÿ ðàçðàáîò÷èêó íå çàäóìûâàòüñÿ î òîì, ÷òî ïðîèñõîäèò íà óðîâíå ðåãèñòðîâ, ÷åì îáëåã÷àþò íàïèñàíèå äðàéâåðîâ äëÿ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ ñåìåéñòâà PIC. Îäíàêî áèáëèîòåêè íå ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ïðèìåíåíèÿ íåïîñðåäñòâåííî â ïðèëîæåíèè, ïîñêîëüêó ïðè èñïîëüçîâàíèè íåñêîëüêèõ áèáëèîòåê î÷åíü âûñîêà âåðîÿòíîñòü êîíôëèêòà, âîçíèêàþùåãî ïðè ðàñïðåäåëåíèè ðåñóðñîâ. Äðàéâåðû óñòðîéñòâà ÿâëÿþòñÿ íàäñòðîéêîé íàä áèáëèîòåêàìè è îáåñïå÷èâàþò ïðîñòîå è âûñîêîàáñòðàêòíîå âçàèìîäåéñòâèå ñ ïåðèôåðèéíûìè ìîäóëÿìè ñ ïîìîùüþ îïðåäåëåííûõ ôóíêöèé. Ïðèìåíåíèå äðàéâåðîâ òàêæå ïîçâîëÿåò èçáåæàòü êîíôëèêòîâ ìåæäó áèáëèîòåêàìè.

Middleware-ìîäóëè íåîáõîäèìû äëÿ îðãàíèçàöèè ðàáîòû ïåðèôåðèéíûõ áëîêîâ ñî ñëîæíûìè ïðîòîêîëàìè, íàïðèìåð, ñòåêîâ TCP/IP,

19

USB. Çà òåì, ÷òîáû äðàéâåðû èëè middlewareìîäóëè íå êîíôëèêòîâàëè ìåæäó ñîáîé èç-çà êàêèõ-ëèáî îáùèõ ðåñóðñîâ, ñëåäÿò ñèñòåìíûå ñëóæáû. Èñõîäÿ èç âñåãî âûøåñêàçàííîãî, ê êëþ÷åâûì ïðåèìóùåñòâàì MPLAB Harmony ìîæíî îòíåñòè: ! Íåçàâèñèìàÿ îò ÿäðà ðåàëèçàöèÿ, ïîääåðæèâàåò àðõèòåêòóðû MIPS è Cortex Arm; ! Ïåðåíîñèìîñòü êîäà äàæå â ïðåäåëàõ ðàçíûõ ñåìåéñòâ êîíòðîëëåðîâ; ! Ïðîñòîé ïðîöåññ íàñòðîéêè è ðàáîòû áëàãîäàðÿ ãðàôè÷åñêîìó èíòåðôåéñó è êîíôèãóðàòîðó MPLAB Harmony Configurator (MHC), êîòîðûé ïîçâîëÿåò ïðîâîäèòü êîíôèãóðàöèþ è ãåíåðàöèþ íà÷àëüíîãî êîäà, ïåðèôåðèéíûõ áèáëèîòåê è ïðîìåæóòî÷íîãî ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ (USB, TCP / IP è ò. ä.); ! Ìíîãîóðîâíåâàÿ ìîäóëüíàÿ ñòðóêòóðà, ñîîòâåòñòâóþùàÿ ñòàíäàðòàì MIRSA-C: 2012; ! Áîëåå 1000 ïðèìåðîâ ïðèëîæåíèé; ! Âîçìîæíîñòü ðàáîòû ñ 32-ðàçðÿäíûìè ñåìåéñòâàìè PIC (íà áàçå MIPS) è SAM (íà áàçå Cortex Arm); ! Âîçìîæíîñòü ðàáîòû ñî ñòîðîííèìè ðåøåíèÿìè, òàêèìè êàê FreeRTOS è Micrium, âîçìîæíîñòü èìïîðòèðîâàòü ïðîåêòû, ñîçäàííûå â IAR Embedded Workbench MPLAB Harmony äîñòóïíà äëÿ çàãðóçêè èç ðåïîçèòîðèÿ Harmony GitHub [6]. Òàêæå îíà ìîæåò óñòàíîâëåíà â MPLAB X IDE ÷åðåç ðàçäåë ïëàãèíîâ.

Êîìïèëÿòîðû MPLAB XC Êîìïèëÿòîðû MPLAB XC – ýòî, ïîæàëóé, òî, áåç ÷åãî ñëîæíî ïðåäñòàâèòü ðàáîòó îñíîâíûõ ïðîãðàììíûõ ñðåäñòâ êîìïàíèè, òàêèõ êàê MPLAB X è MPLAB Xpress. Ïîäîáðàòü ïîäõîäÿùèé êîìïèëÿòîð äëÿ êîíêðåòíîãî ïðîåêòà äîñòàòî÷íî ïðîñòî, âñå çàâèñèò îò âûáðàííîãî ìèêðîêîíòðîëëåðà (Òàáëèöà 2). Êîìïèëÿòîðû MPLAB XC îáåñïå÷èâàþò âûñîêóþ ñòåïåíü îïòèìèçàöèè êîäà è ìîãóò ñîêðàòèòü êîíå÷íûé ðàçìåð ôàéëà äî 70%. Áåñïëàòíûå âåðñèè MPLAB XC ïðåäëàãàþò ïîëüçîâàòåëþ ñëåäóþùèå óðîâíè îïòèìèçàöèè: ! O0 – êîä íàõîäèòñÿ â èñõîäíîì ñîñòîÿíèè,

20

Òàáëèöà 2. Êîìïèëÿòîðû Microchip Êîìïèëÿòîð

Ïîääåðæèâàåìûå ìèêðîêîíòðîëëåðû

MPLAB XC8

8-áèòíûå ìèêðîêîíòðîëëåðû PIC è AVR

MPLAB XC16

16-áèòíûå ìèêðîêîíòðîëëåðû PIC, öèôðîâûå ñèãíàëüíûå êîíòðîëëåðû (DSC) dsPIC

MPLAB XC32/32++ 32-áèòíûå ìèêðîêîíòðîëëåðû PIC è SAM

! O1 – ïîçâîëÿåò ïðîâåñòè îïòèìèçàöèþ êîäà áåç âëèÿíèÿ íà ïðîöåññ îòëàäêè, ! O2 – ïîçâîëÿåò ïðîâåñòè ñáàëàíñèðîâàííóþ îïòèìèçàöèþ ñêîðîñòè è ðàçìåðà êîäà. Åñëè ñòàíäàðòíûõ óðîâíåé îïòèìèçàöèè îêàçûâàåòñÿ íåäîñòàòî÷íî, ðàçðàáîò÷èê ìîæåò ïðèîáðåñòè ðàñøèðåííóþ PROëèöåíçèþ è ïîëó÷èòü äîñòóï ê ñëåäóþùèì âîçìîæíîñòÿì ! Os – ïîçâîëÿåò ïðîèçâåñòè ìàêñèìàëüíîå ñîêðàùåíèå ðàçìåðà êîäà; ! O3 – ïîçâîëÿåò ïðîâåñòè ëó÷øóþ îïòèìèçàöèþ ñ òî÷êè çðåíèÿ ñêîðîñòè âûïîëíåíèÿ è ðàáîòû êîäà; ! mpa (ïðîöåäóðíàÿ àáñòðàêöèÿ) – åùå áîëüøå óìåíüøàåò ðàçìåð êîäà Ëèöåíçèÿ PRO, êàê ïðàâèëî, ïðèìåíÿåòñÿ â ïðîåêòàõ, òðåáóþùèõ ìàêñèìàëüíîãî ñîêðàùåíèÿ êîäà è ìàêñèìàëüíîé ïðîèçâîäèòåëüíîñòè. Äëÿ îçíàêîìëåíèÿ ñ âîçìîæíîñòÿìè MPLAB XC PRO ïîëüçîâàòåëü ìîæåò ïîëó÷èòü áåñïëàòíóþ 60-äíåâíóþ ïðîáíóþ âåðñèþ ëèöåíçèè è ïðîäëèòü èëè îòêàçàòüñÿ îò íåå ïî èñòå÷åíèè ïðîáíîãî ïåðèîäà.

MPLAB XC PRO ïîääåðæèâàåò íåñêîëüêî òèïîâ ëèöåíçèè: ! Ëèöåíçèÿ äëÿ ðàáî÷åé ñòàíöèè; ! Ëèöåíçèÿ ïî ïîäïèñêå; ! Ëèöåíçèÿ ñàéòà; ! Ëèöåíçèÿ ñåðâåðà; ! Ëèöåíçèÿ âèðòóàëüíîé ìàøèíû; ! Ëèöåíçèÿ íà ýëåêòðîííîì êëþ÷å. Äîïîëíèòåëüíî ïîëüçîâàòåëþ òàêæå äîñòóïíà ïîäïèñêà High Priority Access (HPA), êîòîðàÿ ìîæåò áûòü àêòèâèðîâàíà áåñïëàòíî íà 12 ìåñÿöåâ ïðè ïðèîáðåòåíèè MPLAB XC PRO. HPA äàåò ïîëüçîâàòåëþ ïðèîðèòåò â ïîëó÷åíèè òåõíè÷åñêîé ïîääåðæêè ïî çàïðîñàì, ñâÿçàííûì ñ êîìïèëÿòîðîì. Ïîìèìî ëèöåíçèè MPLAB XC PRO, êîìïàíèÿ Microchip òàêæå ïðåäëàãàåò ñâîèì êëèåíòàì âåðñèè êîìïèëÿòîðîâ äëÿ ïðèëîæåíèé, êðèòè÷åñêèõ ê îòêàçàì. Ýòè âåðñèè ñåðòèôè-

ÑÒÀÒÜÈ

öèðîâàíû íåìåöêîé ýêñïåðòíîé îðãàíèçàöèåé TÜV SÜD â ñîîòâåòñòâèè ñ ñîâðåìåííûìè ñòàíäàðòàìè áåçîïàñíîñòè ISO 26262, IEC 61508, IEC 62304 è IEC 60730.

Microchip Studio (Atmel Studio 7) Âñå, êòî õîòü ðàç èìåë äåëî ñ ðàçðàáîòêîé ïðîãðàììíîãî êîäà äëÿ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ, íàâåðíÿêà ñëûøàëè î ñðåäå Atmel Studio. Ïîñëå òîãî êàê Microchip çàâåðøèëà ñäåëêó ïî ïîêóïêå êîìïàíèè Atmel â 2016 ãîäó, âñå ïðàâà íà ñðåäó ðàçðàáîòêè (êàê è íà ñàìè ìèêðîêîíòðîëëåðû) ïåðåøëè ê íîâîìó ïðàâîîáëàäàòåëþ, à ñàìà IDP ñòàëà íîñèòü ãîðäîå íàçâàíèå Microchip Studio.

Microchip Studio ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé èíòåãðèðîâàííóþ ïëàòôîðìó ðàçðàáîòêè (IDP) äëÿ ñîçäàíèÿ è îòëàäêè ïðèëîæåíèé íà áàçå ìèêðîêîíòðîëëåðîâ AVR è SAM. Atmel Studio âëèëàñü â øèðîêîå ïîðòôîëèî ñðåäñòâ ðàçðàáîòêè îò Microchip è ïðåäëàãàåò ïîëüçîâàòåëÿì ïðîñòîé â èñïîëüçîâàíèè ôóíêöèîíàë äëÿ íàïèñàíèÿ, ñáîðêè è îòëàäêè ïðèëîæåíèé, íàïèñàííûõ íà ÿçûêàõ C/C++ èëè àññåìáëåðå (Ðèñóíîê 8).

Ðèñóíîê 8. Ïðèìåð ðàáîòû ñ ïðîåêòîì â ñðåäå Microchip Studio.

Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî ñðåäà ïîëó÷èëà íîâîå íàçâàíèå è ñëåãêà èçìåíåííûé âíåøíèé âèä, ïîëüçîâàòåëè ïî-ïðåæíåìó ìîãóò ñâîáîäíî èñïîëüçîâàòü äîêóìåíòàöèþ, êóðñû è âèäåîóðîêè, ñîçäàííûå äëÿ Atmel Studio. Òî æå êàñàåòñÿ è àïïàðàòíîé ÷àñòè, â ÷àñòíîñòè ïðîãðàììàòîðîâ AVR è SAM. Microchip Studio óñòàíàâëèâàåòñÿ âìåñòå ñ êîìïèëÿòîðàìè avr-gcc, avr32-gcc è armnone-eabi-gcc, â äîïîëíåíèå ê êîòîðûì áûë òàêæå äîáàâëåí MPLAB XC8. Åãî ðàñøèðåííàÿ âåðñèÿ MPLAB XC8 PRO âêëþ÷àåò â ñåáÿ óëó÷øåííóþ ñòåïåíü îïòèìèçàöèè, óìåíü-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

øåííûé ðàçìåð êîäà è óñïåøíî êîíêóðèðóåò ñ áîëåå äîðîãèìè ïðåäñòàâëåííûìè íà ðûíêå ðåøåíèÿìè. Êëþ÷åâûå îñîáåííîñòè ñðåäû Microchip Studio: ! Ïîääåðæêà áîëåå 500 óñòðîéñòâ AVR è SAM; ! Âñòðîåííûé êîìïèëÿòîð MPLAB XC8; ! Áîëåå 1600 ïðèìåðîâ ïðîåêòîâ ñ èñõîäíûìè êîäàìè, äîñòóïíûìè ÷åðåç Advanced Software Framework (ASF); ! Ðàñøèðåíèå âîçìîæíîñòåé IDE ÷åðåç Microchip Gallery – îíëàéí-ìàãàçèí èíñòðóìåíòîâ ðàçðàáîòêè è âñòðîåííîãî ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ îò Microchip è ñòîðîííèõ ïðîèçâîäèòåëåé; ! QTouch Composer – íàáîð èíñòðóìåíòîâ äëÿ ðàçðàáîòêè è íàñòðîéêè åìêîñòíûõ ñåíñîðíûõ óñòðîéñòâ, ïðîâåðêè ïðîèçâîäèòåëüíîñòè ñèñòåìû, ìîíèòîðèíãà ýíåðãîïîòðåáëåíèÿ ñ âîçìîæíîñòüþ ðàáîòû â ðåæèìå ðåàëüíîãî âðåìåíè; ! Wireless Composer íàáîð èíñòðóìåíòîâ äëÿ ðàçðàáîòêè è íàñòðîéêè áåñïðîâîäíûõ óñòðîéñòâ; ! Ðàñøèðåííûå ôóíêöèè îòëàäêè, âêëþ÷àÿ ñòåïïèíã è òî÷êè îñòàíîâà, ïîääåðæêó òðàññèðîâêè (SAM3 è SAM4), ñòàòèñòè÷åñêîå ïðîôèëèðîâàíèå êîäà, îòñëåæèâàíèå/ìîíèòîðèíã ïðåðûâàíèé, îòñëåæèâàíèå çíà÷åíèé ïåðåìåííûõ â ðåæèìå ðåàëüíîãî âðåìåíè è ìíîãîå äðóãîå; ! Âñòðîåííûé ðåäàêòîð êîäà, ìåíåäæåð ïðîåêòîâ, âèðòóàëüíûé ñèìóëÿòîð, ìîäóëü âíóòðèñõåìíîé îòëàäêè è èíòåðôåéñ êîìàíäíîé ñòðîêè; ! Âîçìîæíîñòü íàïèñàíèÿ êîäà è ìîäåëèðîâàíèÿ ïðåðûâàíèé, ðàáîòû ïåðèôåðèéíûõ óñòðîéñòâ è äðóãèõ âíåøíèõ âîçäåéñòâèé äëÿ êîíêðåòíîé ìîäåëè êîíòðîëëåðà; ! Âîçìîæíîñòü ñîçäàíèÿ äèçàéíà ïðèëîæåíèé ñ íèçêèì ýíåðãîïîòðåáëåíèåì; ! Îòñëåæèâàíèå äàííûõ î ïîòðåáëÿåìîé ìîùíîñòè âî âðåìÿ îòëàäêè ïðîãðàììû ïðè ïîìîùè Power Debugger. Åùå îäíîé îñîáåííîñòüþ ÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü èìïîðòà â Microchip Studio ïðîåêòîâ Arduino, ÷òî ïîçâîëÿåò çíà÷èòåëüíî óïðîñòèòü è óñêîðèòü ïðîöåññ ïåðåõîäà îò ñîçäàíèÿ ïðîòîòèïà ê îðãàíèçàöèè ïîëíîöåí-

21

íîãî ïðîèçâîäñòâà. Microchip Studio ïîääåðæèâàåò ðàáîòó ñ Arduino Zero è ïëàòàìè ðàñøèðåíèÿ Arduino Shield.

Ñîçäàíèå èëè îòêðûòèå ïðèìåðà ïðîåêòà

Atmel START Atmel START ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îíëàéíèíñòðóìåíò äëÿ êîíôèãóðèðîâàíèÿ è íàñòðîéêè ïðîåêòîâ âñòðàèâàåìîãî ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ ïðè ïîìîùè ãðàôè÷åñêîãî èíòåðôåéñà. Atmel START îñíîâàí íà ïîñëåäíåì ïîêîëåíèè Advanced Software Framework è äàåò âîçìîæíîñòü ðàçðàáîò÷èêó âûáèðàòü è íàñòðàèâàòü ïðîãðàììíûå êîìïîíåíòû, äðàéâåðû è ïðîìåæóòî÷íîå ÏÎ, à òàêæå ïîäáèðàòü ïðèìåðû ïðîåêòîâ, ñïåöèàëüíî àäàïòèðîâàííûõ ïîä ïîòðåáíîñòè ñîçäàâàåìîãî ðåøåíèÿ. Ïðè ðàáîòå â Atmel START ïîëüçîâàòåëü ìîæåò ïðîñìàòðèâàòü çàâèñèìîñòè ìåæäó ïðîãðàììíûìè êîìïîíåíòàìè, ïðåäîòâðàùàÿ òåì ñàìûì êîíôëèêòû è àïïàðàòíûå îãðàíè÷åíèÿ.  ñëó÷àå âîçíèêíîâåíèÿ êîíôëèêòà Atmel START àâòîìàòè÷åñêè ïðåäëîæèò ðåøåíèÿ, ïîäõîäÿùèå äëÿ äàííîé êîíêðåòíîé êîíôèãóðàöèè. Íà÷èíàÿ ðàáîòó ñ Atmel START, ïîëüçîâàòåëü ìîæåò ñîçäàòü íîâûé ïðîåêò èëè íà÷àòü ðàáîòó ñ óæå ñóùåñòâóþùèì ïðèìåðîì. Ïîñëå çàâåðøåíèÿ êîíôèãóðèðîâàíèÿ ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ ïîëüçîâàòåëü ìîæåò çàãðóçèòü ñãåíåðèðîâàííûé ïðîåêò è îòêðûòü åãî â IDE, óñòàíîâëåííîé íà ïåðñîíàëüíîì êîìïüþòåðå, íàïðèìåð, Microchip Studio 7, IAR Embedded Workbench, Keil µVision (Ðèñóíîê 9).

Atmel START ïðåäîñòàâëÿåò ïîëüçîâàòåëþ ñëåäóþùèå ïðåèìóùåñòâà: ! Äàåò âîçìîæíîñòü íàéòè è ïðîòåñòèðîâàòü ïðèìåðû äëÿ ñâîåãî ðåøåíèÿ; ! Ïîçâîëÿåò ñêîíôèãóðèðîâàòü ìèêðîêîíòðîëëåð, íàñòðîèòü äðàéâåðû è ïðîìåæóòî÷íîå ÏÎ; ! Ïîçâîëÿåò íàñòðîèòü ïàðàìåòðû òàéìåðîâ è òàêòèðîâàíèå; ! Äàåò âîçìîæíîñòü ïîäãîòîâèòü ïðîåêò äëÿ ðàáîòû íà ñîâðåìåííîé IDE; ! È ìíîãîå äðóãîå. Îòäåëüíî ñëåäóåò îòìåòèòü TrustZone Manager – ãðàôè÷åñêèé èíòåðôåéñ äëÿ íàñòðîéêè ïàðàìåòðîâ áåçîïàñíîé (çàùèùåííîé) çîíû, òàêæå èíòåãðèðîâàííûé â Atmel START.

22

Êîíôèãóðèðîâàíèå ìèêðîêîíòðîëëåðà è ïðîãðàììíîãî êîäà

Ïåðåíîñ ïðîåêòà è îòëàäêà â IDE

Ðèñóíîê 9. Ïðîöåññ ðàáîòû ñ îíëàéíèíñòðóìåíòîì Atmel START.

Òåõíîëîãèÿ Arm TrustZone îáåñïå÷èâàåò àïïàðàòíîå ðàçäåëåíèå òàê íàçûâàåìûõ çàùèùåííûõ è íåçàùèùåííûõ çîí. Äàííîå ðàçäåëåíèå ïîçâîëÿåò îáåçîïàñèòü êðèòè÷åñêè âàæíûå ôóíêöèè èëè êîíôèäåíöèàëüíóþ èíôîðìàöèþ, õðàíÿùóþñÿ â çàùèùåííîé çîíå, îò äîñòóïà èç êîìïîíåíòîâ, ðàñïîëîæåííûõ âîâíå. Òåõíîëîãèÿ TrustZone, â ÷àñòíîñòè, äîñòóïíà ïðè ðàáîòå ñ ìèêðîêîíòðîëëåðàìè SAM L11.

Çàêëþ÷åíèå Èíæåíåðû è ðàçðàáîò÷èêè ïîñòîÿííî íàõîäÿòñÿ â ïîèñêå íîâûõ ðåøåíèé, ñïîñîáíûõ äàòü èì áîëüøå âîçìîæíîñòåé, ïðèíåñòè ÷òî-òî íîâîå â óæå ñóùåñòâóþùèå ïðîåêòû èëè óñêîðèòü ïðîöåññ ðàçðàáîòêè. Îäíàêî èíòåãðàöèÿ â ïðîåêò ïðîäóêöèè îò ðàçíûõ ïðîèçâîäèòåëåé ìîæåò ïîâëå÷ü çà ñîáîé

ÑÒÀÒÜÈ

ïðîáëåìû, ñâÿçàííûå ñ ñîïðÿæåíèåì ôóíêöèîíàëà. Îäíèì èç âûõîäîâ ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ïðîäóêòîâ, âõîäÿùèõ â åäèíóþ ýêîñèñòåìó, òàêóþ, êàê ïðåäëàãàåò ñâîèì êëèåíòàì êîìïàíèÿ Microchip. Ýêîñèñòåìà Microchip – ýòî íå òîëüêî äèñêðåòíûå êîìïî-

íåíòû, ìèêðîêîíòðîëëåðû è îòëàäî÷íûå êîìïëåêñû, íî è ìîùíîå ïðîãðàììíîå îáåñïå÷åíèå, ñïîñîáíîå óäîâëåòâîðèòü ïîòðåáíîñòè êàê ìàòåðûõ ðàçðàáîò÷èêîâ, òàê è ìîëîäûõ èíæåíåðîâ, êîòîðûå òîëüêî íà÷èíàþò ñâîé ïóòü. ÐË

Ññûëêè 1. https://www.microchip.com/avr-support/avr-and-arm-toolchains-(c-compilers) 2. https://microchipdeveloper.com/ 3. https://developerhelptraining.thinkific.com/courses/take/introtomplabx/texts/5392043-introduction 4. https://www.microchip.com/en-us/development-tools-tools-and-software/mplab-xpress 5. https://microchipdeveloper.com/mplabx:start 6. https://github.com/Microchip-MPLAB-Harmony

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

23

Ìíîãîêàíàëüíûå ïðåîáðàçîâàòåëè ñ îáùèì äðîññåëåì Àëåêñàíäð Ðóñó, Îäåññà, Óêðàèíà

Ì

Ìíîãîêàíàëüíûå ïðåîáðàçîâàòåëè ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ íåñêîëüêèõ âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé èç îäíîãî âõîäíîãî.  ïðîñòåéøåì ñëó÷àå ñòðóêòóðíóþ ñõåìó ìíîãîêàíàëüíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ìîæíî ïðåäñòàâèòü â âèäå íàáîðà ìîäóëåé ñ ïàðàëëåëüíî èëè ïîñëåäîâàòåëüíî ñîåäèíåííûìè âõîäàìè (Ðèñóíîê 1).  ýòîì ñëó÷àå âñå ïðîñòî è ïîíÿòíî – åñòü íåñêîëüêî íåçàâèñèìûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé, êàæäûé èç êîòîðûõ ìîæåò áûòü ïîñòðîåí ïî êàêèì óãîäíî ñõåìàì, íàïðèìåð, ïî ñõåìå ïàðàìåòðè÷åñêîãî ñòàáèëèçàòîðà. Ìíîãîêàíàëüíûé ïðåîáðàçîâàòåëü

Âõîä

Ïðåîáðàçîâàòåëü 1

Âûõîä 1

Ïðåîáðàçîâàòåëü 2

Âûõîä 2

Ïðåîáðàçîâàòåëü n

Âûõîä n

Ðèñóíîê 1. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà ìíîãîêàíàëüíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ.

Îäíàêî åñòü ñõåìû, â êîòîðûõ âûõîäíûå íàïðÿæåíèÿ ôîðìèðóþòñÿ ñ ïîìîùüþ îäíîãî îáùåãî èíäóêòèâíîãî ýëåìåíòà. Îáû÷íî òàêèì ýëåìåíòîì ÿâëÿåòñÿ òðàíñôîðìàòîð, íî ñóùåñòâóþò è ñõåìû íà îñíîâå äðîññåëåé. È åñëè òðàíñôîðìàòîðíûå ñõåìû íåïëîõî îïèñàíû â ëèòåðàòóðå è ïîíÿòíû ïî÷òè èíòó-

24

èòèâíî, òî äðîññåëüíûå ïî÷åìó-òî âûõîäÿò çà ðàìêè «êëàññè÷åñêèõ» ñõåì èìïóëüñíûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé, èç-çà ÷åãî ìíîãèì, îñîáåííî íà÷èíàþùèì, ñïåöèàëèñòàì â îáëàñòè ñèëîâîé ýëåêòðîíèêè íå âñåãäà ïîíÿòíî, ïî÷åìó ýòî óñòðîéñòâî áûëî ñäåëàíî èìåííî òàê, è êàê îíî âîîáùå ðàáîòàåò.  ýòîé ñòàòüå áóäóò ðàññìîòðåíû íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûå âàðèàíòû ìíîãîêàíàëüíûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé, ôîðìèðóþùèõ âûõîäíûå íàïðÿæåíèÿ ñ ïîìîùüþ îäíîãî îáùåãî äðîññåëÿ. Êàê îêàçàëîñü, ýòè ñõåìû íå ÿâëÿþòñÿ «ýêçîòè÷åñêèìè» è øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ íà ïðàêòèêå. Ïðè ýòîì èõ îñíîâíûå ñâîéñòâà, â ñâîå âðåìÿ íåïîñðåäñòâåííî ïîâëèÿâøèå íà âûáîð èìåííî ýòîãî ðåøåíèÿ, ïî÷åìó-òî îêàçàëèñü íåçàñëóæåííî çàáûòû.

Îáðàòíîõîäîâîé ïðåîáðàçîâàòåëü – êîãäà äðîññåëü íå ìîæåò áûòü ïðîñòûì Îáðàòíîõîäîâàÿ ñõåìà (Ðèñóíîê 2) ïîçâîëÿåò ýëåêòðè÷åñêè èçîëèðîâàòü âûõîäíûå êàíàëû êàê îò âõîäíûõ öåïåé, òàê è äðóã îò äðóãà, èç-çà ÷åãî îíà ïîëó÷èëà øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå â ñåòåâûõ âûïðÿìèòåëÿõ. Ñëåäóåò ñðàçó îáðàòèòü âíèìàíèå, ÷òî ê èçîëÿöèè áëîêîâ ïèòàíèÿ, ðàáîòàþùèõ îò ñåòè, ïðåäúÿâëÿþòñÿ îñîáûå, ïîðîé èñêëþ÷èòåëüíûå òðåáîâàíèÿ, îñîáåííî äëÿ ìåäèöèíñêîãî îáîðóäîâàíèÿ, ðàáîòàþùåãî â ïðÿìîì êîíòàêòå ñ òåëîì (òèï BF, ñîãëàñíî IEC 60601-1)

ÑÒÀÒÜÈ

VD1

L1

VT1

VD1

CÂÕ

CÂÕ

CÂÛÕ

L1

Âûõîä

Âûõîä

CÂÛÕ

Âõîä

Âõîä

Ñíàááåð

VD3

VT1 VD2

(à)

VT2

(á)

Ðèñóíîê 2. Ñõåìû îáðàòíîõîäîâûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé ñ îäíèì (à) è äâóìÿ (á) òðàíçèñòîðàìè íà ïåðâè÷íîé ñòîðîíå.

èëè ñåðäöåì (òèï CF) ïàöèåíòà. Èñïîëüçîâàíèå â òàêîé òåõíèêå âìåñòî ñåðòèôèöèðîâàííûõ âûïðÿìèòåëåé îáû÷íûõ áûòîâûõ èëè ïðîìûøëåííûõ áëîêîâ ïèòàíèÿ ìîæåò çàêîí÷èòüñÿ òðàãè÷åñêè äëÿ ïàöèåíòà, äàæå íåñìîòðÿ íà ïîëíóþ èñïðàâíîñòü ýëåêòðîíèêè è âûñîêóþ êâàëèôèêàöèþ ìåäèöèíñêîãî ïåðñîíàëà. Âòîðîé îñîáåííîñòüþ îáðàòíîõîäîâûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé ÿâëÿåòñÿ íåîáõîäèìîñòü óòèëèçàöèè ýíåðãèè, íàêàïëèâàåìîé â èíäóêòèâíîñòè ðàññåÿíèÿ ïåðâè÷íîé îáìîòêè äðîññåëÿ. Åñëè ýòîãî íå äåëàòü, òîãäà â ìîìåíò çàêðûòèÿ òðàíçèñòîðà, óñòàíîâëåííîãî íà ïåðâè÷íîé ñòîðîíå, âîçíèêíåò èìïóëüñ íàïðÿæåíèÿ ñ àìïëèòóäîé, äîñòàòî÷íîé äëÿ åãî ïðîáîÿ. Ê ñîæàëåíèþ, ïðîñòûõ, íàäåæíûõ è ýôôåêòèâíûõ ñõåì äëÿ óòèëèçàöèè ýòîé ýíåðãèè ïîêà åùå íå ïðèäóìàëè. Êîíå÷íî, ñóùåñòâóþò êâàçèðåçîíàíñíûå îáðàòíîõîäîâûå ïðåîáðàçîâàòåëè, â êîòîðûõ áîëüøàÿ ÷àñòü òîêà èíäóêòèâíîñòè ðàññåÿíèÿ íàõîäèò ïîëåçíîå ïðèìåíåíèå, îäíàêî èç-çà ñëîæíîñòè ïîääåðæàíèÿ ðåçîíàíñíûõ êîëåáàíèé âî âñåì äèàïàçîíå âûõîäíûõ ìîùíîñòåé èõ ïðèìåíåíèå îãðàíè÷åíî. Òàêæå èçâåñòåí äâóõòðàíçèñòîðíûé âàðèàíò îáðàòíîõîäîâîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ (Ðèñóíîê 2á), â êîòîðîì ýòà ýíåðãèÿ ïîëíîñòüþ âîçâðàùàåòñÿ âî âõîäíîé êîíäåíñàòîð. Îäíàêî ÊÏÄ ïîäîáíîãî ðåøåíèÿ èç-çà áîëüøåãî êîëè÷åñòâà ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ïðèáîðîâ, ïåðåêëþ÷àþùèõ-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

ñÿ íà âûñîêîé ÷àñòîòå, ìîæåò îêàçàòüñÿ äàæå ìåíüøå, ÷åì ó «êëàññè÷åñêîé» îäíîòðàíçèñòîðíîé ñõåìû (Ðèñóíîê 2à), ïîýòîìó äâóõòðàíçèñòîðíóþ ñõåìó èñïîëüçóþò òîëüêî ïðè âûñîêèõ âõîäíûõ íàïðÿæåíèÿõ.  îñòàëüíûõ ñëó÷àÿõ ýíåðãèþ, íàêàïëèâàåìóþ â èíäóêòèâíîñòè ðàññåÿíèÿ, ïðîùå ïîòåðÿòü, ÷åì ïîâòîðíî èñïîëüçîâàòü. Íà ïðàêòèêå òàê è äåëàþò, óñòàíàâëèâàÿ ïàðàëëåëüíî ïåðâè÷íîé îáìîòêå äðîññåëÿ ñíàááåð, îãðàíè÷èâàþùèé íàïðÿæåíèå íà òðàíçèñòîðå ïóòåì ïðåâðàùåíèÿ «ëèøíåé» ýíåðãèè â òåïëî (Ðèñóíîê 2à). Î÷åâèäíî, ÷òî ýòî íåãàòèâíî âëèÿåò íà ÊÏÄ ïðåîáðàçîâàòåëÿ, ïîýòîìó âîïðîñ óìåíüøåíèÿ èíäóêòèâíîñòè ðàññåÿíèÿ ïåðâè÷íîé îáìîòêè ïðè ïðîåêòèðîâàíèè äðîññåëåé îáðàòíîõîäîâûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç ñàìûõ âàæíûõ. Ïóòè òîêà óòå÷êè Èçîëÿöèÿ ½ ïåðâè÷íîé îáìîòêè Âòîðè÷íàÿ îáìîòêà ½ ïåðâè÷íîé îáìîòêè Íåìàãíèòíûé çàçîð Êàðêàñ Ìàãíèòîïðîâîä

Ðèñóíîê 3. Êîíñòðóêöèÿ äðîññåëÿ îáðàòíîõîäîâîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ.

25

Åñëè íå ðàññìàòðèâàòü áåñêîíå÷íîå êîëè÷åñòâî «ýêçîòè÷åñêèõ» âàðèàíòîâ íàìîòêè, ïðèâîäÿùèõ ê çíà÷èòåëüíîìó «ðàñïóõàíèþ» ýòîãî èíäóêòèâíîãî ýëåìåíòà, òî íà ïðàêòèêå îñòàåòñÿ, ïîæàëóé, åäèíñòâåííûé ñïîñîá èçãîòîâëåíèÿ äðîññåëÿ ñ ìàëîé èíäóêòèâíîñòüþ ðàññåÿíèÿ ïåðâè÷íîé îáìîòêè – ôîðìèðîâàíèå åãî îáìîòîê â âèäå «ñýíäâè÷à» (Ðèñóíîê 3).  ýòîì ñëó÷àå âíà÷àëå íàìàòûâàåòñÿ ïîëîâèíà ïåðâè÷íîé îáìîòêè, çàòåì âòîðè÷íàÿ îáìîòêà öåëèêîì, à çàòåì îñòàâøàÿñÿ ïîëîâèíà ïåðâè÷íîé îáìîòêè. Èñïîëüçóÿ òàêîé ïîäõîä, ìîæíî óìåíüøèòü èíäóêòèâíîñòü ðàññåÿíèÿ äî óðîâíÿ 3…5% îò îáùåé èíäóêòèâíîñòè, ÷òî ÿâëÿåòñÿ íåïëîõèì ðåçóëüòàòîì. Îäíàêî ïðè òàêîé íàìîòêå âòîðè÷íàÿ îáìîòêà ðàñïîëàãàåòñÿ ìåæäó ñëîÿìè ïåðâè÷íîé. Ýòî çíà÷èò, ÷òî òåïåðü íåîáõîäèìî óäâàèâàòü êîëè÷åñòâî ñëîåâ çàùèòíîé èçîëÿöèè, ïðèíèìàòü äîïîëíèòåëüíûå ìåðû ïî óìåíüøåíèþ âåðîÿòíîñòè åå ïðîáîÿ, à òàêæå óìåíüøåíèÿ òîêîâ óòå÷êè. À òåïåðü ïðåäñòàâüòå, ÷òî îáðàòíîõîäîâîé ïðåîáðàçîâàòåëü äîëæåí áûòü ìíîãîêàíàëüíûì. ×òî áóäåò ïðîùå: èñïîëüçîâàòü íåñêîëüêî îòäåëüíûõ äðîññåëåé äëÿ êàæäîãî êàíàëà èëè îäèí äðîññåëü ñ íåñêîëüêèìè âòîðè÷íûìè îáìîòêàìè (Ðèñóíîê 4)? Ïðè èñïîëüçîâàíèè íåñêîëüêèõ äðîññåëåé ÷èñëî ïóòåé óòå÷êè òîêà ìåæäó ïåðâè÷íîé è âòîðè÷íûìè ñòîðîíàìè óâåëè÷èâàåòñÿ ïðî-

L1

ïîðöèîíàëüíî êîëè÷åñòâó êàíàëîâ, âåäü òàêîé âàðèàíò ýêâèâàëåíòåí ïàðàëëåëüíîìó ñîåäèíåíèþ íåñêîëüêèõ ñîïðîòèâëåíèé èçîëÿöèè. À ïðè èñïîëüçîâàíèè îäíîãî äðîññåëÿ âñå âòîðè÷íûå îáìîòêè ìîæíî ðàñïîëîæèòü ìåæäó äâóìÿ ÷àñòÿìè îäíîé ïåðâè÷íîé îáìîòêè, ÷òî çíà÷èòåëüíî óïðîñòèò ôîðìèðîâàíèå èçîëÿöèè ñ íåîáõîäèìîé ýëåêòðè÷åñêîé ïðî÷íîñòüþ. Òàêèì îáðàçîì, â ìíîãîêàíàëüíûõ îáðàòíîõîäîâûõ ïðåîáðàçîâàòåëÿõ ïðîùå è äåøåâëå èñïîëüçîâàòü îäèí ñëîæíûé äðîññåëü ñ íåñêîëüêèìè âòîðè÷íûìè îáìîòêàìè, ÷åì íåñêîëüêî íå ìåíåå ñëîæíûõ äâóõîáìîòî÷íûõ, âåäü ïðîñòûõ äðîññåëåé äëÿ îáðàòíîõîäîâûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé íå áûâàåò.

Ïðåîáðàçîâàòåëè ñ äâîéíûì ïðåîáðàçîâàíèåì – êîãäà íàãðóçêà íåïðåäñêàçóåìà Êëàññè÷åñêèì ïðèìåðîì ìíîãîêàíàëüíûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé ñ äâîéíûì ïðåîáðàçîâàíèåì ýíåðãèè ÿâëÿþòñÿ êîìïüþòåðíûå áëîêè ïèòàíèÿ.  íèõ âûïðÿìëåííîå íàïðÿæåíèå ñåòè âíà÷àëå ãðóáî èçìåíÿåòñÿ òðàíñôîðìàòîðîì íà ôèêñèðîâàííóþ âåëè÷èíó, ðàâíóþ êîýôôèöèåíòó òðàíñôîðìàöèè, à çàòåì ïëàâíî äîâîäèòñÿ äðîññåëåì äî íóæíîãî çíà÷åíèÿ ñ ïîìîùüþ ØÈÌ.  ñîâðåìåííûõ êîìïüþòåðíûõ áëîêàõ ïèòàíèÿ äëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ íàïðÿæåíèé

VD1

VD1 L1 CÂÛÕ1

CÂÛÕ1 Âûõîä 1

Âûõîä 1

VD2

VD2 Ñíàááåð

CÂÛÕ2 Âûõîä 2

CÂÕ

Âõîä

Âõîä

Ñíàááåð

L2

VDn

VT1

CÂÛÕ2 Âûõîä 2

CÂÕ VDn

VT1 Ln

CÂÛÕn

CÂÛÕn Âûõîä n

(à)

Âûõîä n

(á)

Ðèñóíîê 4. Ìíîãîêàíàëüíûé îáðàòíîõîäîâîé ïðåîáðàçîâàòåëü ñ îäíèì (à) è íåñêîëüêèìè íàêîïèòåëüíûìè äðîññåëÿìè (á).

26

ÑÒÀÒÜÈ

L1 +12 Â CÂÛÕ1 VD1

VD2

TV1 +5 Â VT1

VD3

VD4

VD5

VD6

Âõîä

CÂÕ1

CÂÛÕ2

CÂÕ2

VT2

–5 Â CÂÛÕ3 VD7

VD8 –12 Â CÂÛÕ4

Ðèñóíîê 5. Óïðîùåííàÿ ñõåìà êîìïüþòåðíîãî áëîêà ïèòàíèÿ.

èñïîëüçóþòñÿ îáùèå äëÿ âñåõ êàíàëîâ èíäóêòèâíûå ýëåìåíòû: â ïåðâîì êàñêàäå – òðàíñôîðìàòîð TV1, âî âòîðîì – äðîññåëü L1 (Ðèñóíîê 5). Ñ òðàíñôîðìàòîðîì âñå ïîíÿòíî – êðîìå ïðåîáðàçîâàíèÿ íàïðÿæåíèÿ îí åùå îáåñïå÷èâàåò ãàëüâàíè÷åñêóþ ðàçâÿçêó, ïîýòîìó åãî, êàê è äðîññåëü ðàññìîòðåííîãî âûøå ìíîãîêàíàëüíîãî îáðàòíîõîäîâîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ, ïðîùå ñäåëàòü åäèíñòâåííûì â ñèñòåìå. À âîò ïî÷åìó âî âòîðûõ êàñêàäàõ ïðåîáðàçîâàíèÿ âìåñòî íåñêîëüêèõ ïðîñòûõ äðîññåëåé óñòàíîâèëè îäèí ìíîãîîáìîòî÷íûé? Êîíå÷íî, ìîæíî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ýòîò íåñòàíäàðòíûé êîìïîíåíò áóäåò ñòîèòü äåøåâëå íåñêîëüêèõ óíèôèöèðîâàííûõ ïðèáîðîâ, íî ýòîò àðãóìåíò íåóáåäèòåëåí – íàìîòêà íà òîðîèäàëüíîì ñåðäå÷íèêå íåáîëüøèõ ðàçìåðîâ íåñêîëüêèõ îáìîòîê ñ ðàçíûì ÷èñëîì âèòêîì, äà åùå è ïðîâîäàìè ðàçíûõ êàëèáðîâ (Ðèñóíîê 6), ÿâëÿåòñÿ äàëåêî íå ñàìûì òåõíîëîãè÷íûì ðåøåíèåì. Îäíàêî åñòü îäèí èíòåðåñíûé ìîìåíò, ïîêàçûâàþùèé, ÷òî òàêîå ðåøåíèå èìååò ïðàâî íà ñóùåñòâîâàíèå.  êîìïüþòåðíûõ áëîêàõ ïèòàíèÿ ñòàáèëèçàöèÿ âñåõ âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé îñóùåñòâëÿåòñÿ ãðóïïîâûì ìåòîäîì ïóòåì ðåãóëèðîâêè äëèòåëüíîñòåé

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

îòêðûòîãî ñîñòîÿíèÿ êëþ÷åé èíâåðòîðà. Ïðè ýòîì íà âõîä óñèëèòåëÿ îøèáêè ØÈÌêîíòðîëëåðà ïîäàåòñÿ íåêîòîðîå «ñðåäíåïîòîëî÷íîå» íàïðÿæåíèå, ðàâíîå ñóììå âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé, ïîìíîæåííûõ íà îïðåäåëåííûå êîýôôèöèåíòû. Åñëè â êàæäîì êàíàëå áóäóò ñòîÿòü äðîññåëè ñ îòäåëüíûìè ñåðäå÷íèêàìè, òîãäà ïðè óìåíüøåíèè òîêà íàãðóçêè îäíîãî èç êàíàëîâ åãî äðîññåëü ïåðåéäåò â ðàçðûâíûé ðåæèì.  ýòîì ñëó÷àå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ýòîãî êàíàëà óâåëè÷èòñÿ äî àìïëèòóäíîãî íàïðÿæåíèÿ âòîðè÷íîé îáìîòêè òðàíñôîðìàòîðà è

Ðèñóíîê 6. Ìíîãîîáìîòî÷íûé äðîññåëü êîìïüþòåðíîãî áëîêà ïèòàíèÿ.

27

t

(à) Êàíàë 1

Òîê

Íàïðÿæåíèå

Òîê

CÂÛÕ2

t

L1 Íàïðÿæåíèå t

Îñòàëüíûå êàíàëû

L2

Òîê Íàïðÿæåíèå

t

CÂÛÕ1

Ê âûõîäàì

Îñòàëüíûå êàíàëû

CÂÛÕ1

Ê âûõîäàì

L1

Íàïðÿæåíèå Ê âûïðÿìèòåëþ

Òîê

Ê âûïðÿìèòåëþ

Êàíàë 1

CÂÛÕ2

(á) Ðèñóíîê 7. Ïåðåõîäíûå ïðîöåññû â ïðåîáðàçîâàòåëå ñ îòäåëüíûìè (à) è ñâÿçàííûìè (á) âûõîäíûìè êàíàëàìè.

ìîæåò ñòàòü â 1.5…2 ðàçà áîëüøå íîìèíàëüíîãî çíà÷åíèÿ (Ðèñóíîê 7à). Êîíå÷íî, êîíòðîëëåð îòðåàãèðóåò íà ýòî ñîáûòèå è óìåíüøèò êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ ØÈÌ. Îäíàêî ýòî àâòîìàòè÷åñêè ïðèâåäåò ê óìåíüøåíèþ îñòàëüíûõ íàïðÿæåíèé. Òàêèì îáðàçîì, ïðè ãðóïïîâîì ìåòîäå ñòàáèëèçàöèè íàïðÿæåíèé è èñïîëüçîâàíèè äðîññåëåé ñ îòäåëüíûìè ìàãíèòîïðîâîäàìè óìåíüøåíèå âûõîäíîãî òîêà îäíîãî èç êàíàëîâ ïðèâåäåò ê ðàçáàëàíñèðîâêå âñåé ñèñòåìû: âûõîäíîå íàïðÿæåíèå êàíàëà ñ «ëåãêîé» íàãðóçêîé ñòàíåò áîëüøå íîìèíàëüíîãî, à íàïðÿæåíèÿ «íàãðóæåííûõ» êàíàëîâ óìåíüøàòñÿ. Î÷åâèäíî, ÷òî íàãðóçêà âðÿä ëè ñìîæåò íîðìàëüíî ðàáîòàòü â òàêîé ñèòóàöèè, ïîýòîìó ãðóïïîâóþ ñòàáèëèçàöèþ íàïðÿæåíèé â ýòîì ñëó÷àå ïðèìåíÿòü íåëüçÿ, è â êàæäîì êàíàëå íåîáõîäèìî èñïîëüçîâàòü îòäåëüíûé êîíòðîëëåð, óïðàâëÿåìûé «ñâîèì» âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì. À âîò ïðè èñïîëüçîâàíèè äðîññåëåé ñ îáùèì ìàãíèòîïðîâîäîì êàíàëû ïðåîáðàçîâàòåëÿ ïîëó÷àþò âîçìîæíîñòü îáìåíà ýíåðãèåé ìåæäó ñîáîé.  ýòîì ñëó÷àå èíäóêòèâíûé ýëåìåíò ìîæåò âåñòè ñåáÿ îäíîâðåìåííî è êàê äðîññåëü – íàêàïëèâàòü ýíåðãèþ â ìàãíèòíîì ïîëå, è êàê òðàíñôîðìàòîð – ïåðåäàâàòü ýíåðãèþ ÷åðåç ìàãíèòíîå ïîëå áåç íàêîïëåíèÿ.

28

 íîðìàëüíîì ðåæèìå ðàáîòû, êîãäà êàíàëû íàãðóæåíû ðàâíîìåðíî, âûõîäíûå íàïðÿæåíèÿ VÂÛÕ1, VÂÛÕ2 … VÂÛÕn ïðåîáðàçîâàòåëÿ ñ îáùèì äðîññåëåì îïðåäåëÿþòñÿ ñêîðîñòüþ èçìåíåíèÿ åãî ìàãíèòíîãî ïîòîêà dF/dt:

VÂÛÕ1 VÂÛÕ 2 V dF = = ... = ÂÛÕn = , N1 N2 Nn dt

(1)

ãäå, N1, N2, … Nn – êîëè÷åñòâî âèòêîâ ñîîòâåòñòâóþùèõ îáìîòîê äðîññåëÿ. Åñëè óñëîâèå (1) âûïîëíÿåòñÿ, òîãäà ýëåêòðè÷åñêèå ïðîöåññû â êàíàëàõ ñ ìíîãîîáìîòî÷íûì äðîññåëåì íè÷åì íå îòëè÷àþòñÿ îò ýëåêòðè÷åñêèõ ïðîöåññîâ â êàíàëàõ ñ äðîññåëÿìè, íàìîòàííûìè íà îòäåëüíûõ ìàãíèòîïðîâîäàõ. Íî êàê òîëüêî îäíî èç âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé, íàïðèìåð, VÂÛÕ2, ñòàíåò îòëè÷íûì îò çíà÷åíèÿ, çàäàâàåìîãî ìàãíèòíûì ïîëåì äðîññåëÿ, íà âûâîäàõ âñåõ îáìîòîê äðîññåëÿ ïîÿâèòñÿ äîïîëíèòåëüíàÿ ÝÄÑ, âåëè÷èíà è ïîëÿðíîñòü êîòîðîé áóäóò çàâèñåòü îò ñòåïåíè îòêëîíåíèÿ «íåïðàâèëüíîãî» íàïðÿæåíèÿ (Ðèñóíîê 8). Ïîä äåéñòâèåì ýòîé ÝÄÑ âî âòîðè÷íûõ îáìîòêàõ íà÷íóò ïðîòåêàòü òîêè, êîòîðûå áóäóò âûðàâíèâàòü çàðÿäû âûõîäíûõ êîíäåíñàòîðîâ äî òåõ ïîð, ïîêà îíè íå ñòàíóò óäîâëåòâîðÿòü óñëîâèþ (1). Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî ìàãíèòíûå ïîòîêè, ñîçäàâàåìûå ýòèìè òîêàìè, áóäóò âçàèì-

ÑÒÀÒÜÈ

(V

ÂÛÕ2

L1

– N2

dF N1 dt N2

)

CÂÛÕ1

N1 CÂÛÕ2 N2 dF N2 dt

VÂÛÕ2

(V

ÂÛÕ2

– N2

dF N3 dt N2

)

Îáìåí ýíåðãèåé ÷åðåç äðîññåëü, ðàáîòàþùèé â ðåæèìå òðàíñôîðìàòîðà

N3 CÂÛÕ3

Ðèñóíîê 8. Ìåõàíèçì îáìåíà ýíåðãèåé ìåæäó êàíàëàìè.

íî êîìïåíñèðîâàòüñÿ, íå âëèÿÿ íà îáùèé ìàãíèòíûé ïîòîê F è, ñîîòâåòñòâåííî, íà êîëè÷åñòâî ýíåðãèè â ìàãíèòîïðîâîäå.  èòîãå èíäóêòèâíûé ýëåìåíò L1 â ýòîì ðåæèìå áóäåò ðàáîòàòü îäíîâðåìåííî è êàê äðîññåëü îáû÷íîãî ïîíèæàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ, îáåñïå÷èâàÿ ïîñòóïëåíèå ýíåðãèè îäíîâðåìåííî âî âñå âûõîäíûå êîíäåíñàòîðû ÑÂÛÕ1, ÑÂÛÕ2, … … ÑÂÛÕn, è êàê òðàíñôîðìàòîð, ïåðåðàñïðåäåëÿÿ ýíåðãèþ ìåæäó íèìè ïî ïðèíöèïó «êîìó ñêîëüêî ðåàëüíî íàäî». Ïðè ýòîì ìîæíî ñîõðàíèòü ãðóïïîâóþ ñòàáèëèçàöèþ âñåõ íàïðÿæåíèé, ïîñêîëüêó ïðè íîðìàëüíîé ðàáîòå îáùèé äèñáàëàíñ âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé VÂÛÕ1, VÂÛÕ2 … VÂÛÕn èç-çà ñóùåñòâîâàíèÿ ñîîòíîøåíèÿ (1), áóäåò ìèíèìàëüíûì. Åùå îäíèì, íåî÷åâèäíûì, ïðåèìóùåñòâîì ïîäîáíîãî ìåòîäà ñòàáèëèçàöèè ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî îáùàÿ ìîùíîñòü èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ ìîæåò ðàñïðåäåëÿòüñÿ ìåæäó êàíàëàìè êàê óãîäíî. Åñëè ðàññìàòðèâàòü, íàïðèìåð, êîìïüþòåðíûé áëîê ïèòàíèÿ ìîùíîñòüþ 500 Âò, òî, òåîðåòè÷åñêè, ýòè 500 Âò ìîãóò áûòü îòîáðàíû îò íåãî êàê îäíîâðåìåííî ïî âñåì êàíàëàì, íàïðèìåð, 200 Âò ïî êàíàëó «+5 », 200 Âò ïî êàíàëó «+12 » è 100 Âò ïî îñòàëüíûì êàíàëàì, òàê è ïî êàêîìó-íèáóäü îäíîìó, íàïðèìåð, «–5 ». Êîíå÷íî, íà ïðàêòèêå ñëîæíî ïðåäñòàâèòü ñåáå áëîê ïèòàíèÿ ÀÒÕ, ñïîñîáíûé ïåðåäàòü âñþ ìîùíîñòü ïî êàíàëó «–5 » – â ñîâðåìåííûõ ìàòåðèíñêèõ ïëàòàõ ýòî íàïðÿæåíèå óæå íå èñïîëüçóåòñÿ, è ðåàëüíûé áëîê ïèòàíèÿ ìîæåò äàæå íå èìåòü òàêîãî êàíàëà. Îäíàêî ýòî îãðàíè÷åíèå êàñàåòñÿ óæå êîí-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

êðåòíîé ðåàëèçàöèè îáîðóäîâàíèÿ. Åñëè èçíà÷àëüíî ñïðîåêòèðîâàòü áëîê ïèòàíèÿ òàê, ÷òîáû êàíàë «–5 » ìîã ïðîïóñêàòü ÷åðåç ñåáÿ âñþ ìîùíîñòü, òîãäà ýòî áóäåò âïîëíå âîçìîæíî, ïðè ýòîì âñå îñòàëüíûå íàïðÿæåíèÿ áóäóò íàõîäèòüñÿ â ïðåäåëàõ äîïóñòèìûõ çíà÷åíèé áåç èñïîëüçîâàíèÿ äîïîëíèòåëüíûõ ñòàáèëèçàòîðîâ.

SIMO-ïðåîáðàçîâàòåëè – êîãäà íåò ìåñòà Äðîññåëü îáîñíîâàííî ÿâëÿåòñÿ ñàìûì áîëüøèì è òÿæåëûì ýëåìåíòîì èìïóëüñíûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé, âåäü â åãî ìàãíèòîïðîâîäå äîëæåí «ïîìåñòèòüñÿ» îïðåäåëåííûé çàïàñ ýíåðãèè. Ðàçìåðû è ìàññà äðîññåëÿ ïðîïîðöèîíàëüíû âåëè÷èíå åãî ýíåðãåòè÷åñêîé åìêîñòè, îäíàêî ýòà çàâèñèìîñòü ñóùåñòâóåò, íà÷èíàÿ ñ íåêîòîðîãî ìèíèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ. Äëÿ ìàëîìîùíûõ ïðèëîæåíèé ðàçìåðû èíäóêòèâíûõ ýëåìåíòîâ çàâèñÿò íå îò ýíåðãåòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê, à îò óðîâíÿ òåõíîëîãèé ïðîèçâîäñòâà, âåäü èçãîòîâèòü ìàëîãàáàðèòíûé äðîññåëü èëè òðàíñôîðìàòîð, ñîñòîÿùèé èç ìíîæåñòâà ðàçíîðîäíûõ ìàòåðèàëîâ, î÷åíü ñëîæíî. Ïîýòîìó äðîññåëü èëè òðàíñôîðìàòîð äëÿ ïðåîáðàçîâàòåëÿ ìîùíîñòüþ 1 ìêÂò áóäåò èìåòü ïðèáëèçèòåëüíî òàêèå æå ðàçìåðû, êàê è äëÿ ïðåîáðàçîâàòåëÿ ìîùíîñòüþ íà òðè ïîðÿäêà áîëüøå – 1 ìÂò. Äî íåäàâíåãî âðåìåíè ýòî îãðàíè÷åíèå áûëî íåêðèòè÷íûì. Îäíàêî ñ êàæäûì ãîäîì íà ðûíêå ñòàíîâèòñÿ âñå áîëüøå ìàëîãàáàðèòíûõ ýëåêòðîííûõ óñòðîéñòâ, ñîñòîÿùèõ

29

èç ðàçíîðîäíûõ óçëîâ, êàæäîìó èç êîòîðûõ, â îáùåì ñëó÷àå, ìîæåò ïîòðåáîâàòüñÿ ñâîå ïèòàþùåå íàïðÿæåíèå. Íàïðèìåð, ìèêðîêîíòðîëëåðû äëÿ óñòðîéñòâ Èíòåðíåòà âåùåé ìîãóò ïèòàòüñÿ íàïðÿæåíèåì, êîòîðîå ìîæåò äèíàìè÷åñêè èçìåíÿòüñÿ â äèàïàçîíå 1.6…3.3 B, à äëÿ îáåñïå÷åíèÿ òðåáóåìîé äàëüíîñòè ñâÿçè ïî ðàäîèíòåðôåéñó ïðèåìîïåðåäàò÷èê íîñèìîãî óñòðîéñòâà äîëæåí ïèòàòüñÿ íàïðÿæåíèåì íå ìåíåå 3 B. Âîò è ïîëó÷àåòñÿ, ÷òî â ñîâðåìåííûõ ôèòíåñáðàñëåòàõ, áåñïðîâîäíûõ íàóøíèêàõ, èíòåë-

ëåêòóàëüíûõ ÷àñàõ è ïðî÷èõ óëüòðàêîìïàêòíûõ àòðèáóòàõ íàøåé ñîâðåìåííîñòè íåîáõîäèìà ðàçâèòàÿ ìíîãîêàíàëüíàÿ ïîäñèñòåìà ïèòàíèÿ, äëÿ ðàçìåùåíèÿ êîòîðîé âíóòðè êîðïóñà óñòðîéñòâà ôèçè÷åñêè íåò ìåñòà. Âïðî÷åì, íåò ìåñòà íå äëÿ âñåé ñèñòåìû ýëåêòðîïèòàíèÿ – íåò ìåñòà òîëüêî äëÿ åå èíäóêòèâíûõ ýëåìåíòîâ. Åñëè íå ñ÷èòàòü äðîññåëåé è òðàíñôîðìàòîðîâ, òî ïðè ïîäîáíûõ óðîâíÿõ ìîùíîñòè âñå îñòàëüíûå êîìïîíåíòû, âêëþ÷àÿ êîíòðîëëåðû, ñèëîâûå êëþ÷è è äðàéâåðû, ìîæíî óïàêîâàòü â ìèê-

Áëîêèðîâêà îáðàòíîãî òîêà

VÂÛÕ1 CÂÛÕ1

VT2 Áëîêèðîâêà îáðàòíîãî òîêà

VÂÛÕ2 CÂÛÕ2

VT3 L1

IL1

Áëîêèðîâêà îáðàòíîãî òîêà

C1

VÂÛÕ3 CÂÛÕ3

VT1

VT4

Âàðèàíò 2

Âàðèàíò 1 VT1

VT1 t

VT2

t VT2

t VT3

t VT3

t VT4

t VT4

t IL1

t IL1

t VÂÛÕ1 VÂÛÕ2 VÂÛÕ3

t VÂÛÕ1

t t

VÂÛÕ2 VÂÛÕ3

t

t t t

Ðèñóíîê 9. Ñõåìà è ïðèíöèï ðàáîòû ïîâûøàþùåãî SIMO-ïðåîáðàçîâàòåëÿ.

30

ÑÒÀÒÜÈ

ðîñõåìó îáúåìîì âñåãî íåñêîëüêî êóáè÷åñêèõ ìèëëèìåòðîâ. À âîò ñ èíäóêòèâíûìè ýëåìåíòàìè òàê íå ïîëó÷èòñÿ. Äàæå ïðè èñïîëüçîâàíèè ñàìûõ ìèíèàòþðíûõ ïðèáîðîâ èõ îáùèé îáúåì ìîæåò âî ìíîãî ðàç ïðåâûñèòü îáúåì è ìàññó âñåõ îñòàëüíûõ êîìïîíåíòîâ. Ïîýòîìó ïðîèçâîäèòåëè ýëåêòðîííûõ êîìïîíåíòîâ, ïîøëè íà õèòðîñòü è ðàçðàáîòàëè îñîáûé òèï ìíîãîêàíàëüíûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé ñ îäíèì äðîññåëåì, èçâåñòíûå â ëèòåðàòóðå ïîä àááðåâèàòóðîé SIMO (SingleInductor Multiple-Output). Ïðåîáðàçîâàòåëÿì, èçãîòîâëåííûì ïî ýòîé òåõíîëîãèè, íåîáõîäèì åäèíñòâåííûé äðîññåëü, êîòîðûé áóäåò èñïîëüçîâàòüñÿ âñåìè êàíàëàìè ïî î÷åðåäè. Ïðè ýòîì âîçìîæíû äâà âàðèàíòà ðàáîòû ïðåîáðàçîâàòåëÿ (Ðèñóíîê 9): êîãäà äðîññåëü âíà÷àëå íàêàïëèâàåò ýíåðãèþ ñðàçó äëÿ âñåõ êàíàëîâ, à çàòåì ïî î÷åðåäè îòäàåò åå â íàãðóçêè (Âàðèàíò 1) è êîãäà öèêëû ïðåîáðàçîâàíèÿ (çàðÿä-ðàçðÿä äðîññåëÿ) ïðîèñõîäÿò ïî î÷åðåäè äëÿ êàæäîãî êàíàëà (Âàðèàíò 2). Íàèáîëüøåå ðàñïðîñòðàíåíèå íà ïðàêòèêå ïîëó÷èë èìåííî âòîðîé âàðèàíò, ïðè ýòîì ïîðÿäîê è î÷åðåäíîñòü èñïîëüçîâà-

íèÿ îáùåãî äðîññåëÿ îïðåäåëÿþòñÿ êîíòðîëëåðîì â çàâèñèìîñòè îò òåêóùèõ ïîòðåáíîñòåé êàíàëîâ. Ïåðåõîä íà ïîñëåäîâàòåëüíîå ïðåîáðàçîâàíèå ýíåðãèè ðàçíûìè êàíàëàìè ïîçâîëèë îùóòèìî óìåíüøèòü ðàçìåðû ïîäñèñòåìû ïèòàíèÿ äëÿ óñòðîéñòâ, ðàáîòàþùèõ îò áàòàðåé. Î÷åâèäíî, ÷òî ïðè èñïîëüçîâàíèè ýòîé òåõíîëîãèè íåîáõîäèìî îðèåíòèðîâàòüñÿ òîëüêî íà ñïåöèàëèçèðîâàííûå ìèêðîñõåìû – ñáîðêà ïîäîáíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ íà äèñêðåòíûõ ýëåìåíòàõ íå èìååò íèêàêîãî ñìûñëà. Íà ñåãîäíÿøíèé äåíü êîíòðîëëåðû SIMOïðåîáðàçîâàòåëåé âûïóñêàþòñÿ ìíîãèìè âåäóùèìè ïðîèçâîäèòåëÿìè ýëåêòðîííûõ êîìïîíåíòîâ. Íàïðèìåð, êîìïàíèÿ Maxim Integrated ïðåäëàãàåò öåëîå ñåìåéñòâî ìèêðîñõåì ñ ðàçíûì íàáîðîì äîïîëíèòåëüíûõ ôóíêöèé, ïîçâîëÿþùèõ ðàçâåðíóòü ïîëíîöåííóþ ñèñòåìó ýëåêòðîïèòàíèÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ìèíèìàëüíîãî êîëè÷åñòâà âíåøíèõ êîìïîíåíòîâ. Îäíèìè èç ñàìûõ ïðîñòûõ SIMOêîíòðîëëåðîâ ýòîé êîìïàíèè ÿâëÿþòñÿ ìèêðîñõåìû MAX17270/MAX17271, ñ ïîìîùüþ 100nF

2.2µH

LXA

VPWR

M1

LXB

ÎÑÍÎÂÍÎÉ ÑÈËÎÂÎÉ ÊÀÑÊÀÄ

BST

ÑÈÍÕÐÎÍÍÛÉ ÂÛÏÐßÌÈÒEËÜ M3_1 ÁËÎÊ. ÎÁÐ. ÒÎÊÀ OUT1 10µF

10µF M2

M4 ÑÈÍÕÐÎÍÍÛÉ ÂÛÏÐßÌÈÒEËÜ M3_2 ÁËÎÊ. ÎÁÐ. ÒÎÊÀ

PGND

OUT2 10µF ENx MAX17270

RSELx

I2C MAX17271

ÊÎÍÒÐÎËËÅÐ SIMO

ÑÈÍÕÐÎÍÍÛÉ ÂÛÏÐßÌÈÒEËÜ M3_3 ÁËÎÊ. ÎÁÐ. ÒÎÊÀ

ON RSTB

OUT3 10µF

Ðèñóíîê 10. Òðåõêàíàëüíûé SIMO-ïðåîáðàçîâàòåëü íà îñíîâå MAX17270/MAX17271.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

31

êîòîðûõ ìîæíî ñîçäàòü òðåõêàíàëüíóþ ñèñòåìó ïèòàíèÿ íà îñíîâå åäèíñòâåííîãî äðîññåëÿ (Ðèñóíîê 10). Ñèëîâàÿ ÷àñòü ìèêðîñõåì MAX17270/ MAX17271 ïîñòðîåíà ïî ïîíèæàþùå-ïîâûøàþùåé ñõåìå, ïîçâîëÿþùåé ôîðìèðîâàòü èç âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ 2.7…5.5  òðè ðàçëè÷íûõ âûõîäíûõ íàïðÿæåíèÿ â äèàïàçîíå 0.8…5.175 Â, êîòîðûå ìîãóò áûòü êàê áîëüøå, òàê è ìåíüøå âõîäíîãî. Ìèêðîñõåìû MAX17270 è MAX17271 èìåþò îäèíàêîâûå ýëåêòðè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè è îòëè÷àþòñÿ òîëüêî ñïîñîáîì óïðàâëåíèÿ.  MAX17270 âûõîäíûå íàïðÿæåíèÿ è ìàêñèìàëüíûé âûõîäíîé òîê êàæäîãî êàíàëà óñòàíàâëèâàþòñÿ ñ ïîìîùüþ âíåøíèõ ðåçèñòîðîâ, à 2 MAX17271 èìååò èíòåðôåéñ I C, ïîçâîëÿþùèé íå òîëüêî áîëåå ãèáêî íàñòðàèâàòü ñèñòåìó, íî è êîíòðîëèðîâàòü åå ñîñòîÿíèå â ðåàëüíîì âðåìåíè ñ âîçìîæíîñòüþ äèíàìè÷åñêîãî èçìåíåíèÿ êîíôèãóðàöèè. Ìèíèìàëüíîå êîëè÷åñòâî âíóòðåííèõ óçëîâ ïîçâîëèëî ðàçìåñòèòü êðèñòàëëû ýòèõ ìèêðîñõåì â ìèíèàòþðíûõ 16-âûâîäíûõ êîðïóñàõ WLP ñ ðàçìåðàìè âñåãî 1.77 ìì × × 1.77 ìì × 0.5 ìì. Ñèëîâàÿ ÷àñòü ïðåîáðàçîâàòåëÿ ñîäåðæèò ëèøü ïÿòü âíåøíèõ êîíäåíñàòîðîâ è åäèíñòâåííûé äðîññåëü ñ èíäóêòèâíîñòüþ 2.2 ìêÃí. Âñå ýòî äåëàåò SIMO-ñèñòåìû îäíèìè èç ñàìûõ êîìïàêòíûõ, ïîçâîëÿÿ ñ èõ ïîìîùüþ ðåøèòü îñíîâíóþ ïðîáëåìó ïðèëîæåíèé ñ îãðàíè÷åííûì îáúåìîì – ïðîáëåìó ñâîáîäíîãî ìåñòà.

32

Çàêëþ÷åíèå Ôîðìèðîâàíèå íåñêîëüêèõ íàïðÿæåíèé ñ ïîìîùüþ îäíîãî èíäóêòèâíîãî ýëåìåíòà íå ÿâëÿåòñÿ íè íîâûì, íè ñïåöèôè÷åñêèì íàïðàâëåíèåì â ñèëîâîé ïðåîáðàçîâàòåëüíîé òåõíèêå. Êàê âèäíî èç ñòàòüè, ïðåîáðàçîâàòåëè ñ îáùèì äðîññåëåì àêòèâíî èñïîëüçóþòñÿ íà ïðàêòèêå è ðàñïðîñòðàíåíû íå ìåíüøå, ÷åì «êëàññè÷åñêèå» ñõåìû. Îäíàêî ñàìîé èíòåðåñíîé îñîáåííîñòüþ ñâÿçûâàíèÿ êàíàëîâ ÷åðåç ìàãíèòíîå ïîëå ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî òàêèì îáðàçîì ìîæíî ðåøèòü ñàìûå ðàçíûå çàäà÷è, íà÷èíàÿ îò ÷èñòî òåõíè÷åñêèõ, òàêèõ êàê ïåðåðàñïðåäåëåíèå ýíåðãåòè÷åñêèõ ïîòîêîâ, è çàêàí÷èâàÿ âîçìîæíîñòüþ óìåíüøåíèÿ âåùåé, êîòîðûå, íà ïåðâûé âçãëÿä, óìåíüøèòü óæå íåâîçìîæíî. Ýòà ñòàòüÿ íå ïðåòåíäóåò íà èíôîðìàöèîííóþ ïîëíîòó – â íåé äàæå íå ïðèâåäåí ñïèñîê èñòî÷íèêîâ, à íåêîòîðûå ñõåìû, íàïðèìåð, êîìïüþòåðíîãî áëîêà ïèòàíèÿ, î÷åíü ñèëüíî óïðîùåíû, ÷òî ìîæåò âûçâàòü îáîñíîâàííóþ êðèòèêó ñî ñòîðîíû ÷èòàòåëåé. Îñíîâíîé çàäà÷åé ñòàòüè ÿâëÿåòñÿ ïîïûòêà ïîêàçàòü îáùèå ìîìåíòû â ñîâåðøåííî ðàçíûõ ïðåîáðàçîâàòåëÿõ, íå ïîõîæèõ íè ïî äèàïàçîíó ìîùíîñòåé, íè ïî öåëåâîìó íàçíà÷åíèþ. È, êòî çíàåò, ìîæåò êòî-òî èç ÷èòàòåëåé, âäîõíîâèâøèñü ýòèì ìàòåðèàëîì, âäðóã ïðåäëîæèò íîâûé âàðèàíò ðåøåíèÿ êàêîé-íèáóäü çëîáîäíåâíîé òåõíè÷åñêîé ïðîáëåìû, è òîãäà ìíå, èëè êîìó-íèáóäü äðóãîìó, ïðèäåòñÿ ýòó ñòàòüþ ïåðåïèñàòü. ÐË

ÑÒÀÒÜÈ

Ýêîñèñòåìà MEAN WELL Ðåøåíèÿ äëÿ ëþáûõ çàäà÷ ýëåêòðîïèòàíèÿ

ÂÅÁÈÍÀÐ 20.05.2021

Ïðîãðàììà âåáèíàðà: Èíòåðåñíûå è óíèêàëüíûå íîâèíêè ïðîäóêöèè è èõ îñîáåííîñòè Âåñü ñïåêòð ïðîäóêöèè AC/DC-, DC/DC- è DC/AC Áëîêè ñ KNX-óïðàâëåíèåì Ñïåöèàëüíûå áëîêè è ìîäóëè Òåõíè÷åñêèå è ìåäèéíûå ñåðâèñû êîìïàíèè MEAN WELL

ÏÎÄÐÎÁÍÅÅ Î ÂÅÁÈÍÀÐÅ

Ñêîëüêî ñòîèò âàòò ïîòåðü? Àëåêñàíäð Ðóñó, Îäåññà, Óêðàèíà

Ê

Êîýôôèöèåíò ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ (ÊÏÄ) è åãî àíàëîãè, íàïðèìåð, ñâåòîîòäà÷à ñâåòîäèîäîâ, âõîäÿò â ÷èñëî íàèâàæíåéøèõ õàðàêòåðèñòèê ëþáîãî óñòðîéñòâà, âåäü îíè îïðåäåëÿþò êàêîå êîëè÷åñòâî ýíåðãèè áóäåò ïîòåðÿíî â ïðîöåññå âûïîëíåíèÿ ïîëåçíîé ðàáîòû. Ïîñêîëüêó òåðÿåìàÿ ýíåðãèÿ ÷àùå âñåãî ïðåâðàùàåòñÿ â òåïëîâóþ, òî ÊÏÄ êîñâåííî îïðåäåëÿåò è ðàçìåðû óñòðîéñòâà, âåäü âûäåëåíèå áîëüøîãî êîëè÷åñòâà òåïëà â ìàëîì îáúåìå ñ áîëüøîé âåðîÿòíîñòüþ ïðèâåäåò ê ïîâðåæäåíèþ êîìïîíåíòîâ ñèñòåìû. Ïîýòîìó íåóäèâèòåëüíî, ÷òî âñå âåäóùèå ïðîèçâîäèòåëè èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ ðàáîòàþò íàä ïîñòîÿííûì óëó÷øåíèåì ÊÏÄ ñâîåé ïðîäóêöèè. È åñëè â êàêîì-ëèáî ìîäóëå ýòîò ïàðàìåòð óäàåòñÿ óëó÷øèòü õîòü íà îäíó äåñÿòóþ ïðîöåíòà ïî ñðàâíåíèþ ñ àíàëîãàìè äðóãèõ ïðîèçâîäèòåëåé, òî ýòî ñðàçó ñòàíîâèòñÿ åãî êîíêóðåíòíûì ïðåèìóùåñòâîì è óêàçûâàåòñÿ áîëüøèì øðèôòîì âî âñåõ ðåêëàìíûõ ìàòåðèàëàõ. Ñ òî÷êè çðåíèÿ ôèçèêè, óìåíüøèòü ïîòåðè äî íóëÿ íåâîçìîæíî, ïîñêîëüêó âñå ýëåêòðîòåõíè÷åñêèå ìàòåðèàëû íåèäåàëüíû. Íàïðèìåð, ëþáîé ïðîâîäíèê â îáû÷íûõ óñëîâèÿõ èìååò íåêîòîðîå ñîïðîòèâëåíèå, ïîýòîìó ïðè ïðîòåêàíèè ïî íåìó ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà îí áóäåò íåèçáåæíî íàãðåâàòüñÿ. Îäíàêî ïðîèçâîäèòåëü ìîæåò óñòàíîâèòü â óñòðîéñòâå äåøåâûé òîíêèé ïðîâîä, â êîòîðîì ýíåðãèÿ áóäåò òåðÿòüñÿ ñî ñêîðîñòüþ, íàïðèìåð, 100 ìÂò, à ìîæåò èñïîëüçîâàòü è áîëåå äîðîãîé – ñ ìåíüøèì ñîïðîòèâëåíèåì – â êîòîðîì ïðè òåõ æå óñëîâèÿõ áóäåò âûäåëÿòüñÿ òîëüêî 1 ìÂò òåïëà. Ïîýòîìó íà ðåçóëüòèðóþùåå

34

çíà÷åíèå ÊÏÄ ãîòîâîãî óñòðîéñòâà îêàçûâàþò âëèÿíèå íå òîëüêî ôèçè÷åñêèå îãðàíè÷åíèÿ, íî è ýêîíîìè÷åñêèå ôàêòîðû. Òàêèì îáðàçîì, ÷àùå âñåãî áîëåå êà÷åñòâåííîå óñòðîéñòâî îêàçûâàåòñÿ åùå è áîëåå äîðîãèì, è êîíå÷íûé ïîòðåáèòåëü ïîñòîÿííî ñòàëêèâàåòñÿ ñ ïðîáëåìîé âûáîðà: «îòëè÷íî è äîðîãî» èëè «äåøåâî è ñåðäèòî».  íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ âûáîð î÷åâèäåí. Íàïðèìåð, â óëüòðàêîìïàêòíûõ óñòðîéñòâàõ ñ àâòîíîìíûì ïèòàíèåì, òàêèõ êàê ñìàðòôîíû èëè ôèòíåñ-áðàñëåòû, èñïîëüçîâàíèå óçëîâ ñ ìàëûì ÊÏÄ îêàæåòñÿ íåäîïóñòèìûì ðàñòî÷èòåëüñòâîì. Íî ÷òî äåëàòü, êîãäà â óñòðîéñòâå íåò æåñòêèõ îãðàíè÷åíèé ïî ãàáàðèòàì è ìàññå, à ðàçíèöà â öåíå äâóõ ïî÷òè îäèíàêîâûõ ìîäóëåé ïèòàíèÿ ñ ÊÏÄ, îòëè÷àþùèìèñÿ íà äîëè ïðîöåíòà, îêàçûâàåòñÿ äîñòàòî÷íî áîëüøîé? Åñòü ëè çäðàâûé ñìûñë â ïîãîíå çà âûñîêîé ýíåðãåòè÷åñêîé

Ðèñóíîê 1. Âíåøíèé âèä äåìîíñòðàöèîííîé ïëàòû CRD-060DD12P.

ÑÒÀÒÜÈ

Òàáëèöà 1. Õàðàêòåðèñòèêè òðàíçèñòîðîâ, ïðèíèìàâøèõ ó÷àñòèå â ýêñïåðèìåíòå Òðàíçèñòîð

STW4N150

2SK2225

Êàðáèä êðåìíèÿ (SiC)

Êðåìíèé (Si)

Êðåìíèé (Si)

Ìàêñèìàëüíîå íàïðÿæåíèå ñòîê-èñòîê, Â

1700

1500

1500

Íàïðÿæåíèå ëàâèííîãî ïðîáîÿ, Â Ìàêñèìàëüíûé òîê ñòîêà (ïðè 25 °Ñ), À

1800 5

— 4

— 2

2 14

9 120

20 60

> 150 ÒÎ-247

150 ÒÎ-247, ÒÎ-220

150 ÒÎ-247

600 (260…936)

235 (90…380)

237 (75…400)

Ñîïðîòèâëåíèå îòêðûòîãî êàíàëà (ïðè 150 °Ñ), Îì Âûõîäíàÿ åìêîñòü, ïÔ Ìàêñèìàëüíàÿ òåìïåðàòóðà êðèñòàëëà, °Ñ Êîðïóñ Ñðåäíÿÿ öåíà, ðóá.

ýôôåêòèâíîñòüþ, èëè ìîæíî óäîâëåòâîðèòüñÿ, ïóñòü íå ñòîëü âûñîêîòåõíîëîãè÷íûìè, íî áîëåå äåøåâûìè ðåøåíèÿìè? Íàïðèìåð, íå òàê äàâíî êîìïàíèÿ Wolfspeed – îäíî èç âåäóùèõ ïîäðàçäåëåíèé êîìïàíèè CREE – â ðàìêàõ ïîääåðæêè íîâûõ ïðîäóêòîâ âûïóñòèëà äåìîíñòðàöèîííóþ ïëàòó CRD-060DD12P (Ðèñóíîê 1), ïðåäíàçíà÷åííóþ äëÿ óñêîðåíèÿ ðàçðàáîòêè âñïîìîãàòåëüíûõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ. Íà ïëàòå ñîáðàí ãîòîâûé ïðåîáðàçîâàòåëü ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ, âûïîëíåííûé ïî êëàññè÷åñêîé îáðàòíîõîäîâîé ñõåìå, ñ äâóìÿ èçîëèðîâàííûìè âûõîäíûìè êàíàëàìè, îáùàÿ ìîùíîñòü êîòîðûõ ìîæåò äîñòèãàòü 60 Bò. Îñíîâíîå íàçíà÷åíèå ïëàòû CRD-060DD12P – ïèòàíèå ñõåì óïðàâëåíèÿ, äðàéâåðîâ ñèëîâûõ òðàíçèñòîðîâ, ñèñòåì ïðèíóäèòåëüíîãî îõëàæäåíèÿ è ïðî÷åé âñïîìîãàòåëüíîé ýëåêòðîíèêè, èñïîëüçóåìîé â ïðåîáðàçîâàòåëÿõ çàðÿäíûõ ñòàíöèé ýëåêòðîòðàíñïîðòà, èíâåðòîðàõ ñîëíå÷íûõ ýëåêòðîñòàíöèé èëè àíàëîãè÷íûõ ñèëîâûõ óñòàíîâêàõ ìîùíîñòüþ äî íåñêîëüêèõ ñîòåí êèëîâàòò. Ïîñêîëüêó ïðè òàêèõ ìîùíîñòÿõ íàïðÿæåíèå îñíîâíîé ïèòàþùåé øèíû íå ìîæåò áûòü íèçêèì, òî äàííàÿ ïëàòà èìååò ðàñøèðåííûé äèàïàçîí âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ – 200…1000 Â, ÷òî ïîçâîëÿåò ïîäêëþ÷àòü åå êàê ê âûõîäó ñåòåâûõ âûïðÿìèòåëåé, òàê è íåïîñðåäñòâåííî ê êàñêàäàì ñîëíå÷íûõ áàòàðåé. Êëþ÷åâîé îñîáåííîñòüþ ïëàòû CRD060DD12P ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå íà ïåðâè÷íîé ñòîðîíå íîâûõ êàðáèä-êðåìíèåâûõ 1700-âîëüòîâûõ ïîëåâûõ òðàíçèñòîðîâ C2M1000170D ïðîèçâîäñòâà Wolfspeed. Ïîñêîëüêó òðàíçèñòîðû íà ýòîì òèïå ïîëóïðîâîäíèêà ïîêà åùå òîëüêî íà÷èíàþò èñïîëüçîâàòüñÿ â ñèëîâîé ýëåêòðîíèêå è îòëè÷àþòñÿ

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

ïî öåíå îò ñóùåñòâóþùèõ êðåìíèåâûõ àíàëîãîâ, ïðîèçâîäèòåëü äåëàåò àêöåíò íà âûñîêîé ýôôåêòèâíîñòè äàííîãî ðåøåíèÿ. Äëÿ äîêàçàòåëüñòâà ýòîãî êîìïàíèÿ Wolfspeed ïðîâåëà ýêñïåðèìåíò, â êîòîðîì â îäíîé è òîé æå ïëàòå âìåñòî C2M1000170D áûëè óñòàíîâëåíû òðàíçèñòîðû äðóãèõ ïðîèçâîäèòåëåé (Òàáëèöà 1). Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé (Ðèñóíîê 2) ïîêàçàëè, ÷òî ïðè èñïîëüçîâàíèè êàðáèä-êðåìíèåâûõ òðàíçèñòîðîâ C2M1000170D ÊÏÄ ïðåîáðàçîâàòåëÿ áûë áîëüøå âî âñåì äèàïàçîíå ïèòàþùèõ íàïðÿæåíèé, ÷òî ÿâëÿåòñÿ âåñîìûì àðãóìåíòîì â çàùèòó íîâûõ òåõíîëîãèé. Äëÿ áîëüøåé íàãëÿäíîñòè êîìïàíèÿ Wolfspeed ïðèâåëà òåðìîãðàììû ïëàò (Ðèñóíîê 3), ñíÿòûå ïðè îäèíàêîâûõ âõîäíûõ íàïðÿæåíèÿõ, âûõîäíîé ìîùíîñòè è òåìïåðàòóðàõ îêðóæàþùåé ñðåäû. Èç ôîòîãðàôèé âèäíî, ÷òî òåìïåðàòóðà êîðïóñà êàðáèäêðåìíèåâûõ òðàíçèñòîðîâ, äàæå ïðè èñïîëüçîâàíèè ðàäèàòîðîâ ìåíüøåé ïëîùàäè, îêàçûâàåòñÿ ìåíüøå, ÷åì ïðè èñïîëüçîâàíèè òðàäèöèîííûõ êðåìíèåâûõ MOSFET. Òàêèì 85.0% 83.0% ÊÏÄ (%)

Ïîëóïðîâîäíèê

C2M1000170D

81.0% 79.0% CREE C2M1000170D ST STW4N150 RENESAS 2SK2225

77.0% 75.0% 200

400

600

800

1000

ÂÕÎÄÍÎÅ ÍÀÏÐßÆÅÍÈÅ (Â)

Ðèñóíîê 2. Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé ÊÏÄ ïëàòû CRD-060DD12P ïðè èñïîëüçîâàíèè òðàíçèñòîðîâ ðàçëè÷íûõ ïðîèçâîäèòåëåé.

35

100.0

100.0

96

96

92

92

88

88

84

84

80

80

76

76

72

72

68

68

64

+

60 56

64 60

+

56

52

52

48

48

44

44

40

40

36

36

32

C2M1000170D ñ áîëüøèì ðàäèàòîðîì

28 24 20.0 °C

32

STW4N150 ñ áîëüøèì ðàäèàòîðîì

28 24 20.0 °C

100.0

100.0

96

96

92

92

88

88

84

84

80

80

76

76

72

72

68

68

64

64

60 56 52

+

60 56

+

52

48

48

44

44

40

40

36

36

32

C2M1000170D ñ ìàëåíüêèì ðàäèàòîðîì

28 24 20.0 °C

32 28

2SK2225 ñ áîëüøèì ðàäèàòîðîì

24 20.0 °C

Ðèñóíîê 3. Òåðìîãðàììû ïëàòû CRD-060DD12P ïðè èñïîëüçîâàíèè òðàíçèñòîðîâ ðàçëè÷íûõ ïðîèçâîäèòåëåé (âõîäíîå íàïðÿæåíèå 1000 Â, âûõîäíàÿ ìîùíîñòü 60 Âò).

îáðàçîì, ïðîñòàÿ çàìåíà òðàíçèñòîðà íà áîëåå ñîâåðøåííûé ïîçâîëèò îùóòèìî óëó÷øèòü ýíåðãîýôôåêòèâíîñòü èìïóëüñíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ. À åñëè ó÷åñòü, ÷òî êàðáèäêðåìíèåâûå ïðèáîðû ìîãóò ðàáîòàòü ïðè áîëåå âûñîêèõ ÷àñòîòàõ ïåðåêëþ÷åíèÿ, ÷åì êðåìíèåâûå àíàëîãè, òî ïîäîáíàÿ çàìåíà, ïîçâîëèò åùå è ïîâûñèòü óðîâåíü óäåëüíîé ìîùíîñòè ïðåîáðàçîâàòåëåé. Íî åñëè âíèìàòåëüíî ïðîàíàëèçèðîâàòü çàâèñèìîñòè ÊÏÄ (Ðèñóíîê 2), òî îêàæåòñÿ, ÷òî â õóäøåì ñëó÷àå – ïðè âõîäíîì íàïðÿæåíèè 800  è èñïîëüçîâàíèè âìåñòî C2M1000170D êðåìíèåâîãî òðàíçèñòîðà STW4N150 – âûèãðûø â ÊÏÄ ñîñòàâèò âñåãî 0.7% (82.5% – äëÿ C2M1000170D è 81.8% – äëÿ STW4N150). À âîò èõ ñòîèìîñòü ìîæåò çíà÷èòåëüíî îòëè÷àòüñÿ. Àíàëèçèðóÿ öåíû ýëåêòðîííûõ êîìïîíåíòîâ, äîñòóïíûå íà ñàéòå «ÐàäèîËîöìàí», ìîæíî óâèäåòü, ÷òî íà ìîìåíò íàïèñàíèÿ ñòàòüè ñðåäíÿÿ öåíà íà òðàíçèñòîð C2M1000170D ïî÷òè â òðè ðàçà áîëüøå, ÷åì ó åãî êðåìíèåâîãî àíàëîãà STW4N150. Òàê íå îêàæåòñÿ ëè ïîäîáíàÿ «ýêîíîìèÿ» ñëèøêîì «íåýêîíîìíîé»? Åñòü

36

ëè ðåàëüíûé ñìûñë âî âíåäðåíèè ïåðåäîâûõ òåõíîëîãèé, åñëè ðàçíèöà â ÊÏÄ ñîñòàâèò ìåíüøå îäíîãî ïðîöåíòà? Ðàññìîòðèì õóäøèé ñëó÷àé (â äàííîì ñëó÷àå – äëÿ êîìïàíèè Wolfspeed), êîãäà ïðåîáðàçîâàòåëè ðàáîòàþò ïðè âûõîäíîé ìîùíîñòè PÂÛÕ = 60 Âò è âõîäíîì íàïðÿæåíèè 800 B.  ýòîì ðåæèìå ÊÏÄ ïðåîáðàçîâàòåëÿ, èñïîëüçóþùåãî êàðáèä-êðåìíèåâûé òðàíçèñòîð Wolfspeed (óñëîâíî íàçîâåì åãî Ïðåîáðàçîâàòåëü 1), ðàâåí h1 = 82.5%, à ïðåîáðàçîâàòåëÿ íà îñíîâå êðåìíèåâîãî òðàíçèñòîðà STMicroelectronics (Ïðåîáðàçîâàòåëü 2) – h2 = = 81.8%. Ïðè òàêèõ óðîâíÿõ ÊÏÄ ìîùíîñòü ïîòåðü ÐÏÎÒ áóäåò ðàâíà:

æ1 ö æ 1 ö PÏÎÒ1 = PÂÛÕ çç - 1÷÷ = 60 × ç - 1÷ = h 0 .

825 è ø è 1 ø = 12.73 Âò ,

(1)

æ 1 ö æ 1 ö PÏÎÒ 2 = PÂÛÕ çç - 1÷÷ = 60 × ç - 1÷ = h 0 .

818 è ø è 2 ø = 13.35 Âò .

ÑÒÀÒÜÈ

Ðàçíèöó ïîòåðü DÐÏÎÒ ìîæíî îïðåäåëèòü ïî ôîðìóëå:

Òàáëèöà 2. Âðåìÿ, çà êîòîðîå îáîðóäîâàíèå ïðîðàáîòàåò 100,000 ÷àñîâ Ðåæèì ðàáîòû

DPÏÎÒ = PÏÎÒ 2 - PÏÎÒ1 = 13.35 - 12.73 = = 0.62 Âò.

(2)

Êðóãëîñóòî÷íûé (24/7)

11.4 ëåò

Ïîëîâèíà ñóòîê (12/7)

22.8 ëåò

40 ÷àñîâ â íåäåëþ (8/5)

Òî åñòü, ðàçíèöà â ïîòåðÿõ ñîñòàâëÿåò ìåíåå îäíîãî âàòòà. Ìíîãî ýòî èëè ìàëî? Ñòîèìîñòü îäíîãî êèëîâàòò-÷àñà çàâèñèò îò ñòðàíû, êîíêðåòíîãî ðåãèîíà è êîíêðåòíîãî ïîòðåáèòåëÿ è ìîæåò êîëåáàòüñÿ â øèðîêèõ ïðåäåëàõ. Íàïðèìåð, äëÿ þðèäè÷åñêèõ ëèö ñ ìàêñèìàëüíîé ïîòðåáëÿåìîé ìîùíîñòüþ äî 670 êÂò, ïîëó÷àþùèõ ýëåêòðîýíåðãèþ îò Ìîñýíåðãîñáûòà, òàðèô íà ýëåêòðîýíåðãèþ ðàâåí ïðèáëèçèòåëüíî ÒÝË = 6 ðóá/êÂò×÷. Åñëè ïðåäïîëîæèòü, ÷òî Ïðåîáðàçîâàòåëü 1 è Ïðåîáðàçîâàòåëü 2 èìåþò àáñîëþòíî îäèíàêîâûå ñõåìó è ïå÷àòíóþ ïëàòó è îòëè÷àþòñÿ òîëüêî îäíèì ýëåìåíòîì – ñèëîâûì òðàíçèñòîðîì, òî ðàçíèöà â öåíå ïðåîáðàçîâàòåëåé DÖ áóäåò ðàâíà:

DÖ = Ö 1- Ö 2 = 600 - 235 = 365 ðóá .,

(3)

ãäå Ö1, Ö2 – ñîîòâåòñòâåííî, ñðåäíÿÿ öåíà òðàíçèñòîðîâ C2M1000170D è STW4N150 (Òàáëèöà 1). Äëÿ òîãî, ÷òîáû ïîäîáíàÿ çàìåíà áûëà ýêîíîìè÷åñêè âûãîäíà, íåîáõîäèìî ÷òîáû ïðåîáðàçîâàòåëü «ñýêîíîìèë» êîëè÷åñòâî ýíåðãèè, ðàâíîå EÝÊ:

EÝÊ =

DÖ 365 = » 61 êÂò × ÷.

TÝË 6

(4)

Ýòîìó êîëè÷åñòâó ýíåðãèè ñîîòâåòñòâóåò âðåìÿ íåïðåðûâíîé ðàáîòû îáîðóäîâàíèÿ ðàâíîå ÒÐÀÁ:

TÐÀÁ =

EÝÊ 61 = » 100,000 ÷.

DPÏÎÒ 0.00062

(5)

Ðåàëüíîå âðåìÿ, çà êîòîðîå îáîðóäîâàíèå ïîðàáîòàåò 100 òûñÿ÷ ÷àñîâ, çàâèñèò îò ðåæèìà ðàáîòû (Òàáëèöà 2), íî äàæå ïî ñàìûì îïòèìèñòè÷åñêèì ïðîãíîçàì, êîãäà ñèëîâàÿ óñòàíîâêà áóäåò ðàáîòàòü êðóãëîñóòî÷íî, ïðîéäåò íå ìåíåå 11 ëåò, ïðåæäå ÷åì ïîäîáíàÿ çàìåíà áóäåò ýêîíîìè÷åñêè îïðàâäàíà.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

Âðåìÿ

48 ëåò

Ïîëó÷àåòñÿ, ÷òî â íîâûõ òåõíîëîãèÿõ íåò îñîáîãî ýêîíîìè÷åñêîãî ñìûñëà. Äåéñòâèòåëüíî, äàëåêî íå êàæäàÿ ñèëîâàÿ óñòàíîâêà ñìîæåò ïðîðàáîòàòü áåçîòêàçíî 100 òûñÿ÷ ÷àñîâ, âåäü êðîìå ñèëîâûõ òðàíçèñòîðîâ â íåé èñïîëüçóþòñÿ è äðóãèå ðàäèîýëåìåíòû, â ïåðâóþ î÷åðåäü ýëåêòðîëèòè÷åñêèå êîíäåíñàòîðû, ñðîê ñëóæáû êîòîðûõ îáû÷íî íà ïîðÿäîê ìåíüøå. Äà è çà 11 ëåò ýòà òåõíèêà ìîæåò ìîðàëüíî óñòàðåòü è åå óòèëèçèðóþò íàìíîãî ðàíüøå ýòîãî ñðîêà. Îäíàêî íå ñòîèò äåëàòü ïîñïåøíûõ âûâîäîâ, âåäü â ïðîèçâåäåííûõ ðàñ÷åòàõ èñïîëüçóåòñÿ ñëèøêîì ìíîãî äîïóùåíèé, êàæäîå èç êîòîðûõ ìîæåò îêàçàòüñÿ îøèáî÷íûì. Íà÷íåì ñî ñòîèìîñòè òðàíçèñòîðîâ. Êàðáèä-êðåìíèåâûå òðàíçèñòîðû ïîêà åùå ÿâëÿþòñÿ îòíîñèòåëüíî íîâîé ýëåìåíòíîé áàçîé, è ìíîãèå ïðîèçâîäèòåëè ýëåêòðîííîé òåõíèêè ïîêà åùå òîëüêî ïðèñìàòðèâàþòñÿ ê ýòîé òåõíîëîãèè. Èç-çà ýòîãî ñïðîñ íà ïîäîáíûå ðàäèîýëåìåíòû ïîêà íåâåëèê, è îíè íå âñåãäà åñòü â íàëè÷èè äàæå ó êðóïíûõ ìèðîâûõ äèñòðèáüþòîðîâ ýëåêòðîííûõ êîìïîíåíòîâ. Èç-çà ýòîãî öåíà íà íèõ, çàâèñÿùàÿ, â ïåðâóþ î÷åðåäü, îò ðàçìåðà ïàðòèè, êîëåáëåòñÿ â çíà÷èòåëüíûõ ïðåäåëàõ. Íàïðèìåð, íà ñàéòå Arrow Electronics ïðè áîëüøèõ çàêàçàõ òðàíçèñòîðû C2M1000170D ìîæíî ïðèîáðåñòè ïî öåíå 4 USD çà øòóêó, â òî âðåìÿ êàê STW4N150 îáîéäóòñÿ ïðèáëèçèòåëüíî ïî 3.22 USD (ðàçíèöà â öåíå – 0.78 USD). Íà ñàéòå Digi-Key, äàæå ïðè áîëüøèõ çàêàçàõ, ðàçíèöà â öåíå áóäåò ñîñòàâëÿòü âñåãî 0.05 USD (C2M1000170D – 4.92 USD, STW4N150 – 4.87 USD). Ïî äàííûì ñ ñàéòà FindChips íàèìåíüøóþ öåíó íà òðàíçèñòîðû STW4N150 ïðåäëàãàþò íà ñàéòå Avnet Asia – òàì îíè ñòîÿò 1.88 USD ïðè çàêàçå áîëåå 30 òûñÿ÷ ïðèáîðîâ. Òàêèì îáðàçîì, åñëè âûáèðàòü ïîñòàâùèêîâ, ïðåäëàãàþùèõ ìàêñèìàëüíî íèçêóþ öåíó, òî ðàçíèöà â ñòîèìîñòè òðàíçèñòîðîâ ñîñòàâèò 4 – 1.88 = 2.12 USD (157 ðóá. ïðè êóðñå 74 ðóá/USD). Ýòî â 2.3 ðàçà ìåíüøå çíà÷åíèÿ, ðàññ÷èòàííîãî ïî ôîðìó-

37

ëå (3). Èç-çà ýòîãî ñðîê, äëÿ êîòîðîãî çàìåíà òðàíçèñòîðà îêàæåòñÿ ýêîíîìè÷åñêè âûãîäíîé, óæå óìåíüøèòñÿ äî 100/2.3 = 43.5 òûñÿ÷ ÷àñîâ, èëè ïðèáëèçèòåëüíî 5 ëåò ïðè êðóãëîñóòî÷íîì ðåæèìå ðàáîòû. Ïîñêîëüêó íà òðàíçèñòîðå C2M1000170D, ñîãëàñíî òåðìîãðàììàì (Ðèñóíîê 3), âûäåëÿåòñÿ ìåíüøå òåïëà, òî äëÿ åãî îõëàæäåíèÿ ìîæíî èñïîëüçîâàòü ðàäèàòîð ìåíüøåé ïëîùàäè, ÷òî, â ñâîþ î÷åðåäü, òåîðåòè÷åñêè, ïîçâîëèò óìåíüøèòü ïëîùàäü ïå÷àòíîé ïëàòû. Ïîýòîìó ïðåäïîëîæåíèå îá àáñîëþòíî îäèíàêîâûõ ïðåîáðàçîâàòåëÿõ, ñîáðàííûõ íà àáñîëþòíî îäèíàêîâûõ ïå÷àòíûõ ïëàòàõ è ýëåìåíòíîé áàçå, ñêîðåå âñåãî, òàêæå îøèáî÷íî, è îñòàëüíûå êîìïîíåíòû ñõåìû íà îñíîâå C2M1000170D îáîéäóòñÿ äåøåâëå, ÷åì ïðè èñïîëüçîâàíèè STW4N150. Îäíàêî îöåíèòü ýòó ðàçíèöó êîëè÷åñòâåííî, â äàííîì ñëó÷àå, äîñòàòî÷íî ñëîæíî, ïîñêîëüêó òî÷íûõ äàííûõ î ðàäèàòîðå ìåíüøåé ïëîùàäè, èñïîëüçîâàííîì â ýêñïåðèìåíòå, ê ñîæàëåíèþ, íåò. Íå ñëåäóåò òàêæå çàáûâàòü, ÷òî ðàñ÷åòû áûëè âûïîëíåíû äëÿ «õóäøåãî» ñëó÷àÿ, êîãäà ðàçíèöà â òåïëîâûäåëåíèè ìåæäó äâóìÿ ïðåîáðàçîâàòåëÿìè ìèíèìàëüíà. Åñëè èñòî÷íèê ïèòàíèÿ áóäåò áîëüøóþ ÷àñòü âðåìåíè ðàáîòàòü ïðè äðóãîì âõîäíîì íàïðÿæåíèè, òî è ðàçíèöà â âåëè÷èíå ïîòåðü áóäåò áîëüøå. Êðîìå òîãî, âðÿä ëè â ðåàëüíîé àïïàðàòóðå âñïîìîãàòåëüíûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ áóäåò îñíîâíóþ ÷àñòü âðåìåíè ðàáîòàòü ïðè ïîëíîé íàãðóçêå. Ñêîðåå âñåãî, îí áóäåò íàãðóæåí â ñðåäíåì íà 50…60%, à ýòî çíà÷èò, ÷òî ðàçíèöà â ÊÏÄ ìîæåò îêàçàòüñÿ åùå áîëüøå, âåäü êàðáèä-êðåìíèåâûå òðàíçèñòîðû èìåþò ìåíüøèå çíà÷åíèÿ ïàðàçèòíûõ åìêîñòåé, à, ñëåäîâàòåëüíî, è ìåíüøèé óðîâåíü äèíàìè÷åñêèõ ïîòåðü. È ýòî áóäåò ñêàçûâàòüñÿ èìåííî ïðè óìåíüøåíèè ìîùíîñòè, ïîñêîëüêó â ýòîì ñëó÷àå äèíàìè÷åñêèå ïîòåðè áóäóò ïðåîáëàäàòü íàä ñòàòè÷åñêèìè. Ïîýòîìó ðàçíèöà â âåëè÷èíå ïîòåðü íà óðîâíå 0.62 Âò âçÿòà èñêëþ÷èòåëüíî ðàäè ñîõðàíåíèÿ îáúåêòèâíîñòè è íåïðåäâçÿòîñòè. Äà è ðåçóëüòàòîâ äðóãèõ ýêñïåðèìåíòîâ, íàïðèìåð, ïî îöåíêå âåëè÷èíû ñîáñòâåííîãî ýíåðãîïîòðåáëåíèÿ ýòèõ ïëàò, ê ñîæàëåíèþ, íåò. È ïîñëåäíèé, íî î÷åíü âàæíûé ìîìåíò. Öåíà íà ýëåêòðîýíåðãèþ çàâèñèò îò ñòðàíû,

38

ðåãèîíà, ïîñòàâùèêà è ïîòðåáèòåëÿ. Åñëè âçÿòü â êà÷åñòâå ïðèìåðà Ãåðìàíèþ, èìåþùóþ îäíó èç ñàìûõ âûñîêèõ öåí íà ýëåêòðîýíåðãèþ, òî îêàæåòñÿ, ÷òî ïðè òàðèôå äëÿ ïðåäïðèÿòèé 0.26 USD/êÂò×÷ äëÿ òîãî, ÷òîáû çàìåíà òðàíçèñòîðà áûëà ýêîíîìè÷åñêè âûãîäíîé, íåîáõîäèìî ñýêîíîìèòü âñåãî 2.12/0.26 = 8.15 êÂò×÷. Ïðè ðàçíèöå ïîòåðü 0.62 Âò äëÿ ýòîãî ïîòðåáóåòñÿ âñåãî 8.15/0.00062 » 13 òûñÿ÷ ÷àñîâ, ÷òî ïðè êðóãëîñóòî÷íîì ãðàôèêå ðàáîòû ñîñòàâèò ìåíåå äâóõ ëåò. À åñëè ó÷åñòü, ÷òî ñòîèìîñòü ýëåêòðè÷åñòâà, êàê è äðóãèõ ýíåðãîíîñèòåëåé èççà ãëîáàëüíîãî ýêîëîãè÷åñêîãî êðèçèñà áóäåò òîëüêî ðàñòè, ýòà öèôðà áóäåò åùå ìåíüøå. Òàêèì îáðàçîì, â äàííîì ñëó÷àå èñïîëüçîâàíèå íîâûõ òåõíîëîãèé ìîæåò áûòü ýêîíîìè÷åñêè âûãîäíî è èõ ñëåäóåò èñïîëüçîâàòü. Îäíàêî ýêîíîìè÷åñêèå ðàñ÷åòû, â îòëè÷èå îò ôèçè÷åñêèõ, çàâèñÿò îò ìíîæåñòâà ôàêòîðîâ, êîòîðûå èíîãäà äîñòàòî÷íî ñëîæíî îïðåäåëèòü, à åùå ñëîæíåå – ñïðîãíîçèðîâàòü (ñóùåñòâóþùàÿ ñèòóàöèÿ ñ êîðîíàâèðóñîì ÿâëÿåòñÿ òîìó ðåàëüíûì ïîäòâåðæäåíèåì). Èç-çà ýòîãî ñòîèìîñòü âàòòà ïîòåðü çíà÷èòåëüíî çàâèñèò îò ñòðàíû, ðåãèîíà, ïðåäïðèÿòèÿ è äàæå îò êîíêðåòíîãî öåëåâîãî íàçíà÷åíèÿ îäíîé è òîé àïïàðàòóðû.  äàííîì ñëó÷àå (íóæíî æå îòâåòèòü íà âîïðîñ, âûíåñåííûé â çàãîëîâîê ñòàòüè), â Ìîñêâå âàòò ïîòåðü áóäåò ñòîèòü 0.6 êîï/÷ (0.000078 USD/÷), à â Áåðëèíå – 0.00026 USD/÷, ÷òî â 3.33 ðàçà äîðîæå. À åùå íå ñëåäóåò çàáûâàòü, ÷òî ýêîíîìè÷åñêèå âçàèìîîòíîøåíèÿ çàâèñÿò, â ïåðâóþ î÷åðåäü, îò ëþäåé, êîòîðûå, ïðè æåëàíèè, âñåãäà ñìîãóò äîãîâîðèòüñÿ, è âàòò ïîòåðü, â îáùåì ñëó÷àå, ìîæåò îáîéòèñü ñîâåðøåííî áåñïëàòíî. ÐË

Ñïèñîê èñòî÷íèêîâ 1. 60W Auxiliary Power Supply Demonstration board 2. SiC MOSFET 1700  êàê êëþ÷åâîé ýëåìåíò âñïîìîãàòåëüíûõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ 3. Öåíû íà ðàäèîýëåìåíòû íà ñàéòå ÐàäèîËîöìàí 4. Öåíû íà ðàäèîýëåìåíòû íà ñàéòå FindChips 5. Òàðèôû íà ýëåêòðîýíåðãèþ äëÿ ïîòðåáèòåëåé ñ ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòüþ äî 670 êÂò 6. Ñïèñîê ñòðàí ïî ñòîèìîñòè ýëåêòðîýíåðãèè (Âèêèïåäèÿ)

ÑÒÀÒÜÈ

Ïðîñòîé ìåòîä ïðîâåðêè åìêîñòè àêêóìóëÿòîðà Adem Kaya EDN

Â

 áîëüøèíñòâå ïîðòàòèâíûõ óñòðîéñòâ ïðèìåíÿþòñÿ ùåëî÷íûå áàòàðåè èëè àêêóìóëÿòîðû, è èçìåðåíèå èõ åìêîñòè ÿâëÿåòñÿ âàæíîé ôóíêöèåé òàêèõ êîíñòðóêöèé. Îäíàêî ÷àùå âñåãî èñïîëüçîâàíèå ìèêðîñõåìû êîíòðîëÿ óðîâíÿ çàðÿäà áàòàðåè ìîæåò áûòü íåïîçâîëèòåëüíîé ðîñêîøüþ äëÿ áþäæåòíûõ ïðîåêòîâ. Âîò áîëåå ïðîñòàÿ è ìåíåå äîðîãàÿ àëüòåðíàòèâà. Ñåãîäíÿ äàæå ñàìûå äåøåâûå ìèêðîêîíòðîëëåðû ÷àñòî ñîäåðæàò â ñåáå ìîäóëü àíàëîãî-öèôðîâîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ (ÀÖÏ), êîòîðûé íå èñïîëüçóåòñÿ ïîñòîÿííî èç-çà (îòíîñèòåëüíî) íèçêîãî ðàçðåøåíèÿ è âûñîêîãî óðîâíÿ øóìîâ. Íî îäíîãî èç ýòèõ íåèñïîëüçóåìûõ âíóòðåííèõ êàíàëîâ ÀÖÏ âïîëíå äîñòàòî÷íî, ÷òîáû ïðîâåñòè òåñò è ðåøèòü, ïðèãîäíà ëè åùå áàòàðåÿ äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ èëè íåò. Ìåòîä îïðåäåëåíèÿ ñîñòîÿíèÿ àêêóìóëÿòîðà, íàçûâàåìûé ýëåêòðîõèìè÷åñêèì äèíàìè÷åñêèì îòêëèêîì (ÝÄÎ) [1], áûë çàïàòåíòîâàí êîìïàíèåé Cadex Electronics [2]. ÝÄÎ ñðàâíèâàåò òåêóùåå ñîñòîÿíèå áàòàðåè ïîä íàãðóçêîé ñ ñîõðàíåííûìè ïàðàìåòðàìè, õàðàêòåðèçóþùèìè áàòàðåþ, ïðèêëàäûâàÿ ê íåé èìïóëüñíóþ íàãðóçêó è îöåíèâàÿ âðåìÿ ðåàêöèè áàòàðåè íà ñêà÷êîîáðàçíîå âîçäåéñòâèå è ïîñëåäóþùåå âîññòàíîâëåíèå. Ðàçëè÷èÿ â õàðàêòåðå ñïàäà è âîññòàíîâëåíèÿ ïðè ðàçëè÷íîì óðîâíå çàðÿäà áàòàðåè íàãëÿäíî äåìîíñòðèðóåò Ðèñóíîê 1. Åñòü

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

íåñêîëüêî ïðè÷èí ðàçëè÷èé â õàðàêòåðå ðåàêöèè ðàçðÿæåííîé áàòàðåè. Îäíà èç íèõ – ïîâûøåííîå âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå. Ïðè èñïîëüçîâàíèè òåîðèè ÝÄÎ âûáîðêà íàïðÿæåíèÿ áàòàðåè äëÿ îïðåäåëåíèÿ ìèíèìàëüíîãî óðîâíÿ çàðÿäà â îïðåäåëåííîå âðåìÿ, íàïðèìåð, â ìîìåíò ìàêñèìàëüíîãî ïîòðåáëåíèÿ ýíåðãèè, äàåò èíôîðìàöèþ î ñîñòîÿíèè áàòàðåè. Íà÷àëüíûé îòðåçîê âðå1 0.98 0.96 0.94 0.92 0.9 0.88 0.86

Ïîëíûé çàðÿä Ïîëîâèíà çàðÿäà Ïîëíûé ðàçðÿä

0.84 0.82

Íîðìàëèçîâàííûå çíà÷åíèÿ

Êðèòè÷åñêèé óðîâåíü

0.8 0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Ðèñóíîê 1. Ñðàâíåíèå ðåàêöèé àêêóìóëÿòîðîâ íà êðàòêîâðåìåííûé èìïóëüñ íàãðóçêè ïðè ðàçëè÷íûõ óðîâíÿõ çàðÿäà äåìîíñòðèðóåò èõ ðàçëè÷èÿ ÝÄÎ.

39

VCC

+

R1

Ïðåîáðàçîâàòåëü

VCC Íàãð.

VDD

VREF ÀÖÏ

R2

ÀÖÏ MOSFET Êîíòðîëëåð UART Rx

R3

VCC

ÙÅËÎ×ÍÀß ÁÀÒÀÐÅß

ìåíè ïîñëå ïåðâîãî âêëþ÷åíèÿ ñèñòåìû, òàêæå èçâåñòíûé êàê «ïðèâåòñòâèå», ÿâëÿåòñÿ îñîáåííî ïîäõîäÿùèì äëÿ èçìåðåíèÿ ñîñòîÿíèÿ áàòàðåè. Äî òîãî, êàê ñèñòåìà áóäåò ïîëíîñòüþ íàãðóæåíà, ìîæåò ïîêàçàòüñÿ, ÷òî óðîâåíü çàðÿäà áàòàðåè íàõîäèòñÿ íà áåçîïàñíîì ðàáî÷åì óðîâíå, íî åñëè áàòàðåÿ ñèëüíî ðàçðÿæåíà, íàïðÿæåíèå ìîæåò ìîìåíòàëüíî óïàñòü íèæå äîïóñòèìîãî ïîðîãà, êàê òîëüêî íàãðóçêà äîñòèãíåò ìàêñèìóìà. Áåç âûïîëíåíèÿ òåñòà ÝÄÎ óñòðîéñòâî çàïóñòèòñÿ â íîðìàëüíîì ðåæèìå, íî íåêîíòðîëèðóåìî îòêëþ÷èòñÿ (òî åñòü íàïðÿæåíèå óïàäåò äî êðèòè÷åñêîãî óðîâíÿ, îòìå÷åííîãî íà Ðèñóíêå 1) ïðè ïåðâîé æå áîëüøîé íàãðóçêå. Óïðîùåííàÿ ñõåìà ðåàëèçàöèè òåñòà ÝÄÎ ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 2. Ñîïðîòèâëåíèå íàãðóçî÷íîãî ðåçèñòîðà âûáèðàåòñÿ òàêèì, ÷òîáû ïðåäñòàâëÿòü ïîëíóþ íàãðóçêó ñèñòåìû, ïîýòîìó â êàæäîé ñèñòåìå îíî ìîæåò áûòü ðàçíûì.  ñèñòåìå, äàííûå äëÿ êîòîðîé ïðåäñòàâëåíû â ýòîé ñòàòüå, èñïîëüçîâàëîñü çíà÷åíèå 10 Îì. Ðåçèñòîðû R1 è R2 ñëóæàò äåëèòåëåì äëÿ èçìåðåíèÿ íàïðÿæåíèÿ áàòàðåè VCC, à ïîâûøàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü ãàðàíòèðóåò, ÷òî îïîðíîå íàïðÿæåíèå ÀÖÏ VREF îñòàíåòñÿ íåèçìåííûì äàæå â òîì ñëó÷àå, åñëè íàïðÿæåíèå áàòàðåè óïàäåò âî âðåìÿ òåñòà. R3 – ýòî ïîäòÿãèâàþùèé ðåçèñòîð äëÿ çàòâîðà ïåðåêëþ÷àþùåãî òðàíçèñòîðà. Òåñòîâàÿ ñèñòåìà èçìåðÿåò íàïðÿæåíèå áàòàðåè â òå÷åíèå ïåðèîäà âðåìåíè, óñòàíîâëåííîãî ðàâíûì ïðèìåðíî 200 ìèëëèñåêóíäàì. Ïîä óïðàâëåíèåì ïðîãðàììû MOSFET âêëþ÷àåòñÿ òîëüêî íà ïîëîâèíó ïåðèîäà èçìåðåíèÿ, à çàòåì âûêëþ÷àåòñÿ. Ýòî ïîçâîëÿåò

Tx

Ðèñóíîê 2. Íà ýòîé óïðîùåííîé ñõåìå ïîêàçàí îáùèé ïîäõîä ê ðåàëèçàöèè òåñòà ÝÄÎ.

ñèñòåìå èçìåðÿòü êàê íàïðÿæåíèå ïðè ïîëíîé íàãðóçêå, òàê è âðåìÿ âîññòàíîâëåíèÿ áàòàðåè ïðè ìèíèìàëüíîé íàãðóçêå. (Âðåìÿ èçìåðåíèÿ ìîæåò áûòü èçìåíåíî â ïðîøèâêå, íî ÿ îáíàðóæèë, ÷òî äëÿ àäåêâàòíîé îöåíêè ñîñòîÿíèÿ áàòàðåè 200 ìñ áûëî äîñòàòî÷íî). Ïî çàâåðøåíèè èçìåðåíèé ðåçóëüòàòû ìîãóò áûòü ñ÷èòàíû ÷åðåç êàíàë UART.  ïðèìåðå ñèñòåìû, ñîáðàííîé äëÿ äåìîíñòðàöèè ìåòîäà ÝÄÎ, ÿ èñïîëüçîâàë äâå ùåëî÷íûå áàòàðåè AA, ÷òî äàâàëî ìàêñèìàëüíîå íàïðÿæåíèå VCC, ðàâíîå 3.2 Â. Ïîâûøàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü ñòàáèëèçèðóåò íàïðÿæåíèå VDD íà óðîâíå 3.6 Â.  íîðìàëüíîì ðåæèìå ñèñòåìà ïîòðåáëÿåò 55 ìÀ, îäíàêî ïðè ïîëíîé íàãðóçêå òîê âîçðàñòàåò äî 127 ìÀ. Îñöèëëîãðàììû, ñíÿòûå âî âðåìÿ òåñòèðîâàíèÿ ñèñòåìû ïðè èñïîëüçîâàíèè «õîðîøåé» (Ðèñóíîê 3à) è «ïëîõîé» (Ðèñó-

Ðèñóíîê 3. Ïðîâåðêà íàïðÿæåíèÿ áàòàðåè ïîä íàãðóçêîé ïîêàçûâàåò çíà÷èòåëüíûå ðàçëè÷èÿ ìåæäó ðåàêöèåé ïîëíîñòüþ çàðÿæåííîé (à) è ïî÷òè ðàçðÿæåííîé (á) áàòàðåè.

40

ÑÒÀÒÜÈ

Ñòàðò

Èíèöèàëèçàöèÿ îáîðóäîâàíèÿ

Èç UART ïîëó÷åí ñèìâîë 'S'?

ÍÅÒ Àíàëèç äàííûõ è îòïðàâêà ðåçóëüòàòîâ ïîëüçîâàòåëþ

ÄÀ

ÄÀ

Íà÷àòü âûáîðêó è çàìêíóòü êîììóòàòîð íàãðóçêè ÍÅÒ

Ïîëîâèíà èçìåðåíèé óæå âûïîëíåíà?

Èçìåðåíèÿ çàêîí÷åíû?

ÍÅÒ Ðàçîìêíóòü êîììóòàòîð íàãðóçêè

ÄÀ

Ðèñóíîê 4. Àëãîðèòì òåñòà ÝÄÎ, áëîêñõåìà êîòîðîãî ïîêàçàíà íà ýòîì ðèñóíêå, ïîäêëþ÷àåò íàãðóçêó, ïðîèçâîäèò âûáîðêè íàïðÿæåíèÿ â òå÷åíèå ïîëîâèíû âðåìåíè òåñòèðîâàíèÿ, à çàòåì îòêëþ÷àåò íàãðóçêó è ïðåêðàùàåò âûáîðêó íàïðÿæåíèé.

íîê 3á) áàòàðåé, äåìîíñòðèðóþò, íàñêîëüêî çíà÷èòåëüíûìè ìîãóò áûòü ðàçëè÷èÿ â íàïðÿæåíèè ïîä íàãðóçêîé. Ïðèìåð êîíñòðóêöèè, êîòîðóþ ÿ èñïîëüçîâàë â íåêîòîðûõ ñâîèõ ïðîåêòàõ, îñíîâàí íà ìèêðîêîíòðîëëåðå STM32F303, ïðîãðàììà äëÿ êîòîðîãî íàïèñàíà íà C ñ èñïîëüçîâàíèåì èíòåãðèðîâàííîé ñðåäû ðàçðàáîòêè Keil. Ïðîãðàììó ìîæíî íàéòè íà ñòðàíèöå GitHub [3]. Áëîê-ñõåìà òåñòîâîãî àëãîðèòìà ïðåäñòàâëåíà íà Ðèñóíêå 4. Òåñò çàïóñêàåòñÿ, êîãäà UART ïîëó÷àåò ñèìâîë «S». ×àñòîòà

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

âûáîðêè ÀÖÏ óñòàíîâëåíà ðàâíîé 250 Ãö, à ïåðèîä òåñòèðîâàíèÿ, êàê óïîìèíàëîñü ðàíåå, ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 200 ìñ. Ýòà ïðîãðàììà ïðîñòî âûïîëíÿåò òåñò è ñîáèðàåò äàííûå. Âàðèàíòîâ èñïîëüçîâàíèÿ äàííûõ î÷åíü ìíîãî.  ïðîñòåéøåì ñëó÷àå ìîæíî ñðàâíèâàòü ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå äàííûõ ñ áåçîïàñíûì óðîâíåì ðàáî÷åãî íàïðÿæåíèÿ ñèñòåìû, êîòîðûé òàêæå íàçûâàåòñÿ êðèòè÷åñêèì óðîâíåì. Åñëè âî âðåìÿ òåñòà íàïðÿæåíèå áàòàðåè ïðèáëèæàåòñÿ ê êðèòè÷åñêîìó óðîâíþ, ìîæíî ïðåäóïðåäèòü ïîëüçîâàòåëÿ ñèñòåìû î òîì, ÷òî ïðèøëî âðåìÿ çàìåíèòü áàòàðåþ. Ìîæíî íàïèñàòü áîëåå ïîëíûé àëãîðèòì äëÿ òî÷íîãî îïðåäåëåíèÿ ñîñòîÿíèÿ áàòàðåè, íàïðèìåð, äëÿ èíäèêàöèè óðîâíÿ åå çàðÿäà. Îäíàêî äëÿ òîãî, ÷òîáû îáíîâëÿòü è ïîêàçûâàòü ïîëüçîâàòåëþ ïðàâèëüíóþ èíôîðìàöèþ î áàòàðåå íà äèñïëåå èëè èíäèêàòîðå, ïîëó÷åííûå äàííûå äîëæíû áûòü îòôèëüòðîâàíû. Êîëåáàíèÿ íàãðóçêè äåëàþò íåîáðàáîòàííûå äàííûå ñîâåðøåííî áåñïîëåçíûìè áåç íàäëåæàùåé ôèëüòðàöèè. Ôèëüòð ñ ìåäëåííîé áåñêîíå÷íîé èìïóëüñíîé õàðàêòåðèñòèêîé (ÁÈÕ-ôèëüòð) õîðîøî ñãëàäèò ñèãíàë. Òàêèì îáðàçîì, áëàãîäàðÿ ìåòîäó ÝÄÎ ñ ïîìîùüþ ïðîñòåéøåãî ÀÖÏ ìèêðîêîíòðîëëåðà ìîæíî áåç áîëüøèõ çàòðàò îïðåäåëèòü ñîñòîÿíèå áàòàðåè. Èçìåðåíèÿ ïàðàìåòðîâ áàòàðåè â òå÷åíèå ïðèìåðíî 200 ìñ âî âðåìÿ íà÷àëüíîãî âêëþ÷åíèÿ ïèòàíèÿ äîñòàòî÷íî äëÿ ïðîâåäåíèÿ áàçîâîãî òåñòà ðàáîòîñïîñîáíîñòè áàòàðåè ïðàêòè÷åñêè â ëþáîé ñèñòåìå. ÐË

Ññûëêè 1. Battery Rapid-test Methods 2. Pulse-discharge battery testing methods and apparatus, U.S. Patent No. 7,622,929.

3. EDR_method_test_code/Source/

41

Äîáàâëåíèå ãèñòåðåçèñà äëÿ ìÿãêîé áëîêèðîâêè ïðè ïîíèæåííîì è ïîâûøåííîì íàïðÿæåíèè èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ Pinkesh Sachdev Analog Dialogue

ÐÐåçèñòèâíûå äåëèòåëè îñëàáëÿþò âûñîêîå íàïðÿæåíèå äî óðîâíÿ, êîòîðûé áåç ïåðåãðóçêè èëè ïîâðåæäåíèÿ ìîãóò âûäåðæàòü íèçêîâîëüòíûå öåïè.  ñõåìàõ óïðàâëåíèÿ ïèòàíèåì ðåçèñòèâíûå äåëèòåëè èñïîëüçóþòñÿ äëÿ óñòàíîâêè ïîðîãîâ áëîêèðîâêè ïðè ïîíèæåííîì è ïîâûøåííîì íàïðÿæåíèè èñòî÷íèêà. Òàêèå ñõåìû êâàëèôèêàöèè íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ âñòðå÷àþòñÿ â àâòîìîáèëüíûõ ñèñòåìàõ, ïîðòàòèâíûõ ïðèáîðàõ ñ áàòàðåéíûì ïèòàíèåì, à òàêæå íà ïå÷àòíûõ ïëàòàõ óñòðîéñòâ îáðàáîòêè äàííûõ è èíôîðìàöèîííîãî îáìåíà. Áëîêèðîâêà ïðè ïîíèæåííîì íàïðÿæåíèè (undervoltage lockout, UVLO) íå ïîçâîëÿåò ïîñëåäóþùèì ýëåêòðîííûì óñòðîéñòâàì ðàáîòàòü ïðè àíîìàëüíî íèçêîì íàïðÿæåíèè èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ, ÷òî ìîæåò ñòàòü ïðè÷èíîé íåèñïðàâíîñòè ñèñòåìû. Íàïðèìåð, öèôðîâîå îáîðóäîâàíèå ìîæåò ðàáîòàòü íåñòàáèëüíî èëè äàæå çàâèñàòü, åñëè èõ íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ íèæå ðàçðåøåííîãî òåõíè÷åñêîé äîêóìåíòàöèåé. Êîãäà èñòî÷íèêîì ïèòàíèÿ ÿâëÿåòñÿ àêêóìóëÿòîðíàÿ áàòàðåÿ, áëîêèðîâêà ïðè ïîíèæåííîì íàïðÿæåíèè ïðåäîòâðàùàåò ïîâðåæäåíèå áàòàðåè èç-çà ãëóáîêîãî ðàçðÿäà. Áëîêèðîâêà ïðè ïîâûøåííîì íàïðÿæåíèè (overvoltage lockout, OVLO) çàùèùàåò ñèñòåìó îò êàòàñòðîôè÷åñêè âûñîêèõ íàïðÿæåíèé ïèòàíèÿ. Ïîñêîëüêó ïîðîãè ïîíèæåííîãî è ïîâûøåííîãî íàïðÿæåíèÿ çàâèñÿò

42

îò äîïóñòèìîãî ðàáî÷åãî äèàïàçîíà ñèñòåìû, äëÿ óñòàíîâêè ðàçëè÷íûõ ïîëüçîâàòåëüñêèõ ïîðîãîâ ïðè îäíîé è òîé æå ñõåìå óïðàâëåíèÿ èñïîëüçóþòñÿ ðåçèñòèâíûå äåëèòåëè. Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ïëàâíîé è áåçäðåáåçãîâîé áëîêèðîâêè, äàæå ïðè íàëè÷èè øóìîâ èëè ñîïðîòèâëåíèÿ èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ, ïîðîãè äîëæíû èìåòü ãèñòåðåçèñ. Ïîñëå îáñóæäåíèÿ ïðîñòîé ñõåìû UVLO/OVLO â ýòîé ñòàòüå áóäóò ïðåäñòàâëåíû íåñêîëüêî ïðîñòûõ ìåòîäîâ äîáàâëåíèÿ ãèñòåðåçèñà ïîðîãîâ, ÷òî áûâàåò íåîáõîäèìî, êîãäà çíà÷åíèÿ ïî óìîë÷àíèþ íå ñîîòâåòñòâóþò òðåáîâàíèÿì ïðèëîæåíèÿ.

Ñõåìû áëîêèðîâêè ïðè ïîíèæåííîì è ïîâûøåííîì íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíà ñõåìà áëîêèðîâêè ïðè ïîíèæåííîì íàïðÿæåíèè (ïîêà áåç ãèñòåðåçèñà). Îíà èìååò êîìïàðàòîð ñ ïîëîæèòåëüíûì îïîðíûì íàïðÿæåíèåì (VT) íà èíâåðòèðóþùåì âõîäå. Êîìïàðàòîð óïðàâëÿåò ñèëîâûì ïåðåêëþ÷àòåëåì, êîòîðûé çàìûêàåò èëè ðàçìûêàåò ïóòü ìåæäó âõîäîì èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ è ïîñëåäóþùèìè öåïÿìè ýëåêòðîííîé ñèñòåìû. Íåèíâåðòèðóþùèé âõîä êîìïàðàòîðà ïîäêëþ÷åí ê ðåçèñòèâíîìó äåëèòåëþ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Êîãäà ïèòàíèå âêëþ÷åíî, è íàïðÿæåíèå íà÷èíàåò íàðàñòàòü îò 0 Â, óðîâåíü ñèãíàëà íà âûõîäå êîìïàðàòîðà èçíà÷àëüíî íèçêèé, è êëþ÷ îñòàåòñÿ ðàçîìêíóòûì. Ïåðåêëþ÷åíèå êîìïàðàòîðà

ÑÒÀÒÜÈ

Èñòî÷íèê ïèòàíèÿ

Ðåçèñòèâíûé äåëèòåëü

Ñèñòåìà

Èñòî÷íèê ïèòàíèÿ

Óïðàâëåíèå ñèëîâûì êëþ÷îì

RT

UV

RT UV RB

Ñèñòåìà

UVLO = VT ×

RB + RT RB

RM

VT

VT

Êîìïàðàòîð OV

Ðèñóíîê 1. Ñõåìà áëîêèðîâêè ïðè ïîíèæåííîì íàïðÿæåíèè èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ, â êîòîðîé èñïîëüçóþòñÿ ðåçèñòèâíûé äåëèòåëü, êîìïàðàòîð è ñèëîâîé êîììóòàòîð.

ïðîèñõîäèò, êîãäà íàïðÿæåíèå íà åãî íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå äîñòèãàåò VT.  ýòîò ìîìåíò òîê â íèæíåì ðåçèñòîðå ðàâåí VT/RB. Òîò æå òîê ïðîòåêàåò è ÷åðåç RT, åñëè êîìïàðàòîð íå èìååò âõîäíîãî òîêà ñìåùåíèÿ. Ïîýòîìó íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ â ìîìåíò ñðàáàòûâàíèÿ êîìïàðàòîðà ðàâíî

VT + R T ´

VT R + RT = VT ´ B .

RB RB

Ýòî ïîðîã UVLO, óñòàíîâëåííûé ðåçèñòèâíûì äåëèòåëåì. Íàïðèìåð, ïðè VT = 1  è RT = 10 × RB ïîðîã UVLO áóäåò ðàâåí 11 Â. Ïðè íàïðÿæåíèÿõ ïèòàíèÿ, ìåíüøèõ ýòîãî ïîðîãà, óðîâåíü âûõîäíîãî ñèãíàëà êîìïàðàòîðà îñòàåòñÿ íèçêèì, è ñèëîâîé êëþ÷ çàêðûò; âûøå ïîðîãà UVLO êëþ÷ çàìêíóò, è ÷åðåç íåãî èäåò òîê ïèòàíèÿ ñèñòåìû. Ïîðîã ìîæíî ëåãêî íàñòðîèòü, èçìåíèâ ñîîòíîøåíèå ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ RB è RT. Àáñîëþòíûå çíà÷åíèÿ ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ îïðåäåëÿþòñÿ âåëè÷èíîé òîêà, ðàçðåøåííîãî äëÿ äåëèòåëÿ (ïîäðîáíåå îá ýòîì ïîçæå). ×òîáû óñòàíîâèòü ïîðîã OVLO, íóæíî ïðîñòî ïîìåíÿòü ìåñòàìè äâà âõîäà êîìïàðàòîðà (íàïðèìåð, ñì. íèæíèé êîìïàðàòîð íà Ðèñóíêå 2) òàê, ÷òîáû âõîä ñ áîëåå âûñîêèì íàïðÿæåíèåì óñòàíîâèë íèçêèé óðîâåíü íà âûõîäå êîìïàðàòîðà è ðàçîìêíóë ïåðåêëþ÷àòåëü. Õîòÿ ýòî è íå ÿâëÿåòñÿ ïðåäìåòîì âíèìàíèÿ äàííîé ñòàòüè, çàìåòèì, ÷òî êîììóòàòîð ìîæåò áûòü ðåàëèçîâàí íà N- èëè Pêàíàëüíîì ìîùíîì MOSFET. Ïðåäøåñòâóþùåå îáñóæäåíèå îñíîâûâàëîñü íà ïðåäïîëîæåíèè, ÷òî êëþ÷ íà N-êàíàëüíîì MOSFET ðàçìûêàåòñÿ (âûñîêîå ñîïðîòèâëåíèå), êîãäà íàïðÿæåíèå íà åãî çàòâîðå ñòàíîâèòñÿ íèç-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

UVLO = VT ×

RB + R M + R T RB + RM

OVLO = VT ×

RB + RM + RT RB

RB

Ðèñóíîê 2. Ñõåìà áëîêèðîâêè ïðè ïîíèæåííîì è ïîâûøåííîì íàïðÿæåíèè, èñïîëüçóþùàÿ îáùèé ðåçèñòèâíûé äåëèòåëü.

êèì (íàïðèìåð, 0 Â).×òîáû ïîëíîñòüþ çàìêíóòü N-êàíàëüíûé MOSFET (íèçêîå ñîïðîòèâëåíèå), íàïðÿæåíèå íà åãî çàòâîðå äîëæíî áûòü âûøå íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ õîòÿ áû íà âåëè÷èíó ïîðîãîâîãî íàïðÿæåíèÿ, ÷òî òðåáóåò èñïîëüçîâàíèÿ çàðÿäîâîãî íàñîñà. Êîíòðîëëåðû çàùèòû, òàêèå êàê LTC4365, LTC4367 è LTC4368, ñîäåðæàò êîìïàðàòîðû è çàðÿäîâûå íàñîñû äëÿ óïðàâëåíèÿ Nêàíàëüíûìè MOSFET è ïðè ýòîì èìåþò íèçêèé òîê ïîêîÿ. P-êàíàëüíûå MOSFET íå íóæäàþòñÿ â çàðÿäîâûõ íàñîñàõ, íî ïîëÿðíîñòü íàïðÿæåíèÿ çàòâîðà ìåíÿåòñÿ íà ïðîòèâîïîëîæíóþ; òî åñòü ïðè íèçêîì íàïðÿæåíèè êëþ÷ çàìûêàåòñÿ, à ïðè âûñîêîì – ðàçìûêàåòñÿ. Âåðíåìñÿ ê ðåçèñòèâíûì äåëèòåëÿì. Öåïî÷êà èç òðåõ ðåçèñòîðîâ óñòàíàâëèâàåò ïîðîãè áëîêèðîâêè êàê ïðè ïîíèæåííîì, òàê è ïðè ïîâûøåííîì íàïðÿæåíèè (Ðèñóíîê 2), ñîêðàùàÿ ñóììàðíûé òîê äåëèòåëåé ïî ñðàâíåíèþ ñ âàðèàíòîì èñïîëüçîâàíèÿ äâóõ îòäåëüíûõ öåïî÷åê èç äâóõ ðåçèñòîðîâ. Ïîðîã UVLO ðàâåí

VT ´

RB + RM + R T , RB + RM

à ïîðîã OVLO ðàâåí

VT ´

RB + RM + R T .

RB

Ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò «È» îáúåäèíÿåò âûõîäíûå ñèãíàëû äâóõ êîìïàðàòîðîâ, ïðåæäå ÷åì ïîäàòü èõ íà ìîùíûé êëþ÷. Ñëåäî-

43

âàòåëüíî, ñèëîâîé êëþ÷ çàìûêàåòñÿ è ïèòàåò ñèñòåìó, êîãäà âõîäíîå íàïðÿæåíèå íàõîäèòñÿ ìåæäó ïîðîãàìè ïîíèæåííîãî è ïîâûøåííîãî íàïðÿæåíèÿ; â ïðîòèâíîì ñëó÷àå âûêëþ÷àòåëü ðàçîìêíóò, è ïèòàíèå ñèñòåìû îòêëþ÷åíî. Åñëè âåëè÷èíà òîêà, ïîòðåáëÿåìîãî äåëèòåëåì, íå èìååò ïåðâîñòåïåííîãî çíà÷åíèÿ, áóëüøóþ ãèáêîñòü â íåçàâèñèìîé óñòàíîâêå êàæäîãî ïîðîãà îáåñïå÷èâàþò îòäåëüíûå äåëèòåëè äëÿ ïîíèæåííîãî è ïîâûøåííîãî íàïðÿæåíèÿ.

Áëîêèðîâêè ïðè ïîíèæåííîì è ïîâûøåííîì íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ ñ ãèñòåðåçèñîì Åñëè â ñõåìå íà Ðèñóíêå 1 íàïðÿæåíèå èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ íàðàñòàåò ìåäëåííî è çàøóìëåíî, èëè èñòî÷íèê ïèòàíèÿ èìååò âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå (êàê â áàòàðåå), èç-çà êîòîðîãî íàïðÿæåíèÿ ïàäàåò ñ óâåëè÷åíèåì òîêà íàãðóçêè, ïðè ïåðåñå÷åíèè âõîäíûì íàïðÿæåíèåì ïîðîãà UVLO óðîâåíü âûõîäíîãî ñèãíàëà êîìïàðàòîðà áóäåò ìíîãîêðàòíî ïåðåêëþ÷àòüñÿ ìåæäó âûñîêèìè è íèçêèìè çíà÷åíèÿìè. Ýòî ïðîèñõîäèò ïîòîìó, ÷òî íàïðÿæåíèå íà íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå êîìïàðàòîðà ìíîãîêðàòíî ïîäíèìàåòñÿ âûøå è íèæå ïîðîãà VT èç-çà âõîäíûõ ïîìåõ èëè ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà âíóòðåííåì ñîïðîòèâëåíèè èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ èç-çà òîêà íàãðóçêè.  ñõåìàõ ñ áàòàðåéíûì ïèòàíèåì òàêèå êîëåáàíèÿ ìîãóò áûòü áåñêîíå÷íûìè. Èñïîëüçîâàíèå êîìïàðàòîðà ñ ãèñòåðåçèñîì óñòðàíÿåò ýòîò äðåáåçã, äåëàÿ ïåðåêëþ÷åíèå áîëåå ïëàâíûì. Êàê ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 3, ïîðîãè

ãèñòåðåçèñíîãî êîìïàðàòîðà ðàçëè÷íû äëÿ íàðàñòàþùåãî âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ (íàïðèìåð, VT + 100 ìÂ) è äëÿ ñïàäàþùåãî (íàïðèìåð, VT – 100 ìÂ). Ãèñòåðåçèñ íà óðîâíå âõîäà êîìïàðàòîðà ìàñøòàáèðóåòñÿ ðåçèñòîðàìè RB è RT äî

200 ì ´

RB + R T RB

íà óðîâíå èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ. Åñëè ïîìåõè èëè ïðîâàëû íàïðÿæåíèÿ èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ ìåíüøå ýòîãî ãèñòåðåçèñà, äðåáåçã áóäåò óñòðàíåí. Ñóùåñòâóþò ñïîñîáû äîáàâëåíèÿ èëè óâåëè÷åíèÿ ãèñòåðåçèñà, åñëè ñîáñòâåííûé ãèñòåðåçèñ êîìïàðàòîðà îòñóòñòâóåò èëè íåäîñòàòî÷åí. Âñå ýòè ìåòîäû îñíîâàíû íà èñïîëüçîâàíèè ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè, ïîäêëþ÷åííîé ê ñðåäíåé òî÷êå äåëèòåëÿ.  ðåçóëüòàòå, íàïðèìåð, ïðè íàðàñòàíèè âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ïîðîã ñðàáàòûâàíèÿ êîìïàðàòîðà âûøå, ÷åì ïðè ñïàäå. Äëÿ ïðîñòîòû áóäåì ñ÷èòàòü, ÷òî ïîñëåäóþùèå ôîðìóëû îòíîñÿòñÿ ê êîìïàðàòîðó, íå èìåþùåìó âíóòðåííåãî ãèñòåðåçèñà.

Ðåçèñòîð ìåæäó äåëèòåëåì è âûõîäîì (Ðèñóíîê 3) Äîáàâèì ðåçèñòîð RH ìåæäó ñðåäíåé òî÷êîé äåëèòåëÿ (íåèíâåðòèðóþùèì âõîäîì êîìïàðàòîðà) è âûõîäîì êîììóòàòîðà ïèòàíèÿ. Êîãäà íàïðÿæåíèå èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ íà÷èíàåò âîçðàñòàòü îò 0 Â, íàïðÿæåíèå íà íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå êîìïàðàòîðà íèæå îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ VT, óðîâåíü âûõîäíîãî

Èñòî÷íèê ïèòàíèÿ

Ñèñòåìà

RT VT

UV

Âûõîä êîìïàðàòîðà

Ñèëîâîé êëþ÷

0 RB

RH

Ãèñòåðåçèñ

Êëþ÷ çàìêíóò Êëþ÷ ðàçîìêíóò

Âõîä ïèòàíèÿ Ñïàä Íàðàñòàíèå Ïîðîãè

Ðèñóíîê 3. Äîáàâëåíèå ãèñòåðåçèñà ê ïîðîãó áëîêèðîâêè ïðè ïîíèæåííîì íàïðÿæåíèè ñ ïîìîùüþ ðåçèñòîðà, ñîåäèíÿþùåãî ñðåäíþþ òî÷êó äåëèòåëÿ ñ âûõîäîì êîììóòàòîðà

44

ÑÒÀÒÜÈ

ñèãíàëà êîìïàðàòîðà íèçêèé, è êîììóòàòîð ïèòàíèÿ ðàçîìêíóò. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî íàïðÿæåíèå íà âûõîäå êîììóòàòîðà ðàâíî 0  èççà ïîäêëþ÷åííîé ñèñòåìíîé íàãðóçêè. Òîãäà ïðè ðàñ÷åòå âõîäíîãî ïîðîãà ðåçèñòîðû RH è RB ìîæíî ñ÷èòàòü âêëþ÷åííûìè ïàðàëëåëüíî. Ïîðîã UVLO äëÿ íàðàñòàþùåãî âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ðàâåí

VT ´

( RB || RH ) + R T , RB || RH

ãäå

RB || RH =

RBRH .

RB + RH

òàþùåãî èëè ñïàäàþùåãî âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Âñïîìíèì ïðèìåð íà Ðèñóíêå 1, â êîòîðîì VT = 1  è RT = 10 × RB, ãäå ïîðîãè êàê äëÿ íàðàñòàþùåãî, òàê è äëÿ ñïàäàþùåãî âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ïðè îòñóòñòâèè ãèñòåðåçèñà êîìïàðàòîðà èëè ðåçèñòîðà RH ðàâíû 11 Â. Äîáàâëåíèå RH = 100 × RB, êàê ýòî ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 3, äàåò ïîðîã 11.1  äëÿ íàðàñòàþùåãî íàïðÿæåíèÿ è 10.09  äëÿ ñïàäàþùåãî, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ãèñòåðåçèñó 1.01 Â. Ýòîò ìåòîä íå ðàáîòàåò äëÿ OVLO, ïîñêîëüêó íàðàñòàþùåå âõîäíîå íàïðÿæåíèå ðàçìûêàåò ñèëîâîé êëþ÷, èç-çà ÷åãî RH ïîäòÿãèâàåò âõîä êîìïàðàòîðà ê çåìëå (è êîìïàðàòîð ñíîâà çàìûêàåò ïåðåêëþ÷àòåëü), à íå ê âûñîêîìó óðîâíþ.

Ïîäêëþ÷åíèå ðåçèñòîðà (Ðèñóíîê 4) Êëþ÷ çàìûêàåòñÿ âûøå ýòîãî ïîðîãà, ïîäêëþ÷àÿ èñòî÷íèê ïèòàíèÿ ê ñèñòåìå. Àíàëîãè÷íî, ïðè âû÷èñëåíèè ïîðîãà UVLO äëÿ ñïàäà âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ áóäåì ñ÷èòàòü âêëþ÷åííûìè ïàðàëëåëüíî ðåçèñòîðû RH è RT, ïîñêîëüêó â ýòîì ñëó÷àå êîììóòàòîð ïèòàíèÿ çàìêíóò, è ïîðîã ðàâåí:

VT ´

RB + ( R T || RH ) , RB

ãäå

R T || RH =

R TR H .

R T + RH

Åñëè ñàì êîìïàðàòîð èìååò íåêîòîðûé ãèñòåðåçèñ, VT â ïðåäûäóùèõ ôîðìóëàõ ñëåäóåò çàìåíèòü íà çíà÷åíèå ïîðîãà äëÿ íàðàñ-

VT ´

( RB || RH ) + R T .

RB || RH VIN

VIN

RT

Äðóãîé ìåòîä äîáàâëåíèÿ ãèñòåðåçèñà çàêëþ÷àåòñÿ â ïîäêëþ÷åíèè ðåçèñòîðà, êîòîðûé èçìåíÿåò ôàêòè÷åñêóþ âåëè÷èíó ñîïðîòèâëåíèÿ íèæíåãî ïëå÷à äåëèòåëÿ. Ýòîò ðåçèñòîð ìîæåò ïîäêëþ÷àòüñÿ ïàðàëëåëüíî (Ðèñóíîê 4à) èëè ïîñëåäîâàòåëüíî (Ðèñóíîê 4á). Ðàññìîòðèì Ðèñóíîê 4a. Êîãäà âõîäíîå íàïðÿæåíèå VIN íèçêîå, ñêàæåì, 0 Â, óðîâåíü âûõîäíîãî ñèãíàëà êîìïàðàòîðà (â óçëå UV èëè OV) âûñîêèé, è N-êàíàëüíûé MOSFET M1 îòêðûâàåòñÿ, ïîäêëþ÷àÿ RH ïàðàëëåëüíî ñ RB. Áóäåì ñ÷èòàòü, ÷òî ñîïðîòèâëåíèå M1 â îòêðûòîì ñîñòîÿíèè ëèáî íåçíà÷èòåëüíî ïî ñðàâíåíèþ ñ RH, ëèáî âêëþ÷åíî â çíà÷åíèå RH. Ïîðîã äëÿ íàðàñòàþùåãî íàïðÿæåíèÿ áóäåò òàêîé æå, êàê â ñõåìå íà Ðèñóíêå 3:

VT

RB

UV èëè OV

RH èëè

IH

M1

RT

UV èëè OV

RB

RH

(à)

VT

M1

(á)

Ðèñóíîê 4. Äîáàâëåíèå ãèñòåðåçèñà ê ïîðîãó áëîêèðîâêè ïðè ïîíèæåííîì èëè ïîâûøåííîì íàïðÿæåíèè ñ ïîìîùüþ ðåçèñòîðà èëè èñòî÷íèêà òîêà, ïîäêëþ÷àåìîãî ïàðàëëåëüíî (à) èëè ñ ïîìîùüþ ïîñëåäîâàòåëüíîãî ðåçèñòîðà (á).

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

45

Êàê òîëüêî VIN ïðåâûñèò ýòîò ïîðîã, óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå êîìïàðàòîðà îïóñòèòñÿ, âûêëþ÷àÿ M1 è îòðûâàÿ RH îò äåëèòåëÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, â ýòîì ñëó÷àå ïîðîã äëÿ ñïàäàþùåãî âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ òàêîé æå, êàê â ñõåìå íà Ðèñóíêå 1:

VT ´

RB + R T .

RB

Ïðîäîëæàÿ íàø ïðèìåð ñ VT = 1 Â, RT = 10 × × RB è RH = 100 × RB, ìû óâèäèì, ÷òî ïîðîã äëÿ íàðàñòàþùåãî íàïðÿæåíèÿ ðàâåí 11.1 Â, à äëÿ ñïàäàþùåãî – 11 Â, òî åñòü, ãèñòåðåçèñ ðàâåí 100 ìÂ. Ýòîò è ïîñëåäóþùèå ìåòîäû ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ áëîêèðîâêè ïðè ïîíèæåííîì èëè ïîâûøåííîì íàïðÿæåíèè, ïîñêîëüêó èõ íàçíà÷åíèå çàâèñèò îò òîãî, êàê âûõîäíîé ñèãíàë êîìïàðàòîðà âêëþ÷àåò êîììóòàòîð ïèòàíèÿ (íå ñõåìå ïîêàçàí). Äëÿ êîíôèãóðàöèè, èçîáðàæåííîé íà Ðèñóíêå 4á, ïîðîã äëÿ íàðàñòàþùåãî âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ âûðàæåíèåì

VT ´

RB + R T , RB

à ïîðîã äëÿ ñïàäà ðàâåí

VT ´

RB + RH + R T .

RB + RH

 ñõåìå íà Ðèñóíêå 4 RH = RB/10, ÷òî äàåò ïîðîã 11  ïðè íàðàñòàíèè íàïðÿæåíèÿ è 10.091  ïðè ñïàäå, òî åñòü, ãèñòåðåçèñ ðàâåí 909 ìÂ. Ýòî ïîêàçûâàåò, ÷òî êîíôèãóðàöèÿ íà Ðèñóíêå 4á ïîçâîëÿåò ïðè çíà÷èòåëüíî ìåíüøåì ñîïðîòèâëåíèè RH ïîëó÷èòü ãîðàçäî áîëüøèé ãèñòåðåçèñ.

Òîê âìåñòî ñîïðîòèâëåíèÿ Ðåçèñòîð RH â ñõåìå íà Ðèñóíêå 4à ìîæåò áûòü çàìåíåí èñòî÷íèêîì òîêà IH. Ýòîò ìåòîä èñïîëüçóåòñÿ â ïðèîðèòåòíûõ êîíòðîëëåðàõ óïðàâëåíèÿ ïèòàíèåì LTC4417 è LTC4418. Ïðè íèçêîì VIN âûñîêèé óðîâåíü íà âûõîäå êîìïàðàòîðà âêëþ÷àåò èñòî÷íèê IH. Ïðè ïåðåñå÷åíèè ïîðîãà íàðàñòàþùèì íàïðÿæåíèåì íàïðÿæåíèå íà èíâåðòèðóþùåì âõîäå êîìïàðàòîðà ðàâíî VT. Ñëåäîâàòåëüíî, òîê â RT ðàâåí

IH +

46

VT , RB

÷òî äàåò ñëåäóþùåå çíà÷åíèå ïîðîãà äëÿ íàðàñòàþùåãî íàïðÿæåíèÿ:

æ V ö R + RT VT + çç IH + T ÷÷ ´ R T = VT ´ B + IH ´ R T .

RB ø RB è Êàê òîëüêî VIN ïðåâûñèò ýòîò ïîðîã, óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå êîìïàðàòîðà ñòàíåò íèçêèì, è òîê IH îòêëþ÷èòñÿ. Ïîýòîìó ôîðìóëà ïîðîãà äëÿ ñïàäàþùåãî íàïðÿæåíèÿ èìååò òàêîé æå âèä, êàê è äëÿ ñõåìû íà Ðèñóíêå 1:

VT ´

RB + R T , RB

è ãèñòåðåçèñ âõîäíîãî ïîðîãà ðàâåí IH × RT.

Òîê ðåçèñòèâíîãî äåëèòåëÿ  ïðåäûäóùèõ ôîðìóëàõ ïðåäïîëàãàëîñü, ÷òî âõîäíîé òîê ñìåùåíèÿ âõîäà êîìïàðàòîðà ðàâåí íóëþ, è ïðè ýòîì â ïðèìåðàõ ó÷èòûâàëèñü òîëüêî îòíîøåíèÿ ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ, à íå èõ àáñîëþòíûå çíà÷åíèÿ. Íà âõîäû êîìïàðàòîðà âëèÿþò âõîäíîå íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ (VOS), ïîãðåøíîñòü îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ (êîòîðóþ ìîæíî îáúåäèíèòü ñ VOS) è âõîäíîé òîê ñìåùåíèÿ èëè óòå÷êè (ILK). Äîïóùåíèå î íóëåâîì òîêå óòå÷êè ñïðàâåäëèâî, åñëè òîê äåëèòåëÿ VT/RB â ñõåìå íà Ðèñóíêå 1 â ìîìåíò ñðàáàòûâàíèÿ íàìíîãî áîëüøå, ÷åì âõîäíîé òîê óòå÷êè. Íàïðèìåð, ïðè òîêå äåëèòåëÿ, êîòîðûé â 100 ðàç ïðåâûøàåò âõîäíîé òîê óòå÷êè, îøèáêà ïîðîãà áóäåò âñåãäà îñòàâàòüñÿ íèæå 1%. Äðóãîé ìåòîä çàêëþ÷àåòñÿ â ñðàâíåíèè ïîãðåøíîñòè ïîðîãà, îáóñëîâëåííîé óòå÷êîé, ñ ïîãðåøíîñòüþ îò íàïðÿæåíèÿ ñìåùåíèÿ. Íåèäåàëüíîñòè êîìïàðàòîðà íà Ðèñóíêå 1 èçìåíÿþò ôîðìóëó äëÿ ïîðîãà UVLO ñëåäóþùèì îáðàçîì:

( VT ± VOS ) ´

RB + R T ± ILK ´ R T RB

(àíàëîãè÷íî ïðåäûäóùåìó âûðàæåíèþ äëÿ «ãèñòåðåçèñíîãî» òîêà), êîòîðîå ìîæíî ïåðåïèñàòü êàê

æ R T ö RB + R T çç VT ± VOS ± ILK ´ RB ´ ÷´ .

RB + R T ÷ø RB è

ÑÒÀÒÜÈ

Óòå÷êà íà âõîäå ïðîÿâëÿåò ñåáÿ êàê îøèáêà ïîðîãîâîãî íàïðÿæåíèÿ êîìïàðàòîðà, è ýòà îøèáêà ìîæåò áûòü ìèíèìèçèðîâàíà ïî îòíîøåíèþ ê íàïðÿæåíèþ ñìåùåíèÿ, òî åñòü,

ILK ´ ( RB || R T ) < VOS ïóòåì ïðàâèëüíîãî âûáîðà ðåçèñòîðà. Íàïðèìåð, òîêè óòå÷êè âûâîäîâ UV è OV êîíòðîëëåðà çàùèòû îò ïîíèæåííîãî è ïîâûøåííîãî íàïðÿæåíèÿ LTC4367 ðàâíû ±10 íÀ, â òî âðåìÿ êàê íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ ïîðîãîâûõ íàïðÿæåíèé 500 ì âûâîäîâ êîìïàðàòîðà UV/OV ñîñòàâëÿåò ±7.5 ì (±1.5% îò 500 ìÂ). Çàäàâøèñü îøèáêîé ±3 ì (±0.6% îò 500 ì èëè ìåíåå ïîëîâèíû îò ñìåùåíèÿ 7.5 ìÂ), îáóñëîâëåííîé òîêàìè ñìåùåíèÿ, ïîëó÷àåì

RB || R T <

3 ì = 300 êÎì .

10 íÀ

Äëÿ óñòàíîâêè ïîðîãà áëîêèðîâêè ïðè ïîíèæåííîì íàïðÿæåíèè, ðàâíîãî 11 Â, ïðè ïîðîãîâîì óðîâíå êîìïàðàòîðà 0.5 Â íåîáõîäèìî, ÷òîáû

R T = RB ´

10.5 Â = 21´ RB .

0 .5 Â

Ïîýòîìó

RB || R T = 21´

RB < 300 êÎì , 22

÷òî äàåò RB < 315.7 êÎì. Áëèæàéøåå ñòàíäàðòíîå çíà÷åíèå RB ñ äîïóñêîì 1% ñîñòàâëÿåò 309 êÎì, îòêóäà ñëåäóåò, ÷òî ðåçèñòîð RT äîëæåí èìåòü ñîïðîòèâëåíèå 6.49 ÌÎì. Òîê äåëèòåëÿ â ìîìåíò ñðàáàòûâàíèÿ ðàâåí

0 .5  = 1.62 ìêÀ , 309 êÎì

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

÷òî â 162 ðàçà áîëüøå òîêà óòå÷êè 10 íÀ. Ýòîò âèä àíàëèçà âàæåí, êîãäà íóæíî ìèíèìèçèðîâàòü òîê äåëèòåëÿ áåç óâåëè÷åíèÿ îøèáêè ïîðîãà èç-çà âõîäíîãî òîêà óòå÷êè êîìïàðàòîðà.

Çàêëþ÷åíèå Ðåçèñòèâíûå äåëèòåëè ïîçâîëÿþò ëåãêî ðåãóëèðîâàòü ïîðîãè áëîêèðîâêè ïðè ïîíèæåííîì è ïîâûøåííîì íàïðÿæåíèè èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ ñ ïîìîùüþ îäíîé è òîé æå ñõåìû óïðàâëåíèÿ íà îñíîâå êîìïàðàòîðà. Ïîìåõè èëè âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ òðåáóþò ïîðîãîâîãî ãèñòåðåçèñà, ÷òîáû ïðåäîòâðàòèòü äðåáåçã ïðè âêëþ÷åíèè è âûêëþ÷åíèè ïèòàíèÿ, êîãäà óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ ïåðåñåêàåò ïîðîãîâîå çíà÷åíèå. Áûëè ïîêàçàíû íåñêîëüêî ðàçëè÷íûõ ñïîñîáîâ ðåàëèçàöèè ãèñòåðåçèñà áëîêèðîâêè ïðè ïîâûøåííîì è ïîíèæåííîì íàïðÿæåíèÿõ. Îñíîâíîé ïðèíöèï ñîñòîèò â òîì, ÷òîáû â ìîìåíò ñðàáàòûâàíèÿ êîìïàðàòîðà íà ñðåäíåé òî÷êå äåëèòåëÿ èìåëàñü íåêîòîðàÿ ïîëîæèòåëüíàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü. Ïðè äîáàâëåíèè èëè óâåëè÷åíèè ãèñòåðåçèñà ìèêðîñõåìû êîíòðîëëåðà çàùèòû íåêîòîðûå ìåòîäû çàâèñÿò îò íàëè÷èÿ ó ìèêðîñõåìû âûõîäà êîìïàðàòîðà èëè àíàëîãè÷íîãî ñèãíàëà. Âûáèðàÿ íîìèíàëû ðåçèñòîðîâ, ñëåäóåò ïîçàáîòèòüñÿ î òîì, ÷òîáû âõîäíûå òîêè óòå÷êè êîìïàðàòîðà íå ñòàëè îñíîâíûì èñòî÷íèêîì ïîãðåøíîñòè ïîðîãà. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Linear Technology LTC4365 2. Datasheet Analog Devices LTC4367 3. Datasheet Analog Devices LTC4368 4. Datasheet Linear Technology LTC4417 5. Datasheet Linear Technology LTC4418

47

Êîíôèãóðèðóåìàÿ ëîãèêà â AVR ìèêðîêîíòðîëëåðàõ Çóáàðåâ Ñâÿòîñëàâ, ã. Ñìîëåíñê Â ñòàòüå îïèñàíû îñíîâíûå îñîáåííîñòè ìîäóëÿ êîíôèãóðèðóåìîé ïîëüçîâàòåëüñêîé ëîãèêè (CCL) â íîâûõ ñåðèÿõ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ AVR, à òàêæå ïðèâåäåíû ïðèìåðû åãî èñïîëüçîâàíèÿ

ÑÑîâðåìåííûå òåíäåíöèè, íàïðàâëåííûå íà ïîñòîÿííîå óìåíüøåíèå ãàáàðèòîâ âñòðàèâàåìûõ ðåøåíèé, ïîáóæäàþò ïðîèçâîäèòåëåé èíòåãðèðîâàòü â ìèêðîêîíòðîëëåðû âñå áîëüøåå êîëè÷åñòâî ìîäóëåé è óçëîâ, êîòîðûå ðàíåå ðàñïîëàãàëèñü âîâíå. Ìíîãèå èç ýòèõ ìîäóëåé ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé íåçàâèñè-

ìóþ îò ÿäðà ïåðèôåðèþ (Core Independent Peripheral, CIP) è âûïîëíÿþò ñâîè çàäà÷è áåç ó÷àñòèÿ èëè êîíòðîëÿ ñî ñòîðîíû öåíòðàëüíîãî ïðîöåññîðà. Ïðèìåðàìè Core Independent Peripheral ÿâëÿþòñÿ èíòåãðèðîâàííûå âíóòðü ìèêðîêîíòðîëëåðîâ ìîäóëè PTC (Peripheral Touch

LUT0

INSEL Âíóòðåííèå ñèãíàëû Ñîáûòèÿ Âõîäû/âûõîäû Ïåðèôåðèÿ

FILTSEL

TRUTH CLKSRC LUT0-IN[2] clkccl

EDGEDET

SEQSEL

Äåòåêòîð ôðîíòà

Ôèëüòð/ñèíõðîíèçàòîð

LUT0-OUT

CLK_MUX_OUT

Sequential

ENABLE

LUT1

INSEL Âíóòðåííèå ñèãíàëû Ñîáûòèÿ Âõîäû/âûõîäû Ïåðèôåðèÿ

FILTSEL

TRUTH CLKSRC LUT1-IN[2] clkccl

Ôèëüòð/ñèíõðîíèçàòîð

EDGEDET

Äåòåêòîð ôðîíòà

LUT1-OUT

CLK_MUX_OUT ENABLE

Ðèñóíîê 1. Ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà ìîäóëÿ CCL.

48

ÑÒÀÒÜÈ

Controller), ZÑD (zero-cross detector) èëè CCL (Configurable Custom Logic). Ïîñëåäíèé, â ÷àñòíîñòè, áûë äîáàâëåí â íîâûå ìèêðîêîíòðîëëåðû êîìïàíèè Microchip: tinyAVR ñåðèè 0 è 1, megaAVR ñåðèè 0, à òàêæå AVR-DA, AVR-DB è AVR-DD. Ïðåäëàãàåìûå ñåðèè ìèêðîêîíòðîëëåðîâ ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû â øèðîêîì ñïåêòðå ïðèëîæåíèé, íà÷èíàÿ îò óñòðîéñòâ Èíòåðíåòà âåùåé (IoT) (êîíòðîëü äàò÷èêîâ, óïðàâëåíèå ñåðâîïðèâîäàìè è òàê äàëåå), è çàêàí÷èâàÿ àâòîìîáèëüíûìè ñèñòåìàìè ñ ôóíêöèåé ñåíñîðíîãî óïðàâëåíèÿ â ðåæèìå ðåàëüíîãî âðåìåíè.

CCL â ìèêðîêîíòðîëëåðàõ AVR Ìîäóëü êîíôèãóðèðóåìîé ëîãèêè CCL ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïåðèôåðèéíîå óñòðîéñòâî, êîòîðîå ïîçâîëÿåò ñîçäàâàòü ëîãè÷åñêèå ôóíêöèè â ìèêðîêîíòðîëëåðàõ áåç íåîáõîäèìîñòè èñïîëüçîâàíèÿ âíåøíèõ ëîãè÷åñêèõ êîìïîíåíòîâ. Ñàì ïî ñåáå ìîäóëü CCL íå ÿâëÿåòñÿ èííîâàöèîííûì ðåøåíèåì: îí óæå èñïîëüçîâàëñÿ â ñåðèè 32-áèòíûõ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ SAM L21, à òàêæå â êîíòðîëëåðàõ ëèíåéêè ATxmega, îäíàêî â íîâûõ ñåðèÿõ 8áèòíûõ êîíòðîëëåðîâ AVR îí, ìîæíî ñêàçàòü, îáðåë âòîðóþ æèçíü. Ìîäóëü CCL (Ðèñóíîê 1) äàåò ðàçðàáîò÷èêó äîñòóï ê ñëåäóþùåìó ôóíêöèîíàëó: ! Ëîãè÷åñêèå îïåðàöèè AND, NAND, OR, NOR, XOR, XNOR, NOT; ! Ñîñòàâíûå ëîãè÷åñêèå îïåðàöèè; ! Ïîñëåäîâàòåëüíûå ëîãè÷åñêèå îïåðàöèè: D Latch (ïî óðîâíþ), D flip-flop (ïî ôðîíòó), JK-, RS-òðèããåðû; ! Âîçìîæíîñòü ñèíõðîíèçàöèè è ôèëüòðàöèè ñèãíàëîâ; ! È ìíîãîå äðóãîå.

Òàáëèöà 1. Òàáëèöà èñòèííîñòè LUT ñ òðåìÿ âõîäíûìè îïåðàíäàìè IN[2]

IN[1]

IN[0]

OUT

0

0

0

TRUTH[0]

0

0

1

TRUTH[1]

0 0

1 1

0 1

TRUTH[2] TRUTH[3]

1 1

0 0

0 1

TRUTH[4] TRUTH[5]

1 1

1 1

0 1

TRUTH[6] TRUTH[7]

CCL âêëþ÷àåò â ñåáÿ íåñêîëüêî ìîäóëåé êîìáèíàöèîííîé ëîãèêè (LUT), êîëè÷åñòâî êîòîðûõ çàâèñèò îò ìîäåëè ìèêðîêîíòðîëëåðà, à òàêæå óçëû ðåàëèçàöèè ïîñëåäîâàòåëüíûõ ëîãè÷åñêèõ îïåðàöèé (Sequential). Êàæäûé ìîäóëü LUT, â ñâîþ î÷åðåäü, ñîäåðæèò: ! Âõîäíîé êîììóòàòîð, ! Òàáëèöó èñòèííîñòè (Truth Table), ! Îòêëþ÷àåìûé óçåë ôèëüòðàöèè è ñèíõðîíèçàöèè (Filter/Synch), ! Îòêëþ÷àåìûé äåòåêòîð ôðîíòà (Edge Detector). Ñ âõîäíûì êîììóòàòîðîì âñå áîëååìåíåå ïîíÿòíî: îí ïîçâîëÿåò ïîäêëþ÷èòü âõîä LUT ê ëèíèÿì GPIO, øèíå Events èëè ïåðèôåðèéíûì óñòðîéñòâàì – àíàëîãîâîìó êîìïàðàòîðó, òàéìåðó è òàê äàëåå. Îñòàëüíûå æå ñîñòàâëÿþùèå LUT çàñëóæèâàþò áîëåå äåòàëüíîãî ðàññìîòðåíèÿ.

Òàáëèöà èñòèííîñòè è êîìáèíàöèîííàÿ ëîãèêà Ìîäóëü êîìáèíàöèîííîé ëîãèêè (LUT) ïîçâîëÿåò ïîëüçîâàòåëþ ñîñòàâëÿòü ëîãè-

Òàáëèöà 2. Ïðèìåð îïèñàíèÿ ëîãè÷åñêèõ ôóíêöèé â òàáëèöå èñòèííîñòè LUT IN[ ]

TRUTH[0]

AND

NAND

OR

NOR

XOR

XNOR

NOT

000

TRUTH[0]

0

1

0

1

0

1

1

001

TRUTH[1]

0

1

1

0

1

0

x

010 011

TRUTH[2] TRUTH[3]

0 0

1 1

1 1

0 0

1 0

0 1

x x

100 101

TRUTH[4] TRUTH[5]

0 0

1 1

1 1

0 0

1 0

0 1

x x

110 111

TRUTH[6] TRUTH[7]

0 1

1 0

1 1

0 0

0 1

1 0

x 0

0x80

0x7F

0xFE

0x01

0x96

0x69

0x01

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

49

Òàáëèöà 3. Ïðèìåð òàáëèöû èñòèííîñòè ïðè ìàñêèðîâàíèè IN[0]

LUT TRUTH[0] TRUTH[1] TRUTH[2] TRUTH[3] TRUTH[4] TRUTH[5] TRUTH[6] TRUTH[7]

OUT LUTCTRL (ENABLE)

IN[2]

IN[1]

OUT

0

0

TRUTH[0]

0

1

TRUTH[1]

1 1

0 1

TRUTH[2] TRUTH[3]

IN[2:0]

Ðèñóíîê 2. Îáúåäèíåíèå çíà÷åíèé TRUTH[x] äëÿ îáðàçîâàíèÿ ëîãè÷åñêîãî âûðàæåíèÿ.

÷åñêèå ôóíêöèè ïðè ïîìîùè òàáëèöû èñòèííîñòè (Truth Table, Òàáëèöà 1). Äëÿ îïèñàíèÿ ëîãè÷åñêîé ôóíêöèè íåîáõîäèìî ââåñòè ïàðàìåòð, ïðåäñòàâëÿþùèé ñîáîé 8-áèòíîå ÷èñëî, â êîòîðîì êàæäûé áèò îïèñûâàåò çíà÷åíèå ëîãè÷åñêîé ôóíêöèè äëÿ âõîäíîé êîìáèíàöèè èç òðåõ îïåðàíäîâ. Çíà÷åíèÿ îïåðàíäîâ ÿâëÿþòñÿ àäðåñîì, óêàçûâàþùèì ìåñòî áèòà â ÷èñëå. Ïðèìåð îïèñà-

LUT0

Òàáëèöà 4. Ïðèìåð òàáëèöû èñòèííîñòè ïðè ìàñêèðîâàíèè IN[0] è IN [1] IN[2]

OUT

0

TRUTH[0]

0

TRUTH[1]

íèÿ ïðîñòûõ ëîãè÷åñêèõ ôóíêöèé ïðèâåäåí â Òàáëèöå 2. Ïðè îêîí÷àòåëüíîì ïîñòðîåíèè êàæäîå çíà÷åíèå TRUTH [x] áóäåò îáúåäèíåíî ñ ñîñåäíèì ïðè ïîìîùè îïåðàòîðà ÈËÈ (OR), îáðàçóÿ òåì ñàìûì çàêîí÷åííîå ëîãè÷åñêîå âûðàæåíèå (Ðèñóíîê 2).

SEQ 0 CTRL (ENABLE)

LUT1

LUT2

SEQ 1 CTRL (ENABLE)

LUT3

LUT(2n–2)

SEQ n CTRL (ENABLE)

LUT(2n–1)

Ðèñóíîê 3. Ïîñëåäîâàòåëüíîå ñîåäèíåíèå ìîäóëåé LUT.

50

ÑÒÀÒÜÈ

FILTSEL Input OUT B D

G

R

Q

A

D

G

Q

R

D

G

R

Q

D

G

Q

R

CLK_MUX_OUT CLR

Ðèñóíîê 4. Îòêëþ÷àåìûé óçåë ôèëüòðàöèè è ñèíõðîíèçàöèè (Filter/Synch).

Ñòîèò îòìåòèòü, ÷òî îïåðàíä ìîæåò áûòü «çàìàñêèðîâàí» (ïðèâÿçàí ê íèçêîìó óðîâíþ). Ïðè ìàñêèðîâàíèè òàáëèöà èñòèííîñòè ïðèíèìàåò óïðîùåííûé âèä (Òàáëèöû 3, 4). Ïîíèìàíèå òîãî, êàê íåîáõîäèìî ïðîñòàâèòü çíà÷åíèÿ â òàáëèöå èñòèííîñòè äëÿ ïîëó÷åíèÿ òðåáóåìîãî ëîãè÷åñêîãî âûðàæåíèÿ, ÿâëÿåòñÿ êëþ÷îì ê ïðàâèëüíîé íàñòðîéêå CCL-ìîäóëÿ.

Ñîåäèíåíèå íåñêîëüêèõ LUT  òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà òðåõ âõîäíûõ îïåðàíäîâ îêàçûâàåòñÿ íåäîñòàòî÷íî, à ìèêðîêîíòðîëëåð èìååò íà áîðòó íåñêîëüêî LUT, ðàçðàáîò÷èê ìîæåò ïðèáåãíóòü ê èõ ñâÿçûâàíèþ äëÿ ïîëó÷åíèÿ âîçìîæíîñòè ñîñòàâëåíèÿ áîëåå ñëîæíûõ ëîãè÷åñêèõ âûðàæåíèé. Òàê, ïðè ñâÿçûâàíèè äâóõ LUT êîëè÷åñòâî âõîäíûõ îïåðàíäîâ óâåëè÷èâàåòñÿ äî 5. Ïðè ñâÿçûâàíèè ñëåäóåò ó÷åñòü, ÷òî âîçìîæíî òîëüêî ïîñëåäîâàòåëüíîå ñîåäèíåíèå ìîäóëåé, òî åñòü âûõîä LUTn ìîæåò ñâÿçûâàòüñÿ òîëüêî ñ âõîäîì LUTn + 1, à ïîñëåäíèé LUT ìîæåò ñâÿçûâàòüñÿ òîëüêî ñ ïåðâûì LUT (Ðèñóíîê 3).

Äâóõñòóïåí÷àòûé ñèíõðîíèçàòîð, ôèëüòð è äåòåêòîð ôðîíòà Âûõîä òàáëèöû èñòèííîñòè ÿâëÿåòñÿ êîìáèíàòîðíîé ôóíêöèåé âõîäíûõ îïåðàíäîâ, ÷òî ìîæåò âûçâàòü êîðîòêèå ñáîè â ðàáîòå àëãîðèòìà ïðè èçìåíåíèè èõ çíà÷åíèÿ.  áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ ýòè ñáîè íå âûçûâàþò êàêèõ-ëèáî ïðîáëåì, íî, åñëè âûõîä LUT íàñòðîåí, íàïðèìåð, íà çàïóñê òàéìåðà, ñáîé ìîæåò âûçâàòü åãî íåæåëàòåëüíûé çàïóñê è íàðóøèòü ðàáîòó ïåðèôåðèè. Äëÿ ïîäàâëåíèÿ ñáîåâ èñïîëüçóþòñÿ ñïåöèàëüíûå êîìïîíåíòû, òàêèå êàê äâóõñòóïåí÷àòûé ñèíõðîíèçàòîð, ôèëüòð è äåòåêòîð ôðîíòà.

Äâóõñòóïåí÷àòûé ñèíõðîíèçàòîð Äâóõñòóïåí÷àòûé ñèíõðîíèçàòîð â ñîâîêóïíîñòè ñ ôèëüòðîì îáðàçóþò îòêëþ÷àåìûé óçåë ôèëüòðàöèè è ñèíõðîíèçàöèè (Filter/ Synch) (Ðèñóíîê 4). Ïðè èñïîëüçîâàíèè äàííîãî óçëà âûõîäíîé ñèãíàë òàáëèöû èñòèííîñòè ñèíõðîíèçèðóåòñÿ ñ òàêòîâûì ñèãíàëîì ìèêðîêîíòðîëëåðà è çàäåðæèâàåòñÿ íà

CLK_MUX_OUT INPUT A B OUT

Ðèñóíîê 5. Òàéìèíã äâóõñòóïåí÷àòîãî ñèíõðîíèçàòîðà â óçëå ôèëüòðàöèè è ñèíõðîíèçàöèè.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

51

CLK_MUX_OUT INPUT A B C D OUT

Ðèñóíîê 6. Òàéìèíã ôèëüòðà â óçëå ôèëüòðàöèè è ñèíõðîíèçàöèè.

âåëè÷èíó äî äâóõ òàêòîâ ïðè ñèíõðîíèçàöèè áåç ôèëüòðàöèè è äî ÷åòûðåõ òàêòîâ ïðè ñèíõðîíèçàöèè ñ ôèëüòðàöèåé. Ñáîè, âîçíèêàþùèå â LUT íà ïðîòÿæåíèè ýòèõ òàêòîâ, áóäóò îòñåÿíû (Ðèñóíîê 5).

Ôèëüòð Äëÿ ïîâûøåíèÿ âåðîÿòíîñòè îòñåèâàíèÿ ñáîåâ ñèíõðîíèçàòîð ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàí âêóïå ñ íàñòðàèâàåìûì ôèëüòðîì. Ïðè âêëþ÷åíèè ôèëüòðà âûõîäíîé ñèãíàë LUT áóäåò çàäåðæàí íà ÷åòûðå òàêòà, è ñèãíàë êîðî÷å äâóõ òàêòîâ áóäåò îòôèëüòðîâàí (Ðèñóíîê 6). Îäíàêî â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà âûõîäíîé ñèãíàë LUT èìååò âûñîêîå ñîñòîÿíèå â òå÷åíèå íåñêîëüêèõ òàêòîâ, ðàáîòà ñèñòåìû ìîæåò áûòü íàðóøåíà, òàê êàê ÷àñòü ïîëåçíîãî ñèãíàëà áóäåò îòôèëüòðîâàíà. Ôèëüòð ñëåäóåò èñïîëüçîâàòü òîëüêî òîãäà, êîãäà íå èìååò îñîáîãî çíà÷åíèÿ, áóäåò ëè çàäåðæàí èëè óêîðî÷åí âûõîäíîé ñèãíàë. Ïåðåä âêëþ÷åíèåì ôèëüòðà ðåêîìåíäóåòñÿ ïðîàíàëèçèðîâàòü ñàìûé êîðîòêèé äåéñòâèòåëüíûé ñèãíàë LUT â òåêóùåé êîíôèãóðàöèè.

Äåòåêòîð ôðîíòà Äåòåêòîð ôðîíòà (Edge Detector) ïîçâîëÿåò âûäåëèòü ôðîíò ñèãíàëà è, íàïðèìåð,

çàïóñòèòü ïðîöåññ ãåíåðàöèè èìïóëüñà ïðè îáíàðóæåíèè íàðàñòàþùåãî ôðîíòà íà âõîäå (Ðèñóíîê 7). Ïðèìåðîì èñïîëüçîâàíèÿ äåòåêòîðà ôðîíòà ìîæåò ÿâëÿòüñÿ îòïðàâêà èìïóëüñà ñ ïîìîùüþ ñèñòåìû ñîáûòèé äëÿ çàïóñêà äðóãîãî ïåðèôåðèéíîãî óñòðîéñòâà, íàïðèìåð, òàéìåðà ïðè îáíàðóæåíèè ôðîíòà ñèãíàëà îò LUT (Ðèñóíîê 8).

EDGESEL OUT Input CLK_MUX_OUT

D

QN

Q/

R

CLR

Ðèñóíîê 7. Äåòåêòîð ôðîíòà.

Ïðàêòè÷åñêîå èñïîëüçîâàíèå CCL Íàñòðîéêà ìîäóëÿ CCL â ìèêðîêîíòðîëëåðàõ AVR ìîæåò ïðîèçâîäèòüñÿ êàê ïîñðåäñòâîì çàïèñè çíà÷åíèé òàáëèöû èñòèííîñòè â ðåãèñòðû ïàìÿòè, òàê è ïðè ïîìîùè ñïåöèàëüíûõ ïðîãðàììíûõ ïàêåòîâ, ïîçâîëÿþùèõ

CLK_MUX_OUT INPUT Q/

OUT

Ðèñóíîê 8. Òàéìèíã äåòåêòîðà ôðîíòà.

52

ÑÒÀÒÜÈ

Ðèñóíîê 9. Ïðèìåð ðàáîòû â MPLAB Code Configurator.

ðàçðàáîòêè îò Microchip) èëè óñòàíîâëåí â êà÷åñòâå ïëàãèíà â MPLAB X IDE (ïîëíîôóíêöèîíàëüíàÿ èíòåãðèðîâàííàÿ ñðåäà ðàçðàáîòêè). MPLAB Code Configurator ïîäõîäèò äëÿ íàñòðîéêè øèðîêîãî ñïåêòðà ïåðèôåðèéíûõ óñòðîéñòâ è ïîääåðæèâàåò ðàáîòó ñ ìèêðîêîíòðîëëåðàìè AVR è PIC (Ðèñóíîê 9).

Atmel START – áåñïëàòíûé îíëàéíèíñòðóìåíò äëÿ ãðàôè÷åñêîãî êîíôèãóðèðîâàíèÿ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ äëÿ âñòðàèâàåìûõ ïðèëîæåíèé íà áàçå AVR è SAM (Ðèñóíîê 10). Ïðåèìóùåñòâîì Atmel START ÿâëÿåòñÿ ïðîñòîé èíòåðôåéñ è âîçìîæíîñòü ðàáîòû îíëàéí ïðàêòè÷åñêè ñ ëþáîãî óñòðîéñòâà áåç íåîáõîäèìîñòè óñòàíîâêè äîïîëíèòåëüíîãî ÏÎ. Ñðåäà Atmel START ñðåäà îòëè÷íî ïîäîéäåò äëÿ äåìîíñòðàöèè ïðèìåðîâ CCL, ïîýòîìó îñòàíîâèìñÿ íà íåé.

Ñîçäàíèå ïðîåêòà è ðåàëèçàöèÿ ïðîñòûõ ôóíêöèé

Ðèñóíîê 10. Ïðèìåð ðàáîòû â Atmel START.

Ñîçäàäèì íîâûé ïðîåêò â Atmel START è âûáåðåì ìèêðîêîíòðîëëåð, êîòîðûé ïîääåðæèâàåò CCL (Ðèñóíîê 11). Äàëåå äîáàâèì â ïðîåêò ìîäóëü CCL; äëÿ ýòîãî íàæìåì êíîïêó «Add software component» è ââåäåì â ïîèñê CCL, ïîñëå ÷åãî äîáàâèì â ïðîåêò äðàéâåð «Digital Glue Logic» (Ðèñóíêè 12, 13). Ïðîåêò ãîòîâ ê ðàáîòå, ïåðåéäåì â ðàçäåë CCL (Ðèñóíîê 14). Äëÿ ðåàëèçàöèè ïðîñòûõ ëîãè÷åñêèõ ôóíêöèé â Atmel Start ïîëüçîâàòåëþ äîñòàòî÷íî âûáðàòü íóæíóþ ôóíêöèþ â ñîîòâåòñòâóþùåé ãðàôå è ïîäêëþ÷èòü ê âûáðàííîìó áëîêó

Ðèñóíîê 11. Âûáîð ìèêðîêîíòðîëëåðà â Atmel START.

íàñòðàèâàòü CCL ÷åðåç ãðàôè÷åñêèé èíòåðôåéñ. Òàêèìè ïàêåòàìè â ÷àñòíîñòè ÿâëÿþòñÿ MPLAB Code Configurator è Atmel Start.

MPLAB Code Configurator (MCC) – ýòî áåñïëàòíûé ãðàôè÷åñêèé ïëàãèí äëÿ èíèöèàëèçàöèè ñèñòåìû, êîòîðûé òàêæå ïðåäîñòàâëÿåò äðàéâåðû äëÿ ðàáîòû ñ êîìïîíåíòàìè.

MCC ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ ÷åðåç IDE MPLAB Xpress (îáëåã÷åííàÿ îíëàéí-ñðåäà

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

Ðèñóíîê 12. Äîáàâëåíèå íîâîãî ìîäóëÿ â ïðîåêò Atmel START.

53

Ðèñóíîê 13. Äîáàâëåíèå «Digital Glue Logic» â ïðîåêò Atmel START.

Ðèñóíîê 15. Âûáîð è ïîäêëþ÷åíèå ïðîñòîé ëîãè÷åñêîé ôóíêöèè â Atmel START.

Ðèñóíîê 14. Ðàçäåë CCL ïðîåêòà Atmel START.

Ðèñóíîê 16. Ñîñòàâëåíèå ñîáñòâåííîãî ëîãè÷åñêîãî âûðàæåíèÿ â Atmel START.

LUT äîñòóïíûå âõîäû è âûõîäû (Ðèñóíîê 15). Ïðè âûáîðå ôóíêöèè âûïîëíÿåòñÿ àâòîìàòè÷åñêîå ïîñòðîåíèå òàáëèöû èñòèííîñòè â çàâèñèìîñòè îò êîëè÷åñòâà ïîäêëþ÷åííûõ âõîäîâ (êîëè÷åñòâà îïåðàíäîâ).  òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà ñòàíäàðòíûõ ôóíêöèé îêàçûâàåòñÿ íåäîñòàòî÷íî, ïîëüçîâàòåëü ìîæåò ñîçäàòü ñîáñòâåííûé áëîê ïðè ïîìîùè ëîãè÷åñêîãî âûðàæåíèÿ èëè ïîñðåäñòâîì ðåäàêòèðîâàíèÿ òàáëèöû èñòèííîñòè (Ðèñóíîê 16).

Ðàáîòà ñ ïîñëåäîâàòåëüíîé ëîãèêîé Ïîñòðîåíèå ýëåìåíòîâ ïîñëåäîâàòåëüíîé ëîãèêè òàêæå íå âûçûâàåò îñîáûõ ïðîáëåì. Äëÿ îðãàíèçàöèè òàêèõ ýëåìåíòîâ íåîáõîäèìî èñïîëüçîâàíèå íåñêîëüêèõ LUT. Â Atmel START ïðèñóòñòâóåò ñïåöèàëüíàÿ ãðàôà, ïîçâîëÿþùàÿ âûáðàòü îäèí èç ñòàíäàðòíûõ ýëåìåíòîâ ïîñëåäîâàòåëüíîé ëîãèêè (Ðèñóíîê 17).

54

Ðèñóíîê 17. Ðåàëèçàöèÿ RS-òðèããåðà â Atmel START.

Ïîäêëþ÷åíèå ê âõîäàì òðèããåðà R è S ïðîèñõîäèò ÷åðåç áëîêè LUT. Åñëè ìû íå õîòèì äîáàâëÿòü â ñõåìó êàêèõ-ëèáî äðóãèõ ëîãè-

ÑÒÀÒÜÈ

Ðèñóíîê 18. Íàñòðîéêè ñèñòåìû ñîáûòèé â Atmel START.

ôèëüòðàöèè âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ ïðèâåäåò ê íåïðåäñêàçóåìîìó ïîâåäåíèþ ÀÖÏ, ïîñêîëüêó ñèãíàë ìîæåò íåñêîëüêî ðàç ïåðåêëþ÷àòüñÿ ìåæäó âûñîêèì è íèçêèì ñîñòîÿíèåì. Åñëè ïðèëîæåíèå ÷óâñòâèòåëüíî ê äðåáåçãó, íåîáõîäèìî ðåàëèçîâàòü çàùèòó â åãî àïïàðàòíîé èëè ïðîãðàììíîé ÷àñòè. Çàùèòà îò äðåáåçãà ìîæåò îñóùåñòâëÿòüñÿ ïóòåì ôèëüòðàöèè ñèãíàëà ñ ïîìîùüþ áëîêà Filter/Synch CCL (Ðèñóíîê 18), ïîñëå ÷åãî îòôèëüòðîâàííûé ñèãíàë áóäåò èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ çàïóñêà ïðåîáðàçîâàíèÿ ÀÖÏ. Ñèãíàëû íàïðàâëÿþòñÿ ÷åðåç ñèñòåìó ñîáûòèé (Ðèñóíîê 19), è êîãäà ðåçóëüòàò ïðåîáðàçîâàíèÿ ãîòîâ, îí ïåðåäàåòñÿ ÷åðåç ìîäóëü USART. Ïðèìåð ðàññìàòðèâàåìîãî ïðîåêòà äîñòóïåí ïî ññûëêå [3].

Çàêëþ÷åíèå

Ðèñóíîê 19. Íàñòðîéêà CCL â Atmel START.

÷åñêèõ ýëåìåíòîâ, äîñòàòî÷íî äëÿ êàæäîãî LUT â òàáëèöå èñòèííîñòè óêàçàòü 0 íà âûõîäå ïðè çíà÷åíèè 0 íà âõîäå è 1 íà âûõîäå ïðè 1 íà âõîäå.

Ðåàëèçàöèÿ çàùèòû îò äðåáåçãà è èñïîëüçîâàíèå ÀÖÏ Ìîäóëü CCL â Atmel START ïîçâîëÿåò ðàáîòàòü íå òîëüêî ñî ñòàíäàðòíûìè âõîäàìè/âûõîäàìè, íî è ñèñòåìîé ñîáûòèé, RTC è UART, SPI, ÀÖÏ è äðóãèìè áëîêàìè. Ïðèìåðîì èñïîëüçîâàíèÿ ñòîðîííèõ áëîêîâ ìîæåò ñëóæèòü èíèöèèðîâàíèå ïðåîáðàçîâàíèÿ ÀÖÏ ïðè íàæàòèè íà êíîïêó. Îäíàêî èñïîëüçîâàíèå êíîïêè áåç êàêîé-ëèáî ôîðìû

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

Èñïîëüçîâàíèå ìîäóëÿ êîíôèãóðèðóåìîé ïîëüçîâàòåëüñêîé ëîãèêè (CCL) ïîçâîëÿåò óïðîñòèòü ïðîöåññ ðàçðàáîòêè âñòðàèâàåìûõ ïðèëîæåíèé çà ñ÷åò èñêëþ÷åíèÿ íåîáõîäèìîñòè èñïîëüçîâàíèÿ âíåøíèõ êîìïîíåíòîâ, à òàêæå ðàñøèðèòü âîçìîæíîñòè èõ íàñòðîéêè (â òîì ÷èñëå â ïîëåâûõ óñëîâèÿõ) áåç âíåñåíèÿ èçìåíåíèé â àïïàðàòíóþ ÷àñòü.

CCL ÿâëÿåòñÿ îòëè÷íûì ïîäñïîðüåì äëÿ áûñòðîãî ñîçäàíèÿ ïðîòîòèïîâ è ãîòîâûõ ðåøåíèé, à ñîâðåìåííûå ïðîãðàììíûå èíñòðóìåíòû îò êîìïàíèè Microchip, òàêèå êàê Atmel START è MPLAB Code Configurator åùå áîëüøå óïðîùàþò ïðîöåññ ðàáîòû, ïîçâîëÿÿ ñîçäàâàòü ðàáî÷èå ïðèëîæåíèÿ âñåãî çà íåñêîëüêî ìèíóò, â òîì ÷èñëå áåç íåîáõîäèìîñòè óñòàíîâêè êàêîãî-ëèáî ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ. ÐË

Ëèòåðàòóðà 1. Àëåêñàíäð Áåëîâ. Íîâûå ìèêðîêîíòðîëëåðû AVR îò Microchip – ïðååìíèêè Mega.

2. Íèêîëàé Àðòåìîâ. Çíàêîìñòâî ñ íîâûìè ìèêðîêîíòðîëëåðàìè SMART ARM êîìïàíèè Atmel.

3. Getting Started with Core Independent Peripherals on AVR Microcontrollers 4. Interfacing Quadrature Encoder using CCL with TCA and TCB 5. Manchester Encoder Using USART and CCL on ATtiny817

55

Ñõåìà ñíèæàåò îòðèöàòåëüíûå íàïðÿæåíèÿ íà óïðàâëÿþùåé ìèêðîñõåìå Michael Day EDN

Â

 ñèíõðîííûõ ïîíèæàþùèõ èìïóëüñíûõ èñòî÷íèêàõ ïèòàíèÿ äâà MOSFET è âûõîäíîé äðîññåëü âñòðå÷àþòñÿ â êîììóòàöèîííîì óçëå (Ðèñóíîê 1). Êîììóòàöèîííûé óçåë ÷àñòî ïîäêëþ÷àåòñÿ íåïîñðåäñòâåííî ê óïðàâëÿþùåé ìèêðîñõåìå. Íàïðÿæåíèå â ýòîì óçëå èçìåíÿåòñÿ îò çíà÷åíèÿ, ðàâíîãî âõîäíîìó íàïðÿæåíèþ, òî íåêîòîðîãî íàïðÿæåíèÿ, ìåíüøåãî óðîâíÿ çåìëè. Åñëè íàïðÿæåíèå îïóñòèòñÿ ñëèøêîì íèçêî îòíîñèòåëüíî çåìëè, ñòðóêòóðû çàùèòû îò ýëåêòðîñòàòè÷åñêèõ ðàçðÿäîâ èëè äðóãèå öåïè âíóòðè ìèêðîñõåìû óïðàâëåíèÿ ìîãóò îêàçàòüñÿ ñìåùåííûìè â ïðÿìîì íàïðàâëåíèè, ÷òî ïðèâåäåò ê ïðîòåêàíèþ òîêîâ ÷åðåç ïîäëîæêó ìèêðîñõåìû. Ñëåäñòâèåì ýòèõ íåæåëàòåëüíûõ òîêîâ ìîæåò ñòàòü íåóñòîé÷èâîå ïîâåäåíèå ìèêðîñõåìû, à ïðè îïðåäåëåííûõ óñëîâèÿõ è åå VIN

VOUT TPS5103

Ðèñóíîê 1. Íåäîñòàòêîì êëàññè÷åñêîãî ïîíèæàþùåãî ðåãóëÿòîðà ÿâëÿåòñÿ ÷ðåçìåðíîå îòðèöàòåëüíîå íàïðÿæåíèå â êîììóòàöèîííîì óçëå.

56

ïîâðåæäåíèå. Õîòÿ ïîëíîñòüþ èñêëþ÷èòü âîçíèêíîâåíèå îòðèöàòåëüíûõ íàïðÿæåíèé â êîììóòàöèîííîì óçëå íåâîçìîæíî, íåîáõîäèìî, ÷òîáû íàïðÿæåíèå íà óïðàâëÿþùåé ìèêðîñõåìå íå ñòàíîâèëîñü íàñòîëüêî îòðèöàòåëüíûì, ÷òîáû îíî íåãàòèâíî âëèÿëî íà ìèêðîñõåìó èëè ïîâðåæäàëî åå. Îñöèëëîãðàììà A íà Ðèñóíêå 2à ïîêàçûâàåò ôîðìó íàïðÿæåíèÿ â êîììóòàöèîííîì óçëå ïðè VIN = 12 Â, VOUT = 3.5  è òîêå 8 À. Êîãäà âåðõíèé MOSFET îòêðûò, âûõîäíîé òîê òå÷åò ÷åðåç íåãî è ÷åðåç äðîññåëü íà âûõîä.  ýòî âðåìÿ íàïðÿæåíèå â êîììóòàöèîííîì óçëå ðàâíî VIN. Íèæíèé MOSFET äîëæåí îñòàâàòüñÿ çàêðûòûì äî ïîëíîãî âûêëþ÷åíèÿ âåðõíåãî MOSFET. Êîãäà âåðõíèé MOSFET çàêðûâàåòñÿ, òîê íà÷èíàåò òå÷ü èç çåìëè ÷åðåç íèæíèé MOSFET è âûõîäíîé äðîññåëü. Ìåðòâîå âðåìÿ – ýòî ïðîìåæóòîê âðåìåíè ìåæäó âûêëþ÷åíèåì âåðõíåãî MOSFET è âêëþ÷åíèåì íèæíåãî MOSFET.  èíòåðâàëå ìåðòâîãî âðåìåíè òîê èäåò ÷åðåç ïàðàçèòíûé äèîä íèæíåãî MOSFET, è íàïðÿæåíèå êîììóòàöèîííîãî óçëà, â çàâèñèìîñòè îò óðîâíåé òîêà è ïàðàìåòðîâ MOSFET, ñîñòàâëÿåò ïðèáëèçèòåëüíî –1 Â. Êîãäà îòêðûâàåòñÿ íèæíèé MOSFET, òîê ïðîòåêàåò íå ÷åðåç ïàðàçèòíûé äèîä, à ÷åðåç ÌÎÏ-ñòðóêòóðó.  ýòî âðåìÿ íàïðÿæåíèå çàâèñèò îò âûõîäíîãî òîêà è ñîïðîòèâëåíèÿ MOSFET.  òå÷åíèå ìåðòâîãî âðåìåíè ñóììà îòðèöàòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ è âûáðîñîâ, îáóñëîâëåííûõ çâîíîì, ìîæåò ïðåâûñèòü ïðåäåëü-

ÑÒÀÒÜÈ

Âûêëþ÷åíèå âåðõíåãî MOSFET Âêëþ÷åíèå íèæíåãî MOSFET

D

–0.4 Â

C B D, C, B: 20 íñ 200 ìÂ

A: 1 ìêñ 5Â

–0.7 Â

–0.92 Â Ìåðòâîå âðåìÿ

Ðèñóíîê 2. Äåòàëüíîå ðàññìîòðåíèå îñöèëëîãðàìì íà èíòåðâàëå ìåðòâîãî âðåìåíè (à) ïðè òðåõ ñöåíàðèÿõ (á): ïîíèæàþùèé ðåãóëÿòîð áåç äîðàáîòîê (êðèâàÿ B), äîáàâëåíèå äèîäà Øîòòêè (êðèâàÿ C), èñïîëüçîâàíèå ïðîñòîãî ðåøåíèÿ, ïîêàçàííîãî íà Ðèñóíêå 3 (êðèâàÿ D).

íîå çíà÷åíèå, äîïóñòèìîå äëÿ ìèêðîñõåìû óïðàâëåíèÿ. Îñöèëëîãðàììà B íà Ðèñóíêå 2á ïîêàçûâàåò ôîðìó íàïðÿæåíèÿ â êîììóòàöèîííîì óçëå, êîãäà âåðõíèé MOSFET âûêëþ÷àåòñÿ. Âûõîäíîé òîê òå÷åò ÷åðåç ïàðàçèòíûé äèîä íèæíåãî MOSFET, è ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà òðàíçèñòîðå ðàâíî –0.76 Â. Ïðè çâîíå â ñõåìå íàïðÿæåíèå êîììóòàöèîííîãî óçëà ìîæåò îïóñêàòüñÿ íèæå –1 Â; à âåäü ýòî íàïðÿæåíèå, ïîäàâàåìîå íåïîñðåäñòâåííî íà óïðàâëÿþùóþ ìèêðîñõåìó. Êîãäà íèæíèé MOSFET âêëþ÷àåòñÿ, íàïðÿæåíèå ïàäàåò ïðèìåðíî äî –0.1  (8 À × 0.013 Îì). Ñèòóàöèþ ìîæåò èñïðàâèòü äîáàâëåíèå äèîäà Øîòòêè ïàðàëëåëüíî íèæíåìó òðàíçèñòîðó, íî äèîä Øîòòêè âåëèê, äîðîã è ïðè ýòîì ìàëî âëèÿåò íà íàïðÿæåíèå. Êðèâàÿ C íà ÐèñóíVIN TPS5103 OUT_U VOUT LL

OUT_D GND

Ðèñóíîê 3. Ïåðåìåùåíèå îäíîãî ðåçèñòîðà è äîáàâëåíèå ñëàáîòî÷íîãî äèîäà Øîòòêè ìèíèìèçèðóåò íàïðÿæåíèå êîììóòàöèîííîãî óçëà.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

êå 2á äåìîíñòðèðóåò ôîðìó íàïðÿæåíèÿ, âîçíèêàþùåãî ïðè äîáàâëåíèè áîëüøîãî äèîäà Øîòòêè MBRD835L â êîðïóñå D-Pak. Äèîä óìåíüøàåò íàïðÿæåíèå äî –0.6 Â. Íàïðÿæåíèå íà âûâîäå óïðàâëÿþùåé ìèêðîñõåìû ïðè çâîíå ñîñòàâëÿåò –0.7 Â. Íåáîëüøàÿ è íåäîðîãàÿ ñõåìà, ïîêàçàííàÿ íà Ðèñóíêå 3, çíà÷èòåëüíî ñíèæàåò íàïðÿæåíèå â êîììóòàöèîííîì óçëå íà âûâîäå ìèêðîñõåìû óïðàâëåíèÿ. Ðåçèñòîð èç öåïè çàòâîðà ïåðåìåùåí ê èñòîêó âåðõíåãî MOSFET. Íàáëþäåíèå çà òîêîì ìèêðîñõåìû, êîãäà îíà çàðÿæàåò è ðàçðÿæàåò åìêîñòü çàòâîðà âåðõíåãî òðàíçèñòîðà, ïîêàçûâàåò, ÷òî ïåðåìåùåíèå ðåçèñòîðà íà ðàáîòó ñõåìû íå âëèÿåò. Ê óïðàâëÿþùåé ìèêðîñõåìå ïîäêëþ÷åí äèîä Øîòòêè â êîðïóñå SOT-23 èëè SOD-123 ñ äîïóñòèìûì òîêîì 0.5 À. Êàê ìîæíî âèäåòü èç îñöèëëîãðàììû D íà Ðèñóíêå 2á, êîãäà íàïðÿæåíèå íà ïàðàçèòíîì äèîäå MOSFET äîñòèãàåò –1 Â, äèîä Øîòòêè îãðàíè÷èâàåò íàïðÿæåíèå íà ìèêðîñõåìå ïðèìåðíî äî –0.3 Â. Ïîëíûé âûõîäíîé òîê ïðîõîäèò ÷åðåç MOSFET, à ðåçèñòîð îãðàíè÷èâàåò òîê ÷åðåç äèîä Øîòòêè. Ýòî íåáîëüøîå è íåäîðîãîå ðåøåíèå ïðåäîòâðàùàåò íåïðàâèëüíóþ ðàáîòó èëè ïîâðåæäåíèå ìèêðîñõåìû, óïðàâëÿþùåé èñòî÷íèêîì ïèòàíèÿ. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments TPS5103IDB 2. Datasheet ON Semiconductor MBRD835L

57

Óâåëè÷åíèå âðåìåíè àâòîíîìíîé ðàáîòû íîñèìîé òåõíèêè è óñòðîéñòâ Èíòåðíåòà âåùåé ñ ïîìîùüþ ìàëîãàáàðèòíûõ ñèñòåì ñáîðà ýíåðãèè Bill Schweber Electronic Design

Ê

Êîìïàêòíûå ñèñòåìû ñáîðà ýíåðãèè ìîãóò ñòàòü ïðåêðàñíîé îñíîâîé äëÿ ñîçäàíèÿ âñïîìîãàòåëüíûõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ ìàëîïîòðåáëÿþùåãî ýëåêòðîííîãî îáîðóäîâàíèÿ, íàïðèìåð, íîñèìûõ óñòðîéñòâ, áåñïðîâîäíûõ óçëîâ Èíòåðíåòà âåùåé èëè äàò÷èêîâ ìåñòîïîëîæåíèÿ äâèæóùèõñÿ îáúåêòîâ. Ïðèâëåêàòåëüíîñòü ôîòîýëåìåíòîâ â êà÷åñòâå èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ îáóñëîâëåíà èõ íàäåæíîñòüþ, äîëãîâå÷íîñòüþ, îòñóòñòâèåì äâèæóùèõñÿ ÷àñòåé è ëåãêîé èíòåãðàöèåé ïðàêòè÷åñêè â ëþáîå óñòðîéñòâî. Îäíàêî íà ïðàêòèêå ñáîð ñâåòîâîé ýíåðãèè èç îêðóæàþùåé ñðåäû óñòðîéñòâàìè, íàõîäÿùèìèñÿ â ïîñòîÿííîì äâèæåíèè, îáû÷íî ñîïðÿæåí ñ ðÿäîì òðóäíîñòåé, â îñíîâíîì ñâÿçàííûõ ñ îãðàíè÷åííûì äîñòóïîì ê èñòî÷íèêàì ñâåòà, èç-çà ÷åãî ôîòîýëåìåíòû íå ìîãóò ðàáîòàòü ñ ìàêñèìàëüíîé ýôôåêòèâíîñòüþ.

58

Îäíèì èç âîçìîæíûõ âàðèàíòîâ ðåøåíèÿ ýòîé ïðîáëåìû ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ñïåöèàëèçèðîâàííûõ êîíòðîëëåðîâ ñ ôóíêöèåé îòñëåæèâàíèÿ òî÷êè ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè (Maximum Power Point Tracking, MPPT), íàïðèìåð, ìèêðîñõåìû MAX20361 ïðîèçâîäñòâà Maxim Integrated (Ðèñóíîê 1). Ïðè òàêîì ïîäõîäå îäíî- èëè ìíîãîýëåìåíòíûå ôîòîýëåêòðè÷åñêèå ÿ÷åéêè ìîæíî èñïîëüçîâàòü ñ ìàêñèìàëüíî âîçìîæíîé ýôôåêòèâíîñòüþ, ïîýòîìó îíè ñìîãóò ñòàòü äîïîëíèòåëüíûì èñòî÷íèêîì ýíåðãèè è îùóòèìî ïðîäëèòü âðåìÿ àâòîíîìíîé ðàáîòû óñòðîéñòâ ñ áàòàðåéíûì ïèòàíèåì. Ñîãëàñíî èíôîðìàöèè, ïðåäîñòàâëåííîé Maxim, ñèñòåìó ñáîðà ýíåðãèè íà îñíîâå MAX20361 ìîæíî ðàçìåñòèòü â îáúåìå, íå ïðåâûøàþùåì ïîëîâèíû îáúåìà, çàíèìàþùåãî êîíêóðèðóþùèìè ðåøåíèÿìè äðóãèõ ïðîèçâîäèòåëåé. Äîñòèæåíèå ñòîëü âûñîêîãî óðîâíÿ óäåëüíîé ìîùíîñòè ñòàëî âîçìîæíûì êàê çà ñ÷åò óìåíüøåíèÿ îáùåãî êîëè÷åñòâà êîìïîíåíòîâ, òàê è áëàãîäàðÿ èñïîëüçîâàíèþ ðàäèîýëåìåíòîâ ìåíüøåãî ðàçìåðà. Íàïðèìåð, â êà÷åñòâå íàêîïèòåëÿ ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ìîæíî èñïîëüçîâàòü äðîññåëü ñ ìèíèìàëüíîé èíäóêòèâíîñòüþ

ÑÒÀÒÜÈ

4.7µH SRC

*

LX

10µF

MAX20361

SYS

ÎÃÐÀÍÈ×ÈÒÅËÜ

1µF

SRC ÌÎÙÍÛÉ ÐÅÇÈÑÒÎÐ

VBatReg or VSysReg

(DISsrc) INT

ÏÎÂÛØÀÞÙÈÉ ÊÎÍÒÐÎËËÅÐ

ÇÀÐßÄÎÂÛÉ ÍÀÑÎÑ

10MW

VBatReChg VCC 1µF REF

ÈÑÒÎ×ÍÈÊ ÂÍÓÒÐÅÍÍÅÃÎ ÏÈÒÀÍÈß

VTEMP THM

ÊÎÍÒÐÎËËÅÐ MPPT VWAKE SDA ÌÀËÎÏÎÒÐÅÁËßÞÙÈÉ ÃÅÍÅÐÀÒÎÐ

ÖÈÔÐÎÂÀß ËÎÃÈÊÀ È ÂÂÎÄ/ÂÛÂÎÄ

SCL INT

NTC

WAKE

EN

GND

Ðèñóíîê 1. Ñèñòåìà ñáîðà ñâåòîâîé ýíåðãèè íà îñíîâå MAX20361.

4.7 ìêÃí, ðàçìåðû êîòîðîãî ìîãóò ñîñòàâëÿòü âñåãî 2 × 1.6 × 1.2 ìì. Îäíàêî íàèáîëüøàÿ âûãîäà îò èñïîëüçîâàíèÿ MAX20361 çàêëþ÷àåòñÿ â áîëüøåì êîëè÷åñòâå ñîáðàííîé ýíåðãèè. Èñïîëüçîâàíèå àäàïòèâíîãî àëãîðèòìà MPPT ïîçâîëÿåò óâåëè÷èòü ýòîò ïàðàìåòð íå ìåíåå ÷åì íà 5% ïî ñðàâíåíèþ ñ áëèæàéøèì êîíêóðèðóþùèì àíàëîãîì. Ñòîëü âûñîêàÿ ýôôåêòèâíîñòü äîñòèãàåòñÿ çà ñ÷åò ïåðèîäè÷åñêîãî àíàëèçà è îïòèìèçàöèè ðàáîòû ñèñòåìû ïî êðèòåðèþ ìàêñèìóìà âûõîäíîé ìîùíîñòè, ïðè îïðåäåëåíèè êîòîðîé èñïîëüçóþòñÿ çíà÷åíèÿ óíèêàëüíîãî ñ÷åò÷èêà êîëè÷åñòâà öèêëîâ ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ (Harvest Counter), ïðîïîðöèîíàëüíûå âûõîäíîìó òîêó ñèñòåìû. Ýòî ïîçâîëÿåò îòáèðàòü ýíåðãèþ ó ôîòîýëåìåíòîâ ñ ÊÏÄ äî 86% â äèàïàçîíå ìîùíîñòåé îò 15 ìêÂò äî 300 ìÂò (è âûøå) è ïèòàòü îñíîâíóþ ñõåìó òîêîì äî 30 ìÀ ïðè íàïðÿæåíèè 3.8 Â. Êëþ÷åâûì óçëîì ñèñòåìû ñáîðà ýíåðãèè íà îñíîâå MAX20361 ÿâëÿåòñÿ ïîâûøàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü ñ óëüòðàíèçêèì òîêîì ñîáñòâåííîãî ïîòðåáëåíèÿ (360 íÀ), ñïîñîá-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

íûé ðàáîòàòü ïðè âõîäíîì íàïðÿæåíèè, íà÷èíàÿ îò 225 ìÂ. Åãî ìàêñèìàëüíîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå è ïîðîã ïîÿâëåíèÿ ñèãíàëà WAKE, ïðîáóæäàþùåãî îñòàëüíóþ ñèñòåìó, ÿâëÿþòñÿ ïðîãðàììèðóåìûìè è ïðè íåîáõîäèìîñòè ìîãóò áûòü óñòàíîâëåíû ïîëüçîâà2 òåëåì ÷åðåç èíòåðôåéñ I C. Íàèáîëüøåå êîëè÷åñòâî ýíåðãèè èç îêðóæàþùåé ñðåäû ìîæíî ïîëó÷èòü ïðè ñîãëàñîâàíèè ïàðàìåòðîâ èñòî÷íèêà ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè, â äàííîì ñëó÷àå – ôîòîýëåìåíòà, è åå íàêîïèòåëÿ. Ìèêðîñõåìà MAX20361 îïòèìèçèðîâàíà äëÿ ðàáîòû ñ ëèòèé-èîííûìè àêêóìóëÿòîðàìè, ïîýòîìó îíà èìååò âñòðîåííûå óçëû äëÿ èõ çàðÿäà è çàùèòû. Îäíàêî áëàãîäàðÿ âîçìîæíîñòè ïðîãðàììèðîâàòü 2 ÷åðåç I C ïîðîãè îòêëþ÷åíèÿ çàðÿäíîãî óñòðîéñòâà ïðè ïåðåíàïðÿæåíèè è ïåðåãðåâå ÿ÷ååê, ýòîò êîíòðîëëåð ìîæíî èñïîëüçîâàòü êàê ñ àêêóìóëÿòîðàìè äðóãèõ òèïîâ, òàê è ñîâìåñòíî ñ èîíèñòîðàìè è «òðàäèöèîííûìè» ýëåêòðîëèòè÷åñêèìè êîíäåíñàòîðàìè. Èçó÷èòü âñå òîíêîñòè ðàáîòû ýòîé ìèêðîñõåìû ìîæíî ñ ïîìîùüþ ïîäðîáíîé 32ñòðàíè÷íîé äîêóìåíòàöèè, â êîòîðîé ïðèâå-

59

äåíû âñå òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè, ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà, íàçíà÷åíèå âûâîäîâ, îïèñàíèå ôóíêöèé, à òàêæå äåñÿòêè ãðàôèêîâ, èëëþñòðèðóþùèõ ðàáîòó ñèñòåìû â ðàçëè÷íûõ ðåæèìàõ. MAX20361 âûïóñêàþòñÿ â 12-âûâîäíûõ êîðïóñàõ WLP ñ ðàçìåðàìè 1.63 × 1.23 ìì è øàãîì âûâîäîâ 0.4 ìì. Ñòîèìîñòü îäíîé ìèêðîñõåìû íà ñàéòå ïðîèçâîäèòåëÿ ðàâíà $23.64 ïðè óñëîâèè çàêàçà íå ìåíåå 1000 ïðèáîðîâ. Äëÿ îïðåäåëåíèÿ âîçìîæíîñòåé ýòîé ìèêðîñõåìû ìîæíî ïðèîáðåñòè îöåíî÷íóþ ïëàòó MAX20361EVKIT (Ðèñóíîê 2) ñòîèìîñòüþ $57, ïîçâîëÿþùóþ çà ìèíèìàëüíîå âðåìÿ ñîçäàòü è çàïóñòèòü òåñòîâóþ óñòàíîâêó äëÿ ñáîðà ñâåòîâîé ýíåðãèè. Ïðè èñïîëüçîâàíèè MAX20361EVKIT íàñòðîéêó ñèñòåìû ìîæíî îñóùåñòâèòü ñ ïîìîùüþ ñïåöèàëèçèðîâàííîãî ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ, ïîñòàâëÿåìîãî â êîìïëåêòå íàáîðà. Äëÿ íàñòðîéêè ïëàòû åå íåîáõîäèìî ïîäêëþ÷èòü ê êîìïüþòåðó ñ ïîìîùüþ àäàïòåðà USB2PMB2, îáåñ2 ïå÷èâàþùåãî ñîãëàñîâàíèå èíòåðôåéñîâ I C è USB. Êðîìå ìèêðîñõåìû MAX20361, íà ïå÷àòíîé ïëàòå îöåíî÷íîãî êîìïëåêòà óñòàíîâëåíû âñòðîåííûé ðåãóëèðóåìûé èñòî÷íèê òîêà,

60

Ðèñóíîê 2. Âíåøíèé âèä îöåíî÷íîé ïëàòû MAX20361EVKIT.

ôîòîýëåìåíò èç ìîíîêðèñòàëëè÷åñêîãî êðåìíèÿ, èîíèñòîð, íàãðóçî÷íûé ðåçèñòîð, à òàêæå äàò÷èê âûõîäíîãî òîêà. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà, ðàçâîäêà âñåõ ÷åòûðåõ ñëîåâ ïå÷àòíîé ïëàòû ñ óêàçàíèåì ìåñòà ðàñïîëîæåíèÿ êîìïîíåíòîâ, ñïèñîê ðàäèîýëåìåíòîâ, à òàêæå ïîäðîáíîå îïèñàíèå è èíñòðóêöèè ïî èñïîëüçîâàíèþ âõîäÿò â ñîñòàâ òåõíè÷åñêîé äîêóìåíòàöèè, ïîñòàâëÿåìîé âìåñòå ñ ïëàòîé. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Maxim MAX20361

ÑÒÀÒÜÈ

Îòíîñèòåëüíî ïðîñòîé ñïîñîá ðåàëèçàöèè ïðîãðàììèðóåìîãî äðàéâåðà ñâåòîäèîäîâ Thomas Brand, Analog Devices

Ôîòî ñ ñàéòà http://www.tektonministries.org/.

Ò

Òðåáîâàíèÿ ê ýíåðãîýôôåêòèâíîñòè, óñòàíàâëèâàåìûå ðåãóëèðóþùèìè îðãàíàìè, ïîñòîÿííî óæåñòî÷àþòñÿ, ïîýòîìó ñâåòîäèîäû âñå ÷àùå èñïîëüçóþòñÿ â êà÷åñòâå ýíåðãîñáåðåãàþùèõ èñòî÷íèêîâ ñâåòà. Èõ ïðåèìóùåñòâà ïåðåä îáû÷íûìè ëàìïàìè î÷åâèäíû: îíè ïîòðåáëÿþò ìåíüøå ýíåðãèè, èìåþò áîëåå äëèòåëüíûé ñðîê ñëóæáû è äîñòóïíû â ðàçëè÷íûõ öâåòàõ. Íàïðèìåð, áëàãîäàðÿ ñâåòîäèîäàì, ñàìóþ áîëüøóþ öåðêîâü â ìèðå, áàçèëèêó Ñâÿòîãî Ïåòðà â Ðèìå, òåïåðü ìîæíî óâèäåòü â íîâîì ñâåòå. Áëàãîäàðÿ èíòåëëåêòóàëüíîé ñèñòåìå óïðàâëåíèÿ äàæå ìåëü÷àéøèå äåòàëè åãî áåñöåííûõ èíòåðüåðîâ ìîãóò áûòü ïîä÷åðêíóòû ñ ïîìîùüþ ïðåäóñòàíîâëåííûõ ñöåíàðèåâ îñâåùåíèÿ. Ïðîãðàììèðóåìûå äðàéâåðû ýòèõ öèôðîâûõ ñèñòåì óïðàâëåíèÿ ïîçâîëÿþò ïî æåëàíèþ àêòèâèðîâàòü êàæäûé ñâåòîäèîä. Íà Ðèñóíêå 1

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

ïîêàçàí ïðèìåð 3-êàíàëüíîé êîíôèãóðàöèè äðàéâåðà ñâåòîäèîäîâ. Êàæäîå èç òðåõ âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé öèôðî-àíàëîãîâîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ (ÖÀÏ), â äàííîì ñëó÷àå – AD5686 êîìïàíèè Analog Devices, óïðàâëÿåò ñâîèì ïðåîáðàçîâàòåëåì íàïðÿæåíèå-òîê, â öåïè íàãðóçêè êîòîðîãî ðàñïîëîæåí îòäåëüíûé äëÿ êàæäîãî êàíàëà ñâåòîäèîä. Âñå òðè êàñêàäà ïðåîáðàçîâàòåëåé ñäåëàíû íà îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëÿõ (ÎÓ) ADA4500-2 è ïîäêëþ÷åííûõ ê íèì MOSFET, óïðàâëÿþùèõ òîêàìè ñâåòîäèîäîâ. Òîêè ñâåòîäèîäîâ òåîðåòè÷åñêè ìîãóò äîñòèãàòü íåñêîëüêèõ àìïåð, â çàâèñèìîñòè îò íàïðÿæåíèÿ èñòî÷íèêà VS è ñîïðîòèâëåíèÿ íàãðóçêè, êîòîðîå â äàííîé ñõåìå ðàâíî 2 Îì. Òàêèì îáðàçîì, î÷åíü âàæåí âûáîð ïîäõîäÿùåãî MOSFET. Êà÷åñòâî âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé ÖÀÏ ñèëüíî çàâèñèò îò èñòî÷íèêà îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ VREF. Ñëåäóåò èñïîëüçîâàòü âûñîêîêà÷åñòâåííûé èñòî÷íèê îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ. Îäíèì èç ïðèìåðîâ òàêîãî èñòî÷íèêà ÿâëÿåòñÿ ìèêðîñõåìà ADR4520, ïîêàçàííàÿ íà Ðèñóíêå 1. Îíà îáåñïå÷èâàåò î÷åíü íèçêèé óðîâåíü øóìîâ, èñêëþ÷èòåëüíî âûñîêóþ è äîëãîâðåìåííóþ òî÷íîñòü è âûñîêóþ òåìïåðàòóðíóþ ñòàáèëüíîñòü. Èç-çà îñîáåííîñòåé âíóòðåííåé êîíñòðóêöèè ADA4500-2, êàê è äðóãèå òèïè÷íûå rail-torail óñèëèòåëè, âíîñèò îïðåäåëåííóþ íåëèíåéíîñòü è èñêàæåíèÿ òèïà «ñòóïåíüêà» Èõ

61

3.3 V

IN 1 µF

0.1 µF

VS

VREF 3.3 V

ADR4520

LED

OUT GND

1 µF

VREF VDD VOUTA

–

ADA4500-2 W 1 kW

+

1 nF W 1 kW

AD5686

2 µF

2W

VS LED

CS VOUTB

SCLK MOSI SYNC

–

ADA4500-2 W 1 kW

+

1 nF W 1 kW

2 µF

2W

VS LED

VOUTC GND1

–

ADA4500-2 W 1 kW

+

1 nF W 1 kW

2 µF

2W

Ðèñóíîê 1. Óïðîùåííàÿ ñõåìà äðàéâåðà äëÿ óïðàâëåíèÿ òðåìÿ îòäåëüíûìè ñâåòîäèîäàìè.

âõîäíûå êàñêàäû ñîñòîÿò èç äâóõ äèôôåðåíöèàëüíûõ òðàíçèñòîðíûõ ïàð, ñîåäèíåííûõ ïàðàëëåëüíî: êàñêàäà íà p-n-p òðàíçèñòîðàõ (Q1 è Q2) è íà n-p-n òðàíçèñòîðàõ (Q3 è Q4), êàê ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 2.  çàâèñèìîñòè îò ïðèëîæåííîãî ñèíôàçíîãî íàïðÿæåíèÿ äâå âõîäíûå ïàðû âíîñÿò ðàçíûå íàïðÿæåíèÿ ñìåùåíèÿ è òîêè ñìåùåíèÿ. Åñëè íà âõîä óñèëèòåëÿ ïîäàåòñÿ ñèíôàçíîå íàïðÿæåíèå, îòëè÷àþùååñÿ îò îòðèöàòåëüíîãî èëè ïîëîæèòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ VS ìåíåå ÷åì íà 0.7 Â, òî àêòèâåí áóäåò òîëüêî îäèí èç äâóõ âõîäíûõ êàñêàäîâ.  ýòîì ñëó÷àå èñòî÷íèêîì îøèáêè (íàïðÿæåíèÿ ñìåùåíèÿ è òîêà ñìåùåíèÿ) áóäåò òîëüêî îäèí ñîîòâåòñòâóþùèé àêòèâíûé êàñêàä. Åñëè æå íàïðÿæåíèå ïîäíèìåòñÿ äî 0.8 Â, áóäóò àêòèâíû îáà âõîäíûõ êàñêàäà. Òîãäà íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ ìîæåò ðåçêî èçìåíèòüñÿ, ÷òî ïðèâåäåò ê òàê íàçûâàåìûì «èñêàæåíèÿì òèïà ñòóïåíüêà» è íåëèíåéíîñòè.  îòëè÷èå îò ýòîãî, ADA4500-2 èìååò íà âõîäíîé ñòîðîíå âñòðîåííûé çàðÿäîâûé íàñîñ, ÷òî ïîçâîëÿåò îõâàòèòü äèàïàçîí âõîä-

62

íûõ ñèãíàëîâ îò îäíîé øèíû ïèòàíèÿ äî äðóãîé áåç èñïîëüçîâàíèÿ âòîðîé äèôôåðåíöèàëüíîé ïàðû è, òàêèì îáðàçîì, èçáåæàòü ñòóïåí÷àòûõ èñêàæåíèé. Äðóãèìè ïðåèìóùåñòâàìè ADA4500-2 ÿâëÿþòñÿ íèçêèå ñîñòàâëÿþùèå íàïðÿæåíèÿ ñìåùåíèÿ, òîêà ñìåùåíèÿ è øóìîâ.  òàêèõ ñõåìàõ âàæíî îáðàùàòü âíèìàíèå íà èíäóêòèâíîñòü â öåïè íàãðóçêè, èñòî÷íèêîì êîòîðîé ìîãóò áûòü ëèíèè ïîäêëþ÷åíèÿ ñâåòîäèîäîâ. Äëèíà ïðîâîäîâ ÷àñòî äîñòèãàåò íåñêîëüêèõ ìåòðîâ, ÷òî ïðè îòñóòñòâèè ïðàâèëüíîé êîìïåíñàöèè ìîæåò âûçâàòü íåæåëàòåëüíóþ ãåíåðàöèþ.  ýòîé ñõåìå êîìïåíñàöèÿ ðåàëèçóåòñÿ ñ ïîìîùüþ îáðàòíîé ñâÿçè, êîòîðàÿ âîçâðàùàåò çíà÷åíèå òîêà, èçìåðåííîå øóíòèðóþùèì ðåçèñòîðîì, íà âõîä ÎÓ. Íîìèíàëû ðåçèñòîðîâ è êîíäåíñàòîðîâ, ïîäêëþ÷åííûõ ê ADA4500-2, ñëåäóåò ïîäîáðàòü â ñîîòâåòñòâèè ñ ôàêòè÷åñêèì çíà÷åíèåì èíäóêòèâíîñòè. Ñ ïîìîùüþ ñõåìû, ïîêàçàííîé íà Ðèñóíêå 1, îòíîñèòåëüíî ëåãêî ðåàëèçóåòñÿ ìíîãîêàíàëüíûé äðàéâåð ñâåòîäèîäîâ, êîòîðûé ñ

ÑÒÀÒÜÈ

òèðîâàòü êîíñòðóêöèþ óñòðîéñòâà ê êîíêðåòíûì òðåáîâàíèÿì ïðèëîæåíèÿ.

+VS

Çàêëþ÷åíèå I1

… …

Q1 Q3

Q4

Q2

+IN

…

–IN

OUT

… …

I2

–VS

Ðèñóíîê 2. Óïðîùåííàÿ ñõåìà âõîäíîãî êàñêàäà rail-to-rail îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ íà áèïîëÿðíûõ òðàíçèñòîðàõ.

ïîìîùüþ ÖÀÏ ìîæíî çàïðîãðàììèðîâàòü äëÿ òî÷íîãî óïðàâëåíèÿ îñâåùåíèåì. Îäíàêî äëÿ ïðàâèëüíîé ðàáîòû ñõåìû âàæíî àäàï-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

Îïèñàííàÿ â ýòîé ñòàòüå ñõåìà äåìîíñòðèðóåò îòíîñèòåëüíî ïðîñòîé ñïîñîá ñîçäàíèÿ ïðîãðàììèðóåìîãî äðàéâåðà ñâåòîäèîäîâ, èäåàëüíî ïîäõîäÿùåãî äëÿ ïðèëîæåíèé òî÷íîãî óïðàâëåíèÿ îñâåùåíèåì, òðåáóþùèõ êîìïàêòíîãî, ìàñøòàáèðóåìîãî, íå òðåáîâàòåëüíîãî ê âõîäíîìó íàïðÿæåíèþ è âûñîêîëèíåéíîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ. Îäíàêî ðàçìåðû è êîíñòðóêöèÿ ïëàòû äîëæíû áûòü àäàïòèðîâàíû ê òðåáîâàíèÿì ïðèëîæåíèÿ, ÷òîáû èçáåæàòü íåêîððåêòíîé ðàáîòû ñõåìû èç-çà íàëè÷èÿ èíäóêòèâíîñòè ïðîâîäîâ è ïàðàçèòíîé èíäóêòèâíîñòè. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices AD5686 2. Datasheet Analog Devices ADA4500-2 3. Datasheet Analog Devices ADR4520

63

 äèôôåðåíöèàëüíîì óñèëèòåëå èñïîëüçóþòñÿ öèôðîâûå ïîòåíöèîìåòðû Reza Moghimi EDN

È

Èíîãäà òðåáóåòñÿ èçìåðèòü ñëàáûé ñèãíàë íà ôîíå áîëüøîãî ñèíôàçíîãî ñèãíàëà. Øèðîêîå ïðèìåíåíèå â òàêèõ ïðèëîæåíèÿõ íàõîäÿò òðàäèöèîííûå èíñòðóìåíòàëüíûå óñèëèòåëè, âíóòðåííÿÿ ñòðóêòóðà êîòîðûõ îñíîâàíà íà äâóõ èëè òðåõ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëÿõ. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 ïðåäñòàâëÿåò àëüòåðíàòèâíûé ïîäõîä, êîòîðûé ìîæåò áûòü ïîëåçåí, êîãäà íèçêàÿ ñòîèìîñòü è íèçêèé äðåéô âàæíåå âûñîêîé òî÷íîñòè. Èñïîëüçîâàííàÿ â ñõåìå ìèêðîñõåìà IC1 ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé öèôðîâîé ïîòåíöèîìåòð AD5235 ñ ýíåðãîíåçàâèñèìîé ïàìÿòüþ, èìåþVCC

IC1A ½AD5235 A W2 B

V1

3

+

V+

IC2 AD8628 2

–

1

VOUT

ùèé 1024 ïîëîæåíèÿ äâèæêà. Êðîìå òîãî, èñïîëüçîâàíà ìèêðîñõåìà óñèëèòåëÿ ñ àâòîïîäñòðîéêîé íóëÿ AD8628 (IC2), îáðàçóþùàÿ äèôôåðåíöèàëüíûé óñèëèòåëü ñ êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ 15. Âîçìîæíîñòü ïðîãðàììèðîâàíèÿ AD5235 ïîçâîëÿåò âûïîëíÿòü óñòàíîâêó è ïîäñòðîéêó óñèëåíèÿ çà îäèí øàã. Óñèëèòåëè ñ àâòîïîäñòðîéêîé íóëÿ, òàêèå êàê AD8628 è ñåìåéñòâî AD855x, ÿâëÿþòñÿ ëó÷øèì âûáîðîì äëÿ òàêèõ ïðèëîæåíèé. Îíè èìåþò âûñîêóþ òî÷íîñòü ïî ïîñòîÿííîìó òîêó è íåçíà÷èòåëüíûå âûõîäíûå îøèáêè. Äîëãîâðåìåííàÿ ñòàáèëüíîñòü óñèëèòåëåé ñ àâòîïîäñòðîéêîé íóëÿ èñêëþ÷àåò íåîáõîäèìîñòü ïîâòîðíîé êàëèáðîâêè. Ïðè ìèíèìàëüíîì êîýôôèöèåíòå ïîäàâëåíèÿ ñèíôàçíîãî ñèãíàëà óñèëèòåëåì ñ àâòîïîäñòðîéêîé íóëÿ, ðàâíîì 140 äÁ, îñíîâíûì îãðàíè÷èâàþùèì ôàêòîðîì â áîëüøèíñòâå ñõåì ÿâëÿåòñÿ ñîãëàñîâàíèå ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ. Ïåðåäàòî÷íàÿ ôóíêöèÿ ñõåìû íà Ðèñóíêå 1 îïèñûâàåòñÿ âûðàæåíèåì

V–

W1 V2

A

IC1B ½AD5235

B

Ðèñóíîê 1. Äëÿ óñòàíîâêè êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ ýòîãî íåäîðîãîãî äèôôåðåíöèàëüíîãî óñèëèòåëÿ èñïîëüçóåòñÿ öèôðîâîé ïîòåíöèîìåòð.

64

VOUT =

R W 1B 2 R W 1A 2

é æ R W 1B 2 ö ù ÷÷ ê çç1 + ú ê è R W 1A 2 ø V - V ú , 1 ê æ R W 2 A1 ö 2 ú ÷÷ ê çç1 + ú êë è R W 2B1 ø úû

(1)

ãäå R AnBn – íîìèíàëüíîå ñîïðîòèâëåíèå ìåæäó êîíöàìè ïîòåíöèîìåòðà;

ÑÒÀÒÜÈ

100 90 80 CMRR (äÁ)

RWnBn – ñîïðîòèâëåíèå ìåæäó äâèæêîì W N è âûâîäîì B: RWB = RAB × D/2 ; RWnAn – ñîïðîòèâëåíèå ìåæäó äâèæêîì W è N âûâîäîì A: RWA = RAB – RWB = RAB (1 – D/2 ); D – äåñÿòè÷íûé ýêâèâàëåíò äâîè÷íîãî ñëîâà; N – êîëè÷åñòâî áèò. Îñîáàÿ ñèòóàöèÿ âîçíèêàåò, êîãäà

70 60 50 40 30

R W 1B 2 R W 2 A1 = .

R W 1A 2 R W 2B1

20 10 100

1k

10k

100k

1M

10M

×ÀÑÒÎÒÀ (Ãö)

Âûðàæåíèå äëÿ ïåðåäàòî÷íîé ôóíêöèè òîãäà ñîêðàùàåòñÿ äî

VOUT

R W 1B 2 ( V2 - V1 ), R W 1A 2

(2)

Ìîæíî âèäåòü, ÷òî âûõîäíîé ñèãíàë ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ðàçíîñòü ñèãíàëîâ íà äâóõ âõîäàõ, óìíîæåííóþ íà êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ, çíà÷åíèå êîòîðîãî ìîæíî óñòàíîâèòü ëþáûì, âêëþ÷àÿ åäèíè÷íîå. Âûðàæåíèå (2) ñïðàâåäëèâî, ïîñêîëüêó âñå ðåçèñòîðû îáúåäèíåíû íà îäíîì êðèñòàëëå è, ñëåäîâàòåëüíî, èõ ñîïðîòèâëåíèÿ òî÷íî ñîâïàäàþò. Êîýôôèöèåíò ïîäàâëåíèÿ íèçêî÷àñòîòíîãî ñèíôàçíîãî ñèãíàëà ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 98 äÁ (Ðèñó-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

Ðèñóíîê 2. Ãðàôèê çàâèñèìîñòè êîýôôèöèåíòà ïîäàâëåíèÿ ñèíôàçíîãî ñèãíàëà (CMRR) îò ÷àñòîòû äëÿ ñõåìû Ðèñóíîê 1 äàåò çíà÷åíèå 98 äÁ.

íîê 2). Áëàãîäàðÿ òî÷íîìó ñîãëàñîâàíèþ ýëåìåíòîâ ìèêðîñõåì, òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò ñõåìû ìîæåò äîñòèãàòü 15 ppm/°C. Õîòÿ õàðàêòåðèñòèêè ñõåìû íèæå, ÷åì ó ïðåöèçèîííûõ èíñòðóìåíòàëüíûõ óñèëèòåëåé, îíà ïîäõîäèò äëÿ ìíîãèõ íåäîðîãèõ ïðèëîæåíèé. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices AD5235 2. Datasheet Analog Devices AD8628WARZ-RL

65

Ñõåìà çàùèòû ñèñòåìû îò ïåðåãðåâà Kerry Lacanette EDN

Ñ

Ñîñòîÿùàÿ èç äâóõ ìèêðîñõåì ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 îáåñïå÷èâàåò óïðàâëåíèå âåíòèëÿòîðîì, ïðåäóïðåæäåíèå î ïåðåãðåâå è ôîðìèðîâàíèå ñèãíàëîâ îòêëþ÷åíèÿ äëÿ çàùèòû ñèñòåìû îò ÷ðåçìåðíîãî ïîâûøåíèÿ

òåìïåðàòóðû. Ñõåìà êîíòðîëèðóåò òåìïåðàòóðó ïå÷àòíîé ïëàòû, à òàêæå òåìïåðàòóðó êðèñòàëëà ïðîöåññîðà, ÏËÈÑ èëè äðóãîé ìèêðîñõåìû. IC1 – ýòî äàò÷èê òåìïåðàòóðû è äðàéâåð âåíòèëÿòîðà îõëàæäåíèÿ ñ íîìèÂÅÍÒÈËßÒÎÐ 4.5 … 24  / 250 ìÀ

3.3 Â

IC1 MAX6665ASA45 FANOUT

+ TFAN

_

ÄÀÒ×ÈÊ ÒÅÌÏÅÐÀÒÓÐÛ

FANON WARN

+ TFAN 15°

_

HYST 1, 4, 8° TFAN 30°

OT

+ _

3.3 Â

10k

FORCEON 3.3 Â ÖÏ, ÏËÈÑ ÈËÈ ÑÏÅÖ. ÈÑ

IC2 MAX6512UT125

DXP 2.2 nF

DXN

ÄÀÒ×ÈÊ ÒÅÌÏÅÐÀÒÓÐÛ

+ TFAN

HYST

_

TOVER

5, 10°

Ðèñóíîê 1. Ýòà ñõåìà îáåñïå÷èâàåò óïðàâëåíèå âåíòèëÿòîðîì è çàùèòó îò ïåðåãðåâà ñèñòåì è öèôðîâûõ ìèêðîñõåì, ïîòðåáëÿþùèõ áîëüøóþ ìîùíîñòü.

66

ÑÒÀÒÜÈ

íàëüíûì ðàáî÷èì òîêîì 250 ìÀ. Ïðè íèçêîé òåìïåðàòóðå âåíòèëÿòîð îõëàæäåíèÿ âûêëþ÷åí, ÷òîáû ìèíèìèçèðîâàòü øóì è èçíîñ. Êîãäà òåìïåðàòóðà ñèñòåìû ïîâûøàåòñÿ áîëåå ÷åì äî 45 °C, çàïðîãðàììèðîâàííûé íà çàâîäå êîìïàðàòîð òåìïåðàòóðû ìèêðîñõåìû IC1 àêòèâèðóåò âûõîä óïðàâëåíèÿ âåíòèëÿòîðîì FANOUT, ïîäêëþ÷àÿ íèæíþþ êëåììó âåíòèëÿòîðà ê çåìëå. Âåíòèëÿòîð ìîæåò ðàáîòàòü ïðè íàïðÿæåíèÿõ äî 24 Â. Ïîñëå âêëþ÷åíèÿ âåíòèëÿòîðà òåìïåðàòóðà ñèñòåìû îáû÷íî ëèáî ïðîäîëæàåò ïîâûøàòüñÿ ñ ìåíüøåé ñêîðîñòüþ, ëèáî íåñêîëüêî ïàäàåò. Åñëè òåìïåðàòóðà ïàäàåò äîñòàòî÷íî ñèëüíî, âåíòèëÿòîð âûêëþ÷àåòñÿ. ×òîáû èçáåæàòü ïîñòîÿííîãî âêëþ÷åíèÿ è âûêëþ÷åíèÿ âåíòèëÿòîðà, IC1 îáåñïå÷èâàåò ãèñòåðåçèñ 1, 4 èëè 8 °C, êîòîðûé ìîæíî âûáðàòü ñ ïîìîùüþ âõîäà HYST. Ïðè íàëè÷èè ïðîáëåì îõëàæäåíèÿ, òàêèõ êàê ÷ðåçìåðíîå ðàññåèâàíèå ìîùíîñòè èëè çàáëîêèðîâàííûå ïóòè âåíòèëÿöèè, ðîñò òåìïåðàòóðû ñèñòåìû ìîæåò ïðîäîëæàòüñÿ. IC1 èìååò äâà âûõîäà, ïðåäóïðåæäàþùèõ î òàêîì ñîñòîÿíèè. Âûõîä WARN ñòàíîâèòñÿ àêòèâíûì, êîãäà òåìïåðàòóðà ïðåâûøàåò 60 °C, à OT ñîîáùàåò î òîì, ÷òî òåìïåðàòóðà ïîäíÿëàñü âûøå 75 °C. OT ìîæíî èñïîëüçîâàòü â êà÷åñòâå ñèãíàëà âûêëþ÷åíèÿ ñèñòåìû. Åñëè IC1 êîíòðîëèðóåò òåìïåðàòóðó ïëàòû, òî IC2 êîíòðîëèðóåò òåìïåðàòóðó êðèñòàëëà äðóãîé ìèêðîñõåìû – îáû÷íî ïðîöåññîðà, ÏËÈÑ èëè ñïåöèàëèçèðîâàííîé ìèêðîñõå-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

ìû.  êà÷åñòâå äàò÷èêà òåìïåðàòóðû ê íåé, êàê ïðàâèëî, ïîäêëþ÷àåòñÿ p-n ïåðåõîä âíåøíåãî ìàëîñèãíàëüíîãî p-n-p òðàíçèñòîðà. IC2 ïðîïóñêàåò òîê ÷åðåç ýòîò p-n ïåðåõîä, èçìåðÿåò ðåçóëüòèðóþùåå íàïðÿæåíèå è âû÷èñëÿåò òåìïåðàòóðó ïåðåõîäà. Çàòåì IC2 ñðàâíèâàåò âû÷èñëåííóþ òåìïåðàòóðó ñ ïðåäóñòàíîâëåííûì ïîðîãîì. Êîãäà òåìïåðàòóðà ïåðåõîäà ïðåâûñèò ïîðîã, â äàííîì ñëó÷àå – 125 °C, ìèêðîñõåìà IC2 àêòèâèðóåò âûõîä TOVER, êîòîðûé ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ îòêëþ÷åíèÿ ñèñòåìû. Âûõîäû ñ îòêðûòûìè ñòîêàìè OT è TOVER ìèêðîñõåì IC1 è IC2 ïîäêëþ÷åíû ê îáùåìó íàãðóçî÷íîìó ðåçèñòîðó è ê êëåììå îòêëþ÷åíèÿ ïèòàíèÿ. Åñëè òåìïåðàòóðà ïëàòû èëè ìèêðîñõåìû ïðåâûøàåò ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìûé áåçîïàñíûé óðîâåíü, ñèñòåìà îòêëþ÷àåòñÿ äî òîãî, êàê ìîæåò ïðîèçîéòè åå ïîâðåæäåíèå. IC1 ñëåäóåò ðàçìåñòèòü â òîì ìåñòå, òåìïåðàòóðó êîòîðîãî íåîáõîäèìî èçìåðÿòü.  çàâèñèìîñòè îò ñèñòåìû, ýòî ìåñòî ìîæåò áûòü ðÿäîì ñ «ãîðÿ÷åé òî÷êîé» èëè íà ïóòè âîçäóøíîãî ïîòîêà âåíòèëÿòîðà îõëàæäåíèÿ. Ïå÷àòíûå ïðîâîäíèêè ìåæäó IC2 è âûíîñíûì äàò÷èêîì òåìïåðàòóðû äîëæíû áûòü äîñòàòî÷íî êîðîòêèìè è îòäåëåííûìè îò âûñîêîñêîðîñòíûõ ëèíèé äàííûõ. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Maxim MAX6512UT125 2. Datasheet Maxim MAX6665ASA45

67

Ìèëëèîììåòð ñ 7-ñåãìåíòíûì ÆÊÈ ×àñòü 2 Îêîí÷àíèå. Íà÷àëî â íîìåðå 01,02-2021 Àëåêñåé Êóçüìèíîâ, Ìîñêâà

Ðàçâîäêà è ôîòîãðàôèè ïëàò è âñåãî óñòðîéñòâà Ðàçâîäêà âñåõ ïëàò ñäåëàíà àâòîðîì ñ ïîìîùüþ ïðîãðàììû Sprint Layout 6.0. Òàêèõ ïëàò òðè: ïåðâàÿ – îñíîâíàÿ ïëàòà ñ ÌÊ, âòîðàÿ – ïëàòà ñîïðÿæåíèÿ ÆÊÈ ÈÆÖ 13-8-7 ñ äâóìÿ êîíòðîëëåðàìè ÊÐ1820ÂÃ1 è òðåòüÿ – ìèíèàòþðíàÿ ïëàòà äëÿ óñòàíîâêè ðàçúåìà äëÿ çàðÿäêè àêêóìóëÿòîðà. Ðàçâîäêà ïëàò âñåõ òðåõ ïëàò â ôîðìàòå *.lay6 äîñòóïíà ïî ññûëêå â ðàçäåëå Çàãðóçêè. Íà Ðèñóíêå 4 ïðèâåäåíà ðàçâîäêà è ôîòîãðàôèÿ (ïåðåä ðàñïàéêîé êîìïîíåíòîâ íàâåñíîãî ìîíòàæà) îñíîâíîé ïëàòû ìèëëèîììåòðà. Êðóæêàìè íà ðàçâîäêå ïîêàçàíû ìåñòà ñ äâóñòîðîííåé ïðîïàéêîé. Íà Ðèñóíêå 5 – ðàçâîäêà ïëàòû ñ ðàçúåìîì äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ çàðÿäíîãî óñòðîéñòâà. Ðàçâîäêà ïëàòû ñ ÆÊÈ íå ïîêàçàíà â ñâÿçè ñ òåì, ÷òî îíà òàêàÿ æå, ÷òî è â [1].

(à)

(á)

Êîíñòðóêöèÿ ïðèáîðà Ïî ôîòîãðàôèè ïðèáîðà â îòêðûòîì êîðïóñå ðàçìåðîì 120×60×40 ìì (Ðèñóíîê 6) ìîæíî ñîñòàâèòü ïðåäñòàâëåíèå î åãî âíóòðåííåì óñòðîéñòâå. Êîðïóñ ñîñòîèò èç äâóõ ïîëîâèí. Íà ïåðâîé ðàñïîëîæåíà ëèöåâàÿ ñòîðîíà ïðèáîðà. Â íåé

68

(â) Ðèñóíîê 4. Ïëàòà ìèëëèîììåòðà: ðàçâîäêà (à) è âíåøíèé âèä (á) ïëàòû ño ñòîðîíû êîìïîíåíòîâ äëÿ ïîâåðõíîñòíîãî ìîíòàæà, (â) – ðàçâîäêà ïëàòû ñî ñòîðîíû íàâåñíûõ êîìïîíåíòîâ.

ÑÕÅÌÛ

êîðïóñà âèíòîì Ì3 âïîòàé. Àêêóìóëÿòîð ïðèêëååí ê äíèùó êîðïóñà ãóá÷àòîé ëåíòîé ñ äâóñòîðîííèì ëèïêèì ñëîåì. Ïëàòà ñ ðàçúåìîì äëÿ çàðÿäêè àêêóìóëÿòîðà ïðèêðó÷åíà ê äíèùó êîðïóñà äâóìÿ âèíòàìè Ì2, à âûâîä ðàçúåìà ðàñïîëîæåí íà òîðöå êîðïóñà â ïðîñâåðëåííîì äëÿ íåãî îòâåðñòèè. Îáå ïîëîâèíû êîðïóñà ñêðó÷èâàþòñÿ âèíòàìè Ì3 âïîòàé.

Çàðÿäêà àêêóìóëÿòîðà ïðèáîðà Ðèñóíîê 5. Ðàçâîäêà ïëàòû ñ ðàçúåìîì äëÿ çàðÿäíîãî óñòðîéñòâà.

Ðèñóíîê 6. Âíóòðåííåå óñòðîéñòâî ìèëëèîììåòðà.

ïðîðåçàíî îêíî äëÿ äèñïëåÿ, ïëàòà êîòîðîãî ïðèêðó÷åíà âèíòàìè Ì2 ê ïëàñòìàññîâûì ñòîéêàì, ïðèêëååííûì ê âíóòðåííåé ÷àñòè êîðïóñà, è äîïîëíèòåëüíî ïðèæàòà ê êîðïóñó äâóìÿ ïëàñòèíàìè, ïðèêðó÷åííûìè ê øòàòíûì ñòîéêàì âèíòàìè Ì3. Íà ýòîé æå ïîëîâèíå êîðïóñà ðàñïîëîæåíû: äâà èçìåðèòåëüíûõ ðàçúåìà, ê êîòîðûì ïîäêëþ÷àþòñÿ îòâåòíûå ðàçúåìû ñ êàáåëÿìè, ñîåäèíåííûìè ñ çàæèìàìè Êåëüâèíà; ãàëåòíûé ïåðåêëþ÷àòåëü, ðó÷êà êîòîðîãî âûâåäåíà íà ëèöåâóþ ïîâåðõíîñòü êîðïóñà; âûêëþ÷àòåëü ïèòàíèÿ è ñâåòîäèîä. Íà âòîðîé ïîëîâèíå êîðïóñà ðàñïîëîæåíà îñíîâíàÿ ïëàòà ïðèáîðà. Îíà äåðæèòñÿ íà äîñòàòî÷íî æåñòêèõ âûâîäàõ òðàíçèñòîðà, êîòîðûé ïðèïàÿí ê ìåäíîé ïëàñòèíå ðàçìåðîì 20×15×1.5 ìì, ïðèêðó÷åííîé ê äíèùó

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

Êàê óæå óïîìèíàëîñü âûøå, äëÿ çàðÿäêè àêêóìóëÿòîðà èñïîëüçóåòñÿ ñïåöèàëüíàÿ ïëàòà íà áàçå ìèêðîñõåìû TP4056, îáîðóäîâàííàÿ ðàçúåìîì microUSB äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ ê íåé óñòðîéñòâà äëÿ çàðÿäêè òåëåôîíà ñ âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì 5 Â. Ê âûõîäíûì êîíòàêòàì óñòðîéñòâà íà TP4056 ïðèïàÿí äâóõïðîâîäíûé êàáåëü, à íà äðóãîé åãî êîíåö – îòâåòíûé ðàçúåì DJK-11K (2.5×0.7-L9) – âèëêà íà êàáåëü (Ðèñóíîê 7). Ïðîâîäà â ìåñòå ïàéêè êàáåëÿ ê ïëàòå óêðåïëåíû êàïëåé òåðìîêëåÿ. Èíà÷å îò ÷àñòîãî èçãèáàíèÿ êàáåëÿ ïðîâîäà â ìåñòå ïàéêè ìîãóò îòëîìèòüñÿ. Ýòîò êàáåëü ïîäêëþ÷åí ê ðàçúåìó çàðÿäêè ïðèáîðà DJK-19S (XZ, Ðèñóíîê 3á), ðàñïàÿííîì íà íåáîëüøîé ïëàòå (Ðèñóíîê 5, Ðèñóíîê 6 – ñïðàâà ñâåðõó), à ðàçúåì microUSB îò óñòðîéñòâà çàðÿäêè òåëåôîíà – ê ïëàòå. Ïðè çàðÿäêå àêêóìóëÿòîðà ïèòàíèå ïðèáîðà äîëæíî áûòü âûêëþ÷åíî, à çàðÿäêà äëÿ òåëåôîíà ïîäêëþ÷åíà ê ñåòè. Ïðè ïðàâèëüíîì ïîäêëþ÷åíèè íà ïëàòå âêëþ÷èòñÿ êðàñíûé ñâåòîäèîä, è íà÷íåòñÿ çàðÿäêà àêêóìóëÿòîðà. Ïî çàâåðøåíèè (êîãäà àêêóìóëÿòîð çàðÿäèòñÿ äî íàïðÿæåíèÿ 4.2 Â) êðàñíûé ñâåòîäèîä ïîãàñíåò, è âêëþ÷èòñÿ ñèíèé, ñèãíàëèçèðóÿ î êîíöå çàðÿäêè. Çäåñü ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî íà

Ðèñóíîê 7. Çàðÿäêà àêêóìóëÿòîðà ïðèáîðà.

69

ïëàòå ñ TP4056 ïî óìîë÷àíèþ óñòàíîâëåíî ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå çàðÿäíîãî òîêà â 1 À. Òàêîé òîê îáåñïå÷èâàþò äàëåêî íå âñå çàðÿäíûå óñòðîéñòâà äëÿ òåëåôîíà. Êðîìå òîãî, ïðè òîêå 1 À ïëàòà ñ TP4056 äîñòàòî÷íî ñèëüíî íàãðåâàåòñÿ è ìîæåò âûéòè èç ñòðîÿ îò ïåðåãðåâà. Ïîýòîìó, åñëè èñïîëüçîâàòü çàðÿäêó äëÿ òåëåôîíà (èëè, íàïðèìåð, äëÿ çàðÿäêè àêêóìóëÿòîðîâ IQOS), îáåñïå÷èâàþùóþ òîê 1 À (èëè áîëåå), òî ïëàòó íåîáõîäèìî óñòàíîâèòü íà ðàäèàòîð. Àâòîð èñïîëüçîâàë èãîëü÷àòûé ðàäèàòîð ñ ïëîùàäüþ ïîâåðõíîñ2 òè îêîëî 70 ñì . Ïëàòà ïðèêëååíà ê ðàäèàòîðó ãèáêîé òåðìîïðîêëàäêîé ñ äâóñòîðîííèì ëèïêèì ñëîåì (îíà áåëîãî öâåòà íà Ðèñóíêå 7). Åñëè æå çàðÿäêà äëÿ òåëåôîíà îáåñïå÷èâàåò òîê íå áîëåå 0.5 À, òî ðàäèàòîð íå íóæåí, ò.ê. â ýòîì ñëó÷àå íàãðåâ ïëàòû íåáîëüøîé; ïðàâäà, âðåìÿ çàðÿäêè àêêóìóëÿòîðà áóäåò ñóùåñòâåííî áîëüøå.

Ïðîãðàììíûå ñðåäñòâà è óïðàâëåíèå ðàáîòîé ïðèáîðà Ìåòîä ïåðåäèñêðåòèçàöèè è îñðåäíåíèÿ äëÿ óâåëè÷åíèÿ ðàçðåøàþùèé ñïîñîáíîñòè 14-ðàçðÿäíîãî SAR-ÀÖÏ (âñòðîåííîãî â ÌÊ EFM8LB12), èñïîëüçóåìûé äëÿ èçìåðåíèé íåîáõîäèìûõ íàïðÿæåíèé â ìèëëèîììåòðå, ïîäðîáíî îïèñàí â [1], ïîýòîìó îïèñûâàòü åãî çäåñü åùå ðàç, íà âçãëÿä àâòîðà, íåò ñìûñëà. Âûâîä èíôîðìàöèè íà ÆÊÈ ÈÆÖ 13-8-7 òàêæå ïîäðîáíî îïèñàí â [1], ïîýòîìó çäåñü íå ïðèâîäèòñÿ. Ôîðìóëà (8) äëÿ ðàñ÷åòà èçìåðÿåìîãî ðåçèñòîðà RX ïðèìèòèâíî ïðîñòà, è çàïðîãðàììèðîâàòü åå â ÌÊ íå ñîñòàâëÿåò áîëüøîãî òðóäà. Ïîýòîìó íèæå áóäåò îïèñàíà òîëüêî ñóòü ðàáîòû ïîäïðîãðàìì, èñïîëüçóåìûõ â ìèëëèîììåòðå, è ñïîñîá èõ çàïóñêà. Òàêèõ ïîäïðîãðàìì òðè: ïåðâàÿ – ïîäïðîãðàììà êàëèáðîâêè ïîëíîé øêàëû ÀÖÏ ÌÊ, âòîðàÿ – ïîäïðîãðàììà óñòàíîâêè íóëÿ ïðèáîðà íà âûáðàííîì äèàïàçîíå, òðåòüÿ – ïîäïðîãðàììà øòàòíîé ðàáîòû ïðèáîðà. Êðîìå òîãî, â ìèëëèîììåòðå èñïîëüçóåòñÿ åùå îäíà ïîäïðîãðàììà – äëÿ èíäèêàöèè óðîâíÿ çàðÿäêè àêêóìóëÿòîðà, èëè, äðóãèìè ñëîâàìè, ñòåïåíè åãî ðàçðÿæåííîñòè. Ïîäïðîãðàììà êàëèáðîâêè ïîëíîé øêàëû ÀÖÏ ìîæåò áûòü çàïóùåíà òîëüêî ïðè îòêðûòîì êîðïóñå ïðèáîðà (Ðèñóíîê 6). Ýòó ïîäïðîãðàììó òðåáóåòñÿ çàïóñòèòü âñåãî îäèí ðàç, ïåðåä òåì êàê êîðïóñ ïðèáîðà áóäåò çàêðûò.

70

Äëÿ çàïóñêà ïîäïðîãðàììû êàëèáðîâêè ïîëíîé øêàëû ÀÖÏ íåîáõîäèìî: 1. Ñíÿòü ñ ðàçúåìà XD/RS (Ðèñóíîê 2) îòâåòíûé ðàçúåì êàáåëÿ.

2. Ïîäêëþ÷èòü ê êîíòàêòàì 1-3 ðàçúåìà XD/RS 3-êîíòàêòíóþ ïåðåìû÷êó – îòâåòíûé ðàçúåì ñ ñîåäèíåííûìè òðåìÿ êîíòàêòàìè ìåæäó ñîáîé.

3. Ñíÿòü 2-êîíòàêòíóþ ïåðåìû÷êó (äæàìïåð) ñ êîíòàêòîâ ðàçúåìà XR3Vref.

4. Ñîåäèíèòü êîíòàêò 2 ðàçúåìà XR3Vref ñ êîíòàêòîì îäíîêîíòàêòíoãî ðàçúåìà XRef. Äëÿ ýòîãî íåîáõîäèìî èçãîòîâèòü îäíîïðîâîäíûé êàáåëü ñ äâóìÿ îòâåòíûìè êîíòàêòàìè (ãíåçäàìè) íà åãî êîíöàõ.

5. Âêëþ÷èòü ïèòàíèå ïðèáîðà. Ïîäïðîãðàììà èçìåðèò îïîðíîå íàïðÿæåíèå VREF â áåçðàçìåðíîì âèäå, ò.å. ÀÖÏ ïîêàæåò çíà÷åíèå áëèçêîå ê 1 (íàïðèìåð, ó îäíîãî ýêçåìïëÿðà ÌÊ ýòî çíà÷åíèå áûëî ðàâíî 0.9998). Äàëåå âû÷èñëèòñÿ îáðàòíîå çíà÷åíèå (â äàííîì ñëó÷àå îíî áóäåò ðàâíî 1/0.9998 » 1.0002), êîòîðîå â âèäå êîýôôèöèåíòà Ê çàïèøåòñÿ âî ôëýø-ïàìÿòü ÌÊ (Ê = 1.0002) è ïðî÷èòàåòñÿ èç íåå. Äàëåå áóäåò ïðîèçâåäåíî ïîâòîðíîå èçìåðåíèå íàïðÿæåíèÿ, êîòîðîå áóäåò óìíîæåíî íà Ê è âûâåäåíî íà äèñïëåé. Ïîêàçàíèå íà äèñïëåå äîëæíî áûòü: «1.0000». Åñëè íà äèñïëåå ïîëó÷åíî òàêîå ïîêàçàíèå, òî ýòî áóäåò îçíà÷àòü, ÷òî êàëèáðîâêà ïîëíîé øêàëû ïðîèçâåäåíà ïðàâèëüíî.  ïðîòèâíîì ñëó÷àå íåîáõîäèìî ïðîèçâåñòè êàëèáðîâêó çàíîâî, âûêëþ÷èâ è âêëþ÷èâ ïèòàíèå ïðèáîðà. Ïîñëå êàëèáðîâêè ïîëíîé øêàëû íåîáõîäèìî âåðíóòü âñå ðàçúåìû â ïåðâîíà÷àëüíîå ñîñòîÿíèå, è çàêðûòü êîðïóñ ïðèáîðà. Íà ýòîì êàëèáðîâêà ïîëíîé øêàëû çàêàí÷èâàåòñÿ.

Ïîäïðîãðàììà óñòàíîâêè íóëÿ äëÿ êàæäîãî äèàïàçîíà èçìåðåíèé Çàïóñê ýòîé ïîäïðîãðàììû íåîáõîäèìî ïðîâîäèòü â ñëåäóþùåé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè.

1. Ïîäêëþ÷èòü ê ïðèáîðó øòåêåðû îò çàæèìîâ è ñîåäèíèòü èõ èçìåðèòåëüíûå êîíòàêòû ìåæäó ñîáîé.

2. Íå âêëþ÷àÿ ïèòàíèÿ, íàæàòü êíîïêó è, íå îòïóñêàÿ åå, âêëþ÷èòü ïèòàíèå. Äàëåå êíîïêó îòïóñòèòü. Ïîäïðîãðàììà ïðî÷èòàåò èç ôëýø-ïàìÿòè êîýôôèöèåíò Ê,

ÑÕÅÌÛ

ïîëó÷åííûé ïðè êàëèáðîâêå ïîëíîé øêàëû ÀÖÏ, è ñ ó÷åòîì ýòîãî êîýôôèöèåíòà ïðîèçâåäåò èçìåðåíèå ñîïðîòèâëåíèÿ (â äàííîì ñëó÷àå ýòî ñîïðîòèâëåíèå ðàâíî íóëþ). Ðåçóëüòàò áóäåò âûâåäåí íà äèñïëåé. Ïîêàçàíèÿ äîëæíû áûòü íóëåâûå íà êàæäîì äèàïàçîíå. Ïîäïðîãðàììà âû÷èñëèò ðàçíèöó ìåæäó íóëåì è èçìåðåííûì ñîïðîòèâëåíèåì, çàïèøåò ýòó ðàçíèöó â âèäå êîýôôèöèåíòà (Ê0 – äëÿ ïåðâîãî äèàïàçîíà, Ê1 – äëÿ âòîðîãî è Ê2 – äëÿ òðåòüåãî).

3. Âûêëþ÷èòü ïèòàíèå, è âêëþ÷èòü åãî çàíîâî. Çàòåì íàæàòü è îòïóñòèòü êíîïêó. Ïðîãðàììà ïðî÷èòàåò èç ôëýø-ïàìÿòè çàïèñàííûå ðàíåå êîýôôèöèåíòû (Ê, Ê0, Ê1 è Ê2), èçìåðèò ñîïðîòèâëåíèå (íóëåâîå, ò.ê. çàæèìû çàêîðî÷åíû) è ñ ó÷åòîì êîýôôèöèåíòîâ âûâåäåò ðåçóëüòàò íà ýêðàí äèñïëåÿ. Ïîêàçàíèÿ ïðèáîðà òàêæå äîëæíû áûòü íóëåâûìè.  ïðîòèâíîì ñëó÷àå íåîáõîäèìî ïðîèçâåñòè ïîâòîðíî óñòàíîâêó íóëÿ (ï. 2). Âî âðåìÿ èçìåðåíèÿ êðàòêîâðåìåííî (íå áîëåå ñåêóíäû) çàãîðèòñÿ è ïîãàñíåò ñâåòîäèîä.

4. Ïðîèçâåñòè óñòàíîâêó íóëÿ íà âñåõ òðåõ äèàïàçîíàõ. Íà ýòîì óñòàíîâêà íóëÿ ïðèáîðà çàêàí÷èâàåòñÿ.

Èçìåðåíèå ñîïðîòèâëåíèÿ ðåçèñòîðîâ â øòàòíîì ðåæèìå ðàáîòû 1. Ïîäêëþ÷èòü èçìåðÿåìûé ðåçèñòîð ê çàæèìàì.

2. Óñòàíîâèòü íóæíûé äèàïàçîí èçìåðåíèÿ.

3. Âêëþ÷èòü ïèòàíèå ïðèáîðà.

4. Íàæàòü è îòïóñòèòü êíîïêó. Ïðîãðàììà ïðî÷èòàåò èç ôëýø-ïàìÿòè çàïèñàííûå ðàíåå êîýôôèöèåíòû (Ê, Ê0, Ê1 è Ê2), èçìåðèò ñîïðîòèâëåíèå ïîäêëþ÷åííîãî ðåçèñòîðà è ñ ó÷åòîì êîýôôèöèåíòîâ âûâåäåò ðåçóëüòàò íà ýêðàí äèñïëåÿ. Âî âðåìÿ èçìåðåíèÿ êðàòêîâðåìåííî (íå áîëåå ñåêóíäû) çàãîðèòñÿ ñâåòîäèîä, êîòîðûé çàòåì ïîãàñíåò, à ïîêàçàíèÿ îñòàíóòñÿ íà äèñïëåå. Ïîäïðîãðàììà äëÿ èíäèêàöèè óðîâíÿ çàðÿäêè àêêóìóëÿòîðà ðàáîòàåò ñëåäóþùèì îáðàçîì. Ìàêñèìàëüíîå íàïðÿæåíèå, äî êîòîðîãî çàðÿæàåòñÿ àêêóìóëÿòîð, êàê áûëî óïîìÿíóòî âûøå, ñîñòàâëÿåò 4.2 Â. Ìèíèìàëüíî äîïóñ-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

òèìîå íàïðÿæåíèå, ïðè êîòîðîì àêêóìóëÿòîð ôóíêöèîíèðóåò â øòàòíîì ðåæèìå, ñîñòàâëÿåò 2.7 Â. Ðàçíèöà ìåæäó ýòèìè äâóìÿ íàïðÿæåíèÿìè ñîñòàâëÿåò: 4.2  – 2.7  = 1.5 Â. Åñëè ðàçäåëèòü ýòó ðàçíèöó íà 3 ÷àñòè, òî ïîëó÷èì 0.5 Â.  ñîîòâåòñòâèè ñ ýòèì ìîæíî íàéòè 3 ãðàíè÷íûõ íàïðÿæåíèÿ, îïðåäåëÿþùèå ñòåïåíü çàðÿæåííîñòè àêêóìóëÿòîðà: 2.7 Â, 3.2  è 3.7 Â. Äëÿ îïðåäåëåíèÿ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ àêêóìóëÿòîðà (íàçîâåì åãî UÁÀÒ), êàê áûëî óêàçàíî âûøå (ñì. Ðèñóíîê 2), ýòî íàïðÿæåíèå (ñíèæåííîå â 2 ðàçà äåëèòåëåì R15-R16) ïîäàåòñÿ íà âõîä êàíàëà 1 ÀÖÏ ÌÊ (ADC0.1 – ñèãíàë ADCIN_Vp). Èíäèêàöèÿ ñòåïåíè çàðÿäêè àêêóìóëÿòîðà îñóùåñòâëÿåòñÿ íà äèñïëåå ñ ïîìîùüþ îòäåëüíîãî îêíà.  ýòîì îêíå (ñïðàâà) èíäèöèðóåòñÿ 1 ðàçðÿä äèñïëåÿ, ñîñòîÿùèé èç òðåõ ãîðèçîíòàëüíûõ ñåãìåíòîâ. Ïîäïðîãðàììà èçìåðÿåò íàïðÿæåíèå UÁÀÒ, è, åñëè UÁÀÒ £ 2.7 Â, òî èíäèöèðóåòñÿ «ïóñòîé» àêêóìóëÿòîð (íè îäèí èç ñåãìåíòîâ íå «ãîðèò»), åñëè 2.7  < UÁÀÒ £ 3.2 Â, òî èíäèöèðóåòñÿ îäèí íèæíèé ñåãìåíò, åñëè 3.2  < < UÁÀÒ £ 3.7  – äâà ñåãìåíòà (íèæíèé è ñðåäíèé), åñëè UÁÀÒ > 3.7  – âñå òðè ñåãìåíòà. Åñëè äëÿ èçìåðåíèÿ íàïðÿæåíèé UOUT è URÎÁÐ, èñïîëüçóþùèõñÿ â ðàñ÷åòå çíà÷åíèÿ èçìåðÿåìîãî ðåçèñòîðà RX ïî ôîðìóëå (8), ïðîèçâîäèòñÿ 64-êðàòíîå îñðåäíåíèå ðåçóëüòàòîâ 1024 ïîêàçàíèé ÀÖÏ (îñðåäíåííûõ ñ äåöèìàöèåé), òî äëÿ èçìåðåíèÿ çíà÷åíèÿ UÁÀÒ ïðîèçâîäèòñÿ 8-êðàòíîå îñðåäíåíèå. Ýòî ñäåëàíî â ñâÿçè ñ òåì, ÷òî âûñîêàÿ òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ UÁÀÒ íå íóæíà, à 8-êðàòíîå îñðåäíåíèå òðåáóåò â 8 ðàç ìåíüøå âðåìåíè (ò.å. ïî÷òè íà ïîðÿäîê), ÷åì 64-êðàòíîå. À ýòî äîïîëíèòåëüíîå âðåìÿ, êîòîðîå âõîäèò â îáùåå âðåìÿ ïðîõîæäåíèÿ áîëüøîãî òîêà (0.5 À). Ïîýòîìó îíî è ñíèæåíî â 8 ðàç, ÷òîáû àêêóìóëÿòîð ìåíüøå ðàçðÿæàëñÿ. Çäåñü ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî åñëè âðåìÿ èçìåðåíèÿ RX íå ïðåâûøàåò 1 ñåêóíäû, ò.å. êàæäîå èçìåðåíèå òðåáóåò 0.5 À·ñ, òî àêêóìóëÿòîðà åìêîñòüþ 3 À·÷ (3600 À·ñ×3 = = 10800 À·ñ) õâàòèò íà 10800 À·ñ /0.5 A·ñ = = 21600 (» 20000) èçìåðåíèé äî ïîëíîãî ðàçðÿäà àêêóìóëÿòîðà. Ïîòðåáëåíèå òîêà ìèëëèîììåòðîì òîëüêî ïðè èíäèêàöèè ïîêàçàíèé ñîñòàâëÿåò îêîëî 15 ìÀ, ò.å. ñóùåñòâåííî ìåíüøå, ÷åì âî âðåìÿ èçìåðåíèÿ (500 ìÀ). Òàêæå ñëåäóåò

71

îòìåòèòü, ÷òî ïîòðåáëåíèå òîêà òîëüêî â ðåæèìå èíäèêàöèè äëÿ ìèëëèîììåòðà (15 ìÀ) â 3 ðàçà âûøå, ÷åì ïîòðåáëåíèå òîêà âîëüòìåòðîì (5 ìÀ), îïèñàííûì â [1]. Óòðîåííîå ïîòðåáëåíèå òîêà – ñëåäñòâèå ó÷åòâåðåííîé òàêòîâîé ÷àñòîòû ïðîöåññîðà ÌÊ (72 ÌÃö â ìèëëèîììåòðå ïðîòèâ 18 ÌÃö – â âîëüòìåòðå [1]). Îäíàêî ó÷åòâåðåíèå òàêòîâîé ÷àñòîòû ïðîöåññîðà ÌÊ ñíèçèëî âðåìÿ èçìåðåíèÿ (êîãäà ïðîòåêàåò òîê 0.5 À) äî 1 ñåêóíäû (ïðè ÷àñòîòå 18 ÌÃö ýòî âðåìÿ ñîñòàâëÿåò 3 ñåêóíäû). Çäåñü, íà âçãëÿä àâòîðà, êîììåíòàðèè èçëèøíè. Ïðîãðàììà äëÿ ÌÊ ìèëëèîììåòðà â óæå ãîòîâîì çàãðóçî÷íîì *.hex-ôîðìàòå äîñòóïíà ïî ññûëêå â ðàçäåëå Çàãðóçêè.

Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé Äëÿ ïðîâåðêè ðàáîòîñïîñîáíîñòè ïðèáîðà àâòîð ïîäîáðàë íåñêîëüêî îäíîïðîöåíòíûõ ðåçèñòîðîâ ðàçíîãî íîìèíàëà è äâà øóíòà (êëàññà 0.5). Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé ïîêàçàíû íà Ðèñóíêàõ 8-10, â ïîäðèñóíî÷íûõ ïîäïèñÿõ ê êîòîðûì óêàçàíû íîìèíàëû ðåçèñòîðîâ è øóíòîâ. Ïðîâåäÿ ýêñïåðèìåíòû ïî èçìåðåíèþ ñîïðîòèâëåíèé è óâèäåâ èõ ðåçóëüòàòû (Ðèñóíêè 8-10), àâòîð, ïðèçíàòüñÿ, áûë íåñêîëüêî èçóìëåí. Êîíå÷íî, ïðåäïîëàãàëîñü, ÷òî ïðèáîð, ïî èäåå, äîëæåí èçìåðÿòü ïîäîáíûå

(à)

(á) Ðèñóíîê 8. Èçìåðåíèÿ (ïåðâûé äèàïàçîí) ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ íîìèíàëîì: (a) – 5.11 Îì 1% (Ñ2-29Â-1), (á) – 0.15 Îì 1% (Ñ5-16ÌÂ 1 Âò).

72

(à)

(á) Ðèñóíîê 9. Èçìåðåíèÿ (âòîðîé äèàïàçîí) ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ íîìèíàëîì: (à) – 0.1 Îì 1% (KNP300), (á) – 0.01 Îì 1% (SMD 2512).

ñîïðîòèâëåíèÿ, íî îòêóäà âçÿëèñü òàêàÿ íåâåðîÿòíàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü è äîñòàòî÷íî ïðèåìëåìàÿ òî÷íîñòü, îñîáåííî ïðè èçìåðåíèè ñîïðîòèâëåíèé øóíòîâ (Ðèñóíîê 10)? Åñëè ñóäèòü î ïîãðåøíîñòÿõ ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé, òî, ó÷èòûâàÿ ôîðìóëó (8), ìîæíî ïðèéòè ê âûâîäó, ÷òî ñîïðîòèâëåíèå èçìåðÿåìîãî ðåçèñòîðà RX çàâèñèò îò ÷åòûðåõ ïàðàìåòðîâ: îò ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé äâóõ íàïðÿæåíèé UOUT è URÎÁÐ, îò êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ ÈÓ G è íîìèíàëà RÎÁÐ. Åñëè íå ó÷èòûâàòü ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèé íàïðÿæåíèé UOUT è URÎÁÐ, òî îñòàþòñÿ 2 ïàðàìåòðà: G è RÎÁÐ. Êàê ñëåäóåò èç ñïðàâî÷íîãî ëèñòêà íà ÈÓ INA333, òèïîâàÿ (ìàêñèìàëüíàÿ) ïîãðåøíîñòü óñòàíîâêè êîýôôèöèåíòà G ïðè G = 1 ñîñòàâëÿåò 0.01% (0.1%), ïðè G = 10 – 0.05% (0.25%), ïðè G = 100 – 0.07% (0.25%). Óñòàíîâêà êîýôôèöèåíòà G îñóùåñòâëÿåòñÿ ðåçèñòîðàìè R6 è R7 (Ðèñóíîê 2), èìåþùèìè ïîãðåøíîñòü 0.1%. Ñîïðîòèâëåíèå îáðàçöîâîãî ðåçèñòîðà RÎÁÐ áûëî èçìåðåíî áîëåå òî÷íûì ïðèáîðîì, ñ ïîãðåøíîñòüþ îêîëî 0.1%. Åñëè ïðèíÿòü ñðåäíåå çíà÷åíèå ïîãðåøíîñòè óñòàíîâêè êîýôôèöèåíòà G ðàâíîé dG = 0.1% è ñëîæèòü åå ñ ïîãðåøíîñòÿìè d(R6/R7) = 0.1% è dRÎÁÐ » 0.1%, òî ïîëó÷èì, ÷òî îñðåäíåííàÿ ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèÿ ïðèáîðîì ñîïðîòèâëåíèÿ RX áóäåò ðàâíà: dRX = dG + d(R6/R7) + dRÎÁÐ » 0.3%. Íî äàæå åñëè ïðèíÿòü ìàêñèìàëüíóþ ïîãðåøíîñòü

ÑÕÅÌÛ

êè 8á, 9á è 10á), ò.å. ïðàêòè÷åñêè íóëåâóþ ïîãðåøíîñòü, òî ìîæíî çàêëþ÷èòü, ÷òî ïîãðåøíîñòü, ïîõîæå, äàæå ìåíüøå, ÷åì 0.3%. Çäåñü ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî ñîâïàäåíèå èçìåðåííûõ ìèëëèîììåòðîì çíà÷åíèé ñ íîìèíàëàìè ðåçèñòîðîâ è øóíòà, ñêîðåå âñåãî, ÷èñòî ñëó÷àéíî, ïîñêîëüêó êàê ðåçèñòîðû, òàê è øóíò èìåþò ñâîè ïîãðåøíîñòè (1% è 0.5%, ñîîòâåòñòâåííî), è ïðè èçìåðåíèè ýòè ïîãðåøíîñòè ìîãëè ïðîñòî ñêîìïåíñèðîâàòüñÿ ñ ïîãðåøíîñòÿìè ïðèáîðà. Îäíàêî ýòîò ôàêò åùå ðàç ïîäòâåðæäàåò, ÷òî èçìåðåíèÿ ìàëûõ ñîïðîòèâëåíèé ïðèáîðîì äîñòàòî÷íî àäåêâàòíû. Êîíå÷íî, õîðîøî áû èçìåðèòü ñîïðîòèâëåíèÿ òåõ æå ðåçèñòîðîâ, ÷òî ïðèâåäåíû íà Ðèñóíêàõ 8–10, áîëåå òî÷íûì ïðèáîðîì, íî, ê ñîæàëåíèþ, ó àâòîðà ïîäîáíîãî ïðèáîðà íåò. À åñëè áû áûë, âîçìîæíî, íå áûëî áû îïèñàííîãî ìèëëèîììåòðà (è, âåðîÿòíî, ñàìîé ñòàòüè).

(à)

(á)

Çàêëþ÷åíèå  çàêëþ÷åíèå õîòåëîñü áû îòìåòèòü äîñòàòî÷íî ïðèëè÷íóþ òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ ïðèáîðîì ìàëûõ ñîïðîòèâëåíèé. Ïðîñòîòà ñõåì è, â ñâÿçè ñ ýòèì, íåñëîæíàÿ ðàçâîäêà ïëàò è èõ ìàëûé ðàçìåð ïîçâîëèëè ðàñïîëîæèòü ïðèáîð â íåáîëüøîì êîðïóñå è, êðîìå òîãî, îïðåäåëèëè âîçìîæíîñòü åãî ëåãêîãî ïîâòîðåíèÿ. Ñòîèìîñòü âñåõ êîìïëåêòóþùèõ ïðèáîðà, ïî ïîäñ÷åòàì àâòîðà, íå ïðåâûøàåò 10$. ÐË (â) Ðèñóíîê 10. Èçìåðåíèÿ (òðåòèé äèàïàçîí) ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ íîìèíàëîì: (à) – 0.005 Îì 1% (SMD 2512), (á) – 1 ìÎì 0.5% (øóíò 75ØÑMM3-75-0.5 – 75À, 75 ìÂ, êëàññ 0.5), (â) – 0.5 ìÎì 0.5% (øóíò 75ØÑÌÒ2 – 150 À, 75 ìÂ, êëàññ 0.5).

dG = 0.25%, dRÎÁÐ = 0.5% è d(R6/R7) = 0.1%, òî ïîëó÷èì dRX = 0.85%, ò.å. íå áîëåå 1%, ïðè÷åì íà âñåõ òðåõ äèàïàçîíàõ. Íà îñíîâå âûøåïðèâåäåííûõ ðàññóæäåíèé ìîæíî ñäåëàòü âûâîä, ÷òî ïîãðåøíîñòü dRX ëåæèò ãäå-òî ïîñðåäèíå ìåæäó 0.3% è 0.85%. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, åñëè ïîñìîòðåòü íà ðåçóëüòàòû íåêîòîðûõ èçìåðåíèé, êîòîðûå âîîáùå â òî÷íîñòè ïîêàçàëè íîìèíàë (Ðèñóí-

Ëèòåðàòóðà 1. Êóçüìèíîâ À. Öèôðîâîé âîëüòìåòð ñ ïîâûøåííîé ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòüþ.

2. Êóçüìèíîâ À. Þ. Ñâÿçü ìåæäó êîìïüþòåðîì è ìèêðîêîíòðîëëåðîì. Ñîâðåìåííûå àïïàðàòíûå è ïðîãðàììíûå ñðåäñòâà. Ì.: «Ïåðî».

2018.

3. Êóçüìèíîâ À. Ïðîãðàììèðîâàíèå ìèêðîêîíòðîëëåðîâ EFM8 ñ ïîìîùüþ âñòðîåííîãî çàãðóç÷èêà ïðîãðàìì. Ðàäèî. 2018. ¹ 12.

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Silicon Labs EFM8LB12 2. Datasheet Texas Instruments INA333 3. Datasheet Texas Instruments OPA334 4. Datasheet Texas Instruments REF3125 5. Datasheet STMicroelectronics STD30PF03

Çàãðóçêè Äîïîëíèòåëüíûå ìàòåðèàëû ê ñòàòüå

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

73

Ýëåêòðîííàÿ íàãðóçêà

Áàñêîâ Ì. Ï.

Ì.Ï. Áàñêîâ, Î.Ä. Ëåâàøîâ, Ìîñêâà

«Êàæäàÿ æåíùèíà äîëæíà ïîçâîëèòü ñåáå êóïèòü êðåì “Áóðåíêà”. Õîòÿ áû ðàç â æèçíè». Òåëåâèçèîííàÿ ðåêëàìà.

ÏÏåðåôðàçèðóÿ

ýïèãðàô, ìîæíî ñìåëî óòâåðæäàòü, ÷òî êàæäûé ðàçðàáîò÷èê õîòÿ áû ðàç â æèçíè ñòàëêèâàëñÿ ñ íåîáõîäèìîñòüþ ïðèìåíåíèÿ ýëåêòðîííîé íàãðóçêè. Ïåðôåêöèîíèñòû ïîêóïàþò êèòàéñêèå ïîäåëêè ñ ìèêðîêîíòðîëëåðàìè íà áîðòó, íî áîëüøèíñòâî ìóæåñòâåííî ïðåîäîëåâàþò òÿãîòû è ëèøåíèÿ, âîçíèêàþùèå ïðè ñàìîñòîÿòåëüíîì èçãîòîâëåíèè ýëåêòðîííûõ íàãðóçîê. Íåñêîëüêî ëåò íàçàä àâòîðû òàêæå ñïîäîáèëèñü ïðèîáùèòüñÿ ê ìîùíîé ãðóïïèðîâêå (ñóäÿ ïî îáèëèþ òåìàòè÷åñêèõ YouTubeêàíàëîâ) ðàçðàáîò÷èêîâ ýòèõ ïðèáîðîâ. Îïèñàííàÿ íèæå ýëåêòðîííàÿ íàãðóçêà èçíà÷àëüíî ïðåäíàçíà÷àëàñü äëÿ èññëåäîâàíèÿ õàðàêòåðèñòèê ñîëíå÷íûõ ïàíåëåé, îäíàêî óæå ìíîãî ëåò èñïîëüçóåòñÿ â ðàçíîîáðàçíîé ëàáîðàòîðíîé ïðàêòèêå. Îíà îáëàäàåò íåñêîëüêèìè îñîáåííîñòÿìè: 1. Íàëè÷èåì òîêîâîé ðàçâåðòêè, ïîçâîëÿþùåé íàáëþäàòü íà ýêðàíå îñöèëëîãðàôà õàðàêòåð èçìåíåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå èññëåäóåìîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ; 2. Èñïîëüçîâàíèåì â êà÷åñòâå ýíåðãîïîãëîùàþùåãî ýëåìåíòà àâòîìîáèëüíûõ ëàìï íàêàëèâàíèÿ.

74

Íåëèíåéíûé õàðàêòåð èçìåíåíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ ëàìï íàêàëèâàíèÿ îò ïðîòåêàþùåãî ÷åðåç íèõ òîêà íå âëèÿåò íà õàðàêòåðèñòèêè ïðèáîðà. Ñõåìà óñòðîéñòâà ïðèâåäåíà íà Ðèñóíêå 1. Íà ìèêðîñõåìå DA1 ñîáðàí ãåíåðàòîð ëèíåéíîãî ïèëîîáðàçíîãî íàïðÿæåíèÿ. Äëÿ ïîâûøåíèÿ íàãðóçî÷íîé ñïîñîáíîñòè èñïîëüçîâàí îäèí èç îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé îøèáêè â ðåæèìå ïîâòîðèòåëÿ. Íèæíåå çíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 400 ìÂ. Ïðèìåíåíèå äèîäà VD1 ñíèæàåò åãî äî 40–50 ìÂ, ÷òî ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü òîêîâóþ ðàçâåðòêó ïðàêòè÷åñêè îò íóëÿ. Ïåðåêëþ÷àòåëü SW1 ïîçâîëÿåò âûáðàòü ðåæèì ðàáîòû ïðèáîðà. Íà ìèêðîñõåìå DA2, òðàíçèñòîðàõ VT1, VT2 è VT3 ñîáðàí øèðîòíî-èìïóëüñíûé ðåãóëÿòîð ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ ïî òîêó. Ñõåìíîå ðåøåíèå ñòàíäàðòíîå, îñîáåííîñòåé íå èìååò. Ðàáî÷àÿ ÷àñòîòà øèðîòíî-èìïóëüñíîãî ðåãóëÿòîðà îêîëî 10 êÃö. Íàãðóçêîé ðåãóëÿòîðà ñëóæàò äâå 12-âîëüòîâûå àâòîìîáèëüíûå ëàìïû Philips, íèòè íàêàëà êîòîðûõ (65 Âò è 55 Âò) ñîåäèíåíû ïàðàëëåëüíî, à ñàìè ëàìïû ñîåäèíåíû ïîñëåäîâàòåëüíî. Àâòî-

ÑÕÅÌÛ

Ðèñóíîê 1. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ýëåêòðîííîé íàãðóçêè.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

75

R1 C1 10ê 10ìê

DTC

CTR

7

9

10

16

15

3

11

8

12

VD1 BAT41

R3* 5ê

R8 1ê

SW1

2 R9 C2 10ê 15í

R7 5ê1

Ðåãóëèðîâêà òîêà

1

R6 4ê3

4

13

6

5

1

2

14

GND

E1

E2

+

–

FB

C2

C1

VCC

7

9

10

16

15

3

11

8

12

C6 100í

á

1ê

R11

R10 360

VT1 C3 150í* BD139

C4 1500ìê 35Â

L1 – ëàìïû Philips 12 Â/65+55 Âò

à

DTC

CTR

RT

CT

+

–

REF

DA2 TL494P

SW1 â ïîëîæåíèè «1» – òîêîâàÿ ðàçâåðòêà SW1 â ïîëîæåíèè «2» – ðó÷íîå óïðàâëåíèå òîêîì

×àñòîòà òîêîâîé ðàçâåðòêè

GND

E1

E2

+

CT

RT

–

FB

C2

C1

VCC

+

–

REF

R2 250ê

4

13

6

5

1

2

14

DA1 TL494P

+

1ê

C7 100í R12

VT2 BD140

VT3 IRF3205

R13 10

VD3 FR103

VD2 SR506

+

R14 0.08

á L1*

à

C10 6000ìê 35Â

C8 1500ìê C9 35Â 1ìê

+

+3…30 Â 0…9 À

VD4 B20100G

+12 Â

ìîáèëüíûå ëàìïû èìåþò, êàê ìèíèìóì, 30% çàïàñ ïî ìîùíîñòè, ÷òî ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü ñèñòåìó èç äâóõ ïîñëåäîâàòåëüíî âêëþ÷åííûõ ëàìï äî íàïðÿæåíèÿ â 30 Â. Ìàêñèìàëüíàÿ ìîùíîñòü, íà êîòîðîé áûëà èñïûòàíà äàííàÿ íàãðóçêà, ñîñòàâëÿåò 270 Âò â òå÷åíèå 10 ìèíóò, îäíàêî ïðè èñïîëüçîâàíèè â ðåæèìå 24×7 ìîùíîñòü íå äîëæíà ïðåâûøàòü 120–150 Âò.

Êîíñòðóêòèâíûå îñîáåííîñòè è ðåêîìåíäàöèè ïî ìîíòàæó Âíåøíèé âèä ïðèáîðà ïîêàçàí íà Ðèñóíêå 2. Ïðèáîð âûïîëíåí â êîðïóñå áëîêà ïèòàíèÿ ÀÒÕ-400W è èñïîëüçóåò øòàòíûé âåíòèëÿòîð äëÿ îõëàæäåíèÿ ëàìï. Cõåìà âåíòèëÿöèè ñîõðàíåíà èñõîäíîé – «íà âûòÿæêó».

Ðèñóíîê 2. Âíåøíèé âèä ïðèáîðà.

Ñ ïîâûøåíèåì òîêà íàãðóçêè óâåëè÷èâàåòñÿ äîëÿ ýíåðãèè, èçëó÷àåìàÿ â âèäå ñâåòîâîãî ïîòîêà, íà êîòîðûé íå âëèÿåò âåíòèëÿöèÿ. Ïîýòîìó äëÿ çàùèòû ýëåêòðîííûõ êîìïîíåíòîâ îò íàãðåâà ïðèìåíåí «ôîòîííûé îòðàæàòåëü» â âèäå ïîëèðîâàííîé àëþìèíèåâîé ïëàñòèíû òîëùèíîé 0.5 ìì. Êîìïîíåíòû, ñîåäèíåííûå íà ïðèíöèïèàëüíîé ñõåìå òîëñòûìè ëèíèÿìè, íàõîäÿòñÿ íà ìèíèìàëüíîì òåõíè÷åñêè âîçìîæíîì ðàññòîÿíèè äðóã îò äðóãà, ÷òî ñïîñîáñòâóåò ìèíèìèçàöèè ïàðàçèòíûõ èíäóêòèâíîñòåé ìîíòàæíûõ ñîåäèíåíèé, è, â ñâîþ î÷åðåäü, îãðàíè÷èâàåò âûáðîñû íà ñòîêå ñèëîâîãî òðàíçèñòîðà äî áåçîïàñíûõ çíà÷åíèé. Íàãðåâ äèîäà VD2 îòñóòñòâóåò. Íà Ðèñóíêå 3 ïîêàçàíà ôîðìà ñèãíàëà íà ñòîêå VT3 ïðè åãî çàïèðàíèè. Ïîâûøåíèå

76

Ðèñóíîê 3. Ôîðìà ñèãíàëà íà ñòîêå VT3 ïðè åãî çàïèðàíèè.

ñêîðîñòè íàðàñòàíèÿ (ñïàäà) ñèãíàëà è óìåíüøåíèå âûáðîñîâ ïðè êîììóòàöèè èìåþò âàæíîå çíà÷åíèå äëÿ ñíèæåíèÿ äèíàìè÷åñêèõ ïîòåðü. Ñ ýòîé æå öåëüþ òðàíçèñòîðû VT1 è VT2 óñòàíîâëåíû â íåïîñðåäñòâåííîé áëèçîñòè îò òðàíçèñòîðà VT3. Ïðîâîäà, âåäóùèå îò âõîäíûõ êëåìì ê 2 ñèëîâîé ÷àñòè, èìåþò ñå÷åíèå 4 ìì . Äëÿ êîíòðîëÿ òîêà, ïîòðåáëÿåìîãî ýëåêòðîííîé íàãðóçêîé îò òåñòèðóåìîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ, íà ëèöåâîé ïàíåëè ïðèáîðà óñòàíîâëåí âîëüòìåòð-àìïåðìåòð 100 Â/10 À, êóïëåííûé íà AliExpress è èìåþùèé òî÷íîñòü îêîëî 1.5% ± åäèíèöà ïîñëåäíåãî ðàçðÿäà. Ïðè ïîâòîðåíèè êîíñòðóêöèè æåëàòåëüíî ïîñòàâèòü ÷åòûðåõðàçðÿäíûé âîëüòìåòð-àìïåðìåòð, ÷òî ïîçâîëèò ïîëó÷èòü áîëåå âûñîêóþ òî÷íîñòü èçìåðåíèé. Äèîä VD4 è òðàíçèñòîð VT3 óñòàíîâëåíû 2 íà ðàäèàòîðå 20 ñì ÷åðåç ñèëèêîíîâûå ïðîêëàäêè. Òåìïåðàòóðà ðàäèàòîðà, íàõîäÿùåãîñÿ â îõëàæäàþùåì ïîòîêå âîçäóõà, íå ïðåâûøàåò 45 ãðàäóñîâ. Ýëåêòðîííàÿ ÷àñòü, çà èñêëþ÷åíèåì òðàíçèñòîðà VT3, ïèòàåòñÿ îò ñåòåâîãî àäàïòåðà íàïðÿæåíèåì 12 Â. Ðåêîìåíäóåì â êà÷åñòâå ïðîâîäîâ, ñîåäèíÿþùèõ âõîä ýëåêòðîííîé íàãðóçêè è âûõîä èññëåäóåìîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ, èñïîëüçîâàòü äâîéíîé àóäèîêàáåëü ñ ñå÷åíèåì 2 4–6 ìì . Òàêîé êàáåëü âûïîëíåí èç ýëåêòðîëèòè÷åñêîé ìåäè è îòëè÷àåòñÿ ÷ðåçâû÷àéíî íèçêèì ñîïðîòèâëåíèåì, ÷òî ïîçâîëÿåò íå òîëüêî óìåíüøèòü òåïëîâûå ïîòåðè, íî è êîíòðîëèðîâàòü âûõîäíîå íàïðÿæåíèå òåñòèðó-

ÑÕÅÌÛ

åìîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ âñòðîåííûì âîëüòìåòðîì ýëåêòðîííîé íàãðóçêè.

Ðåêîìåíäàöèè ïî íàñòðîéêå ðåæèìà òîêîâîé ðàçâåðòêè Óáåäèâøèñü â ðàáîòîñïîñîáíîñòè ïðèáîðà, ïðèñòóïàåì ê íàñòðîéêå òîêîâîé ðàçâåðòêè. Ïîäêëþ÷àåì îñöèëëîãðàô ê ñðåäíåìó âûâîäó ïåðåêëþ÷àòåëÿ SW1. Âûáèðàåì ðåæèì ðó÷íîãî óïðàâëåíèÿ è óñòàíàâëèâàåì òîê íàãðóçêè, ðàâíûé ìàêñèìàëüíîìó òîêó, ñ êîòîðûì áóäåò èñïîëüçîâàòüñÿ íàãðóçêà.  çàâèñèìîñòè îò êîíñòðóêòèâíîãî èñïîëíåíèÿ è íàçíà÷åíèÿ ýòî ìîæåò áûòü è 5 À è 10 À. Îòìå÷àåì ïîëîæåíèå ëèíèè íà ýêðàíå îñöèëëîãðàôà (óäîáíî óñòàíîâèòü â ýòî ïîëîæåíèå âòîðîé ëó÷). Ïåðåêëþ÷àåì SW1 â ïîëîæåíèå òîêîâîé ðàçâåðòêè. Èçìåíÿåì ñîïðîòèâëåíèå R3 äî òåõ ïîð, ïîêà ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå ïèëîîáðàçíîãî íàïðÿæåíèÿ ñòàíåò ðàâíî èëè ÷óòü áîëüøå îòìå÷åííîãî ðàíåå çíà÷åíèÿ. Íàñòðîéêà çàêîí÷åíà. Òåïåðü ïðè ïåðåõîäå â ðåæèì òîêîâîé ðàçâåðòêè òîê, ïîòðåáëÿåìûé íàãðóçêîé îò èññëåäóåìîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ, áóäåò ëèíåéíî èçìåíÿòüñÿ ïðàêòè÷åñêè îò íóëÿ äî óñòàíîâëåííîãî ðàíåå çíà÷åíèÿ.

Âîçìîæíîå ðàñøèðåíèå ôóíêöèîíàëà Ïðè íåîáõîäèìîñòè èñïîëüçîâàòü ýëåêòðîííóþ íàãðóçêó èìåííî äëÿ òåñòèðîâàíèÿ ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ìîäóëåé, ìîæíî äîáàâèòü ðåæèì ñòàáèëèçàöèè íàïðÿæåíèÿ, äëÿ

÷åãî çàäåéñòâîâàòü ñâîáîäíûé óñèëèòåëü îøèáêè â ìèêðîñõåìå DA2. Åñëè íåäîñòàòî÷íî ëèíåéíîé òîêîâîé ðàçâåðòêè, íóæíî äîáàâèòü åùå îäíî ïîëîæåíèå ïåðåêëþ÷àòåëÿ SW1 è âíåøíèé âõîä, íà êîòîðûé ìîæíî ïîäàâàòü ïîëîæèòåëüíûé ñèãíàë ïðîèçâîëüíîé ôîðìû îò ôóíêöèîíàëüíîãî ãåíåðàòîðà. Íàñòðîéêà ìàêñèìàëüíîãî óðîâíÿ âíåøíåãî ñèãíàëà ïðîèçâîäèòñÿ, àíàëîãè÷íî îïèñàííîé âûøå, èçìåíåíèåì ñîïðîòèâëåíèÿ ðåçèñòîðà, âêëþ÷åííîãî ìåæäó íîâûì êîíòàêòîì SW1 è âíåøíèì âõîäîì. Ìàêñèìàëüíîå ðàáî÷åå íàïðÿæåíèå ìîæíî óâåëè÷èòü èçìåíåíèåì êîëè÷åñòâà ëàìï, âêëþ÷åííûõ ïîñëåäîâàòåëüíî, è ïðèìåíåíèåì áîëåå âûñîêîâîëüòíûõ ýëåìåíòîâ â ñèëîâîé ÷àñòè.

Çàêëþ÷åíèå Çàâåðøàÿ îïèñàíèå ýëåêòðîííîé íàãðóçêè, àâòîðû ñ÷èòàþò íåîáõîäèìûì óêàçàòü íà îñíîâíîé íåäîñòàòîê äàííîãî ñõåìîòåõíè÷åñêîãî ðåøåíèÿ. Ñ ïîìîùüþ îïèñàííîãî ïðèáîðà íåëüçÿ èññëåäîâàòü áûñòðûå äèíàìè÷åñêèå ïðîöåññû â òåñòèðóåìîì èñòî÷íèêå ïèòàíèÿ. Äëÿ íåêîòîðûõ ïðèìåíåíèé ýòî êðèòè÷åñêè âàæíî. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments TL494 2. Datasheet ON Semiconductor BD139 3. Datasheet ON Semiconductor BD140 4. Datasheet Infineon IRF3205 5. Datasheet Thinki Semiconductor B20100G 6. Datasheet STMicroelectronics BAT41 7. Datasheet Won-Top FR103 8. Datasheet MCC SR506

Çàãðóçêè Âèäåîðîëèê, äåìîíñòðèðóþùèé ýëåêòðîííóþ íàãðóçêó â ðàáîòå

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

77

Ñåëåêòîð èìïóëüñîâ

ïî ÷àñòîòå Ìèõàèë Øóñòîâ, ã. Òîìñê

Ïðèâåäåíà ñõåìà óñòðîéñòâà äëÿ ñðàâíåíèÿ äâóõ âõîäíûõ ñèãíàëîâ ïî èõ ÷àñòîòå è âûäåëåíèÿ íà âûõîäå ñèãíàëà ìèíèìàëüíîé èëè ìàêñèìàëüíîé ÷àñòîòû.

ÑÑåëåêòîð èìïóëüñîâ ïî ÷àñòîòå ïîçâîëÿåò

Ñ âûõîäîâ òðèããåðîâ ñèãíàëû ïîñòóïàþò íà ïðîñòåéøèå ïðåîáðàçîâàòåëè «×àñòîòàíàïðÿæåíèå», âûïîëíåííûå ïî êëàññè÷åñêîé ñõåìå íà îñíîâå ýëåìåíòîâ C2–C5, R2, R5, VD1–VD4. Ïðåîáðàçîâàííûå òàêèì îáðàçîì ñèãíàëû ïîñòóïàþò çàòåì íà âõîäû êîìïàðàòîðà íà ìèêðîñõåìå DA2.1 LM339.  çàâèñèìîñòè îò ñîîòíîøåíèÿ íàïðÿæåíèé íà âõîäàõ êîìïàðàòîðà åãî âûõîäíîé ñèãíàë èìååò óðîâåíü ëîãè÷åñêîãî íóëÿ èëè ëîãè÷åñêîé åäèíèöû. Ê âûõîäó êîìïàðàòîðà ïîäêëþ÷åí àíàëîã ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà «ÍÅ», âûïîëíåííûé íà ïîëåâîì òðàíçèñòîðå VT1 2N7000. Íàãðóçêàìè êîìïàðàòîðà è ýêâèâàëåíòà ëîãè÷åñêîãî

ïðîèçâîäèòü ñðàâíåíèå äâóõ öèôðîâûõ ñèãíàëîâ ïî ÷àñòîòå è ïðîïóñêàòü íà âûõîä óñòðîéñòâà ñèãíàë, ÷àñòîòà êîòîðûå âûøå ëèáî, íàïðîòèâ, íèæå. Ñåëåêòîð òàêæå ñïîñîáåí ñðàâíèâàòü ÷àñòîòû àíàëîãîâûõ ñèãíàëîâ ïîñëå ïðåîáðàçîâàíèÿ èõ â öèôðîâóþ ôîðìó. Âõîäíàÿ öåïü óñòðîéñòâà, Ðèñóíîê 1, ñîäåðæèò äâà èäåíòè÷íûõ êàíàëà, êàæäûé èç êîòîðûõ ñîäåðæèò äåëèòåëè ÷àñòîòû íà D-òðèããåðàõ ìèêðîñõåìû DD1 CD4013. Íàçíà÷åíèå ýòèõ òðèããåðîâ â òîì, ÷òîáû íà âûõîäå äåëèòåëåé ÷àñòîòû ôîðìèðîâàëèñü ñèãíàëû ñêâàæíîñòüþ 2 âíå çàâèñèìîñòè îò ñêâàæíîñòè âõîäíûõ ñèãíàëîâ.

DA1.1 10

11

+15 Â 12

DD1.1 +15 Â FA A

6

S T 1 3 Q C 5 2 D Q 4 R

R1 2ê

8

S T 13 11 Q C 9 12 D Q 10 R

C1 220í

R4 2ê

14

DD1, DA1 7

2í

R2 200ê

C3 220í

3 2

DD1.2 +15 Â FB B

VD1, VD2 C2 1N4148

VD3, VD4 C4 1N4148 2í

+

8

–

4 DA2.1 LM339

1

R3 2.4ê HL1

HL2

FA < FB

FA > FB

FA¹FB ±1% Åñëè FA<FB òî FB FA>FB òî FA

VT1 2N7000 R6

R5 200ê

C5 220í

DD1 – CD4013 DA1 – CD4066

6 DA1.2

9

8

Ðèñóíîê 1. Ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà óñòðîéñòâà äëÿ ñðàâíåíèÿ äâóõ öèôðîâûõ ñèãíàëîâ ïî èõ ÷àñòîòå.

78

ÑÕÅÌÛ

ýëåìåíòà «ÍÅ» ÿâëÿåòñÿ ðåçèñòîð R3, à òàêæå ñâåòîäèîäû HL1 è HL2. Ýòè ñâåòîäèîäû èíäèöèðóþò íàëè÷èå ñèãíàëà áîëåå âûñîêîé ÷àñòîòû íà îäíîì èç âõîäîâ óñòðîéñòâà. Âûõîäíûå ñèãíàëû îò êîìïàðàòîðà è ýêâèâàëåíòà ýëåìåíòà «ÍÅ» ïîñòóïàþò íà àíàëîãîâûå êîììóòàòîðû DA1.1 è DA1.2 íà ìèêðîñõåìå CD4066. Åñëè ñèãíàë, íàïðèìåð, íà âõîäå À ïðåâûøàåò ïî ÷àñòîòå ñèãíàë íà âõîäå Â, òî íà âûõîä óñòðîéñòâà áóäåò ïðîõîäèòü ñèãíàë ñî âõîäà À (ñèãíàë áîëåå âûñîêîé ÷àñòîòû). Äëÿ âûäåëåíèÿ íà âûõîäå ñåëåêòîðà ñèãíàëà áîëåå íèçêîé ÷àñòîòû ñëåäóåò ïåðåêëþ÷èòü âõîäû êîìïàðàòîðà DA2.1 ëèáî óïðàâëÿþùèå âõîäû àíàëîãîâîãî êîììóòàòîðà DA1. Ðàçðåøàþùàÿ ñïîñîáíîñòü óñòðîéñòâà ïî ÷àñòîòå íà ðàçíûõ ó÷àñòêàõ äèàïàçîíà ñîñòàâëÿåò ±1…2%. Ðàáî÷èé äèàïàçîí ÷àñòîò îïðåäåëÿåòñÿ RC-íîìèíàëàìè ïðåîáðàçîâà-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

òåëÿ «×àñòîòà-íàïðÿæåíèå» è äëÿ óêàçàííûõ íà ñõåìå íîìèíàëîâ ïðîñòèðàåòñÿ äî 20 êÃö. Ïðåäåëüíûå ðàáî÷èå ÷àñòîòû ñåëåêòîðà îïðåäåëÿþòñÿ áûñòðîäåéñòâèåì âõîäíûõ öåïåé óñòðîéñòâà (òðèããåðîâ – äåëèòåëåé ÷àñòîòû) è êîýôôèöèåíòîì äåëåíèÿ ÷àñòîò âõîäíûõ ñèãíàëîâ. Ïðè ïåðåõîäå íà ÒÒË ìèêðîñõåìû ýòè ÷àñòîòû ìîãóò äîñòèãàòü äåñÿòêîâ ÌÃö è âûøå. Ðàçðåøàþùàÿ ñïîñîáíîñòü ñåëåêòîðà ïðè ñðàâíåíèè ÷àñòîò îïðåäåëÿåòñÿ ìàñøòàáîì ïðåîáðàçîâàíèÿ ÷àñòîòû â íàïðÿæåíèå, à òàêæå ñâîéñòâàìè èñïîëüçóåìîãî êîìïàðàòîðà. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments CD4013B 2. Datasheet Texas Instruments CD4066B 3. Datasheet Intersil LM339 4. Datasheet Microchip 2N7000

79

Ñåëåêòîð èìïóëüñîâ ïî êîýôôèöèåíòó çàïîëíåíèÿ Ìèõàèë Øóñòîâ, ã. Òîìñê

Ïðèâåäåíà ñõåìà ñðàâíåíèÿ äâóõ öèôðîâûõ ñèãíàëîâ ïî êîýôôèöèåíòó çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ è âûäåëåíèÿ íà âûõîäàõ óñòðîéñòâà ñèãíàëîâ ñ ìåíüøèì èëè áîëüøèì êîýôôèöèåíòàìè çàïîëíåíèÿ èìïóëüñà.

ÊÊîýôôèöèåíò

çàïîëíåíèÿ èìïóëüñíîãî ñèãíàëà D îïðåäåëÿåòñÿ êàê îòíîøåíèå äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà t ê åãî ïåðèîäó T: D = t/T. Ñåëåêòîð èìïóëüñîâ ïîçâîëÿåò ñðàâíèâàòü âõîäíûå öèôðîâûå ñèãíàëû ïî èõ êîýôôèöèåíòó çàïîëíåíèÿ è ïðîïóñêàòü íà ñâîè âûõîäû ñèãíàëû, èìåþùèå áîëüøèé èëè ìåíüøèé êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ èìïóëüñà. Óñòðîéñòâî, Ðèñóíîê 1, ðàáîòàåò ñëåäóþùèì îáðàçîì. Âõîäíûå ñèãíàëû ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû (âõîäû À è Â) ïîñòóïàþò íà óïðàâëÿþùèå âõîäû àíàëîãîâûõ êîììóòàòîðîâ DA1.1 è DA1.2 ìèêðîñõåìû CD4066. Ýòè àíà-

ëîãîâûå êîììóòàòîðû ÿâëÿåòñÿ ñîñòàâíîé ÷àñòüþ ïðåîáðàçîâàòåëåé êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ èìïóëüñà â íàïðÿæåíèå. Âûñîêîîìíûå ðåçèñòîðû R2 è R4 íîìèíàëîì 15 ÌÎì ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ãåíåðàòîðû ñòàáèëüíîãî òîêà.  çàâèñèìîñòè îò êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ âõîäíûõ ñèãíàëîâ íà RC-öåïî÷êàõ R7Ñ2 è R8C3 íàãðóçîê ýòèõ ãåíåðàòîðîâ áóäóò ôîðìèðîâàòüñÿ ïîñòîÿííûå íàïðÿæåíèÿ, ïðîïîðöèîíàëüíûå êîýôôèöèåíòàì çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ âõîäíûõ ñèãíàëîâ. Ñèãíàëû ñ RC-öåïî÷åê R7Ñ2 è R8C3 ïîäàþòñÿ íà âõîäû êîìïàðàòîðà DA2.1 LM339. Â

10 R2 +15 Â DA A +15 Â DB B

R1 1Ì 1 DA1.1 13

C1 220í

15Ì R4 15Ì 4 DA1.2

2

11

14

DA1

5

12

R3

+15 Â R5 2.4ê

7

R6 1Ì

3

3

2

R7 200ê

C2 510í

R8 200ê

A DA>DB

DA1.3

+ –

C3 510í

8 1 4

t HL1

HL2

DA<DB

DA2.1

DA1 – CD4066 DA2 – LM339

DA>DB T

VT1 2N7000

D = t/T

R9

6 9 DA1.4

8

B DA<DB

Ðèñóíîê 1. Ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà ñåëåêòîðà èìïóëüñîâ ïî êîýôôèöèåíòó çàïîëíåíèÿ.

80

ÑÕÅÌÛ

çàâèñèìîñòè îò ñîîòíîøåíèÿ íàïðÿæåíèé íà âõîäàõ êîìïàðàòîðà íà åãî âûõîäå áóäåò ôîðìèðîâàòüñÿ ñèãíàë ëîãè÷åñêîé åäèíèöû èëè ëîãè÷åñêîãî íóëÿ. Ê âûõîäó êîìïàðàòîðà ïîäêëþ÷åí ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò «ÍÅ», âûïîëíåííûé íà ïîëåâîì òðàíçèñòîðå VT1 2N7000. Íàãðóçêàìè êîìïàðàòîðà è ýëåìåíòà «ÍÅ» ÿâëÿþòñÿ ðåçèñòîð R5, a òàêæå âñïîìîãàòåëüíûå ýëåìåíòû – ñâåòîäèîäû HL1 è HL2, èíäèêàöèÿ êîòîðûõ ïîçâîëÿåò âèçóàëüíî îïðåäåëèòü íà êàêîì èç âõîäîâ óñòðîéñòâà êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ âûøå. Ñ âûõîäîâ êîìïàðàòîðà DA2.1 è ýëåìåíòà «ÍÅ» ñèãíàëû ïîñòóïàþò íà óïðàâëÿþùèå âõîäû àíàëîãîâûõ êîììóòàòîðîâ DA1.3 è DA1.4. Âõîäû ýòèõ êîììóòàòîðîâ ïîäêëþ÷åíû ê âõîäàì A è Â. Ïðè íàëè÷èè óïðàâëÿþùèõ ñèãíàëîâ óðîâíÿ ëîãè÷åñêîé åäèíèöû êîììóòàòîðû ïðîïóñêàþò âõîäíîé ñèãíàë íà âûõîäû A èëè Â, ñîîòâåòñòâåííî. Òàê, â ñëó÷àå, åñëè êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ ñèãíàëà íà âõîäå À ïðåâûøàåò êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ ñèãíàëà íà âõîäå B (DA > DB), íà âûõîäå êîìïàðàòîðà DA2.1 óñòàíàâëèâàåòñÿ óðîâåíü «ëîã. 1», à íà âûõîäå ýëåìåíòà «ÍÅ» – «ëîã. 0». Ñâåòîäèîä HL2 èíäèöèðóåò ñîñòîÿíèå DA > DB, àíàëîãîâûé êîììóòàòîð DA1.3 ïðîïóñêàåò íà âûõîä À ñèãíàëû ñî âõîäà À áåç èñêàæåíèé. Íà âûõîäå  ñèãíàë îòñóòñòâóåò (ðàâåí íóëþ). Ïðè âûïîëíåíèè óñëîâèÿ DA < DB ñâåòîäèîä HL1 èíäèöèðóåò ñîñòîÿíèå DA < DB, àíàëîãîâûé êîììóòàòîð DA1.4 ïðîïóñêàåò íà âûõîä  ñèãíàëû ñî âõîäà Â. Íà âûõîäå À ñèãíàë îòñóòñòâóåò.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

DA ¹ DB ±2% ïðè DA > DB UÂÕ_A UÂÕ_B UÂÛÕ_A UÂÛÕ_B ïðè DA < DB UÂÕ_A UÂÕ_B UÂÛÕ_A UÂÛÕ_B

Ðèñóíîê 2. Äèíàìèêà ýëåêòðè÷åñêèõ ïðîöåññîâ íà âõîäàõ è âûõîäàõ ñåëåêòîðà ïðè ðàçëè÷íîì ñîîòíîøåíèè êîýôôèöèåíòîâ çàïîëíåíèÿ âõîäíûõ ñèãíàëîâ.

Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàíû âàðèàíòû ïðîõîæäåíèÿ ñèãíàëîâ ïðè ðåàëèçàöèè íåðàâåíñòâà DA ¹ DB äëÿ äâóõ âàðèàíòîâ ñîîòíîøåíèÿ êîýôôèöèåíòîâ çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ ïî âõîäàì À è Â. Îñîáåííîñòüþ ðàññìîòðåííîãî ñåëåêòîðà èìïóëüñîâ ïî êîýôôèöèåíòàì çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ âõîäíûõ ñèãíàëîâ ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî ðåçóëüòàò ñðàâíåíèÿ íå çàâèñèò îò ÷àñòîòû. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments CD4066B 2. Datasheet Intersil LM339 3. Datasheet Microchip 2N7000

81

Îöèôðîâûâàéòå ñèãíàë òåðìîïàðû âîçëå òî÷êè èçìåðåíèÿ Tamer Mogannam, Maxim Integrated Products Electronic Design

ÒÒåðìîïàðû ÿâëÿþòñÿ ïîïóëÿðíûìè äàò÷èêàìè äëÿ ïðîìûøëåííîãî èçìåðåíèÿ òåìïåðàòóðû, ïîñêîëüêó îíè òî÷íû, äåøåâû, äîñòóïíû è ïîäõîäÿò äëÿ øèðîêîãî äèàïàçîíà òåìïåðàòóð. Òåðìîïàðà ñîñòîèò èç äâóõ ïðîâîäîâ èç ðàçëè÷íûõ ìåòàëëîâ èëè ìåòàëëè÷åñêèõ ñïëàâîâ, ñâàðåííûõ âìåñòå íà ÷óâñòâèòåëüíîì êîíöå (îáû÷íî íàçûâàåìîì ãîðÿ÷èì ñïàåì). Âûõîäíîé ñèãíàë òåðìîïàðû – ýòî ðàçíîñòü íàïðÿæåíèé íà äðóãèõ êîíöàõ ïðîâîäîâ (íàçûâàåìûõ õîëîäíûì ñïàåì), òåìïåðàòóðà êîòîðûõ äîëæíà ïîääåðæèâàòüñÿ ïðè èçâåñòíîì çíà÷åíèè. Åñëè ýòî òðåáóåòñÿ ïðèëîæåíèåì, õîëîäíûé ñïàé ìîæåò áûòü è òåïëåå ãîðÿ÷åãî ñïàÿ.  ýòîì ñëó÷àå ïîëÿðíîñòü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ òåðìîïàðû ïðîñòî ìåíÿåòñÿ. Òàêèì îáðàçîì, òåðìîïàðû èçìåðÿþò ðàçíîñòü òåìïåðàòóð ìåæäó èõ ãîðÿ÷èì è õîëîäíûì ñïàÿìè. ×òîáû ïîëó÷èòü àáñîëþòíóþ òåìïåðàòóðó ÷óâñòâèòåëüíîé òî÷êè ãîðÿ÷åãî ñïàÿ, íåîáõîäèìî èçìåðèòü òåìïåðàòóðó õîëîäíîãî ñïàÿ è ñîîòâåòñòâóþùèì îáðàçîì îòðåãóëèðîâàòü âûõîäíîé ñèãíàë òåðìîïàðû. Ýòîò ìåòîä íàçûâàåòñÿ êîìïåíñàöèåé õîëîäíîãî ñïàÿ. Êîãäà òåðìîïàðû âïåðâûå áûëè èñïîëüçîâàíû â ñåðåäèíå 1800-õ ãîäîâ, àáñîëþòíûå èçìåðåíèÿ âûïîëíÿëèñü ïóòåì ïîääåðæàíèÿ õîëîäíîãî ñïàÿ â ðàâíîâåñíîé ñìåñè ëüäà è äèñòèëëèðîâàííîé âîäû, ÷òî ïîçâîëÿëî óñòàíîâèòü èñòèííóþ îïîðíóþ òî÷êó 0 °C. Ñåãîäíÿ

82

èçîòåðìè÷íîñòü õîëîäíîãî ñïàÿ, ðàñïîëîæåííîãî íà âõîäå áëîêà îáðàáîòêè ñèãíàëîâ òåðìîïàðû, îáû÷íî ïîääåðæèâàåòñÿ íåáîëüøîé ïëàñòèíîé ìàòåðèàëà ñ âûñîêîé òåïëîïðîâîäíîñòüþ. Èäåàëüíûì ìàòåðèàëîì ÿâëÿåòñÿ ìåäü, òåïëîïðîâîäíîñòü êîòîðîé ðàâíà 394 Âò/(ì·Ê). Âõîäíûå ïîäêëþ÷åíèÿ äîëæíû áûòü ýëåêòðè÷åñêè èçîëèðîâàíû, íî òåðìè÷åñêè ñâÿçàíû ñ ïëàñòèíîé.  èäåàëå â ýòó èçîòåðìè÷åñêóþ ñðåäó äîëæåí áûòü âêëþ÷åí âåñü áëîê îáðàáîòêè ñèãíàëîâ. Êàê è äðóãèå ñõåìû, ðàáîòàþùèå ñ íèçêîóðîâíåâûìè ñèãíàëàìè (ñèãíàëû òåðìîïàð íàõîäÿòñÿ â äèàïàçîíå ìêÂ/°C), áëîê îáðàáîòêè ñèãíàëîâ òåðìîïàðû ÷óâñòâèòåëåí ê ýëåêòðîìàãíèòíûì ïîìåõàì (ÝÌÏ), è ñàìè ïðîâîäà òåðìîïàð ÷àñòî ÿâëÿþòñÿ ïðèåìíèêàìè ïîìåõ. ÝÌÏ óâåëè÷èâàþò îøèáêó ïðèíèìàåìîãî ñèãíàëà è ñíèæàþò òî÷íîñòü ïîëó÷åííûõ äàííûõ î òåìïåðàòóðå. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ñïåöèàëüíûé êàáåëü, íåîáõîäèìûé äëÿ òàêîãî ïîäêëþ÷åíèÿ òåðìîïàðû, ñòîèò äîðîãî, à åñëè åãî ñëó÷àéíî çàìåíèòü äðóãèì êàáåëåì, äèàãíîñòèðîâàòü ïðè÷èíó âîçíèêøåé ïðîáëåìû áóäåò òðóäíî. Îáû÷íûå âàðèàíòû ìèíèìèçàöèè ïîìåõ âêëþ÷àþò ïåðåìåùåíèå ñõåìû óïðàâëåíèÿ áëèæå ê òî÷êå èçìåðåíèÿ (ïîñêîëüêó óðîâåíü ÝÌÏ ïðîïîðöèîíàëåí äëèíå ïðîâîäîâ), äîáàâëåíèå óäàëåííîé ïëàòû ñ ëîêàëüíûì èíòåëëåêòîì ðÿäîì ñ òî÷êîé èçìåðåíèÿ èëè

ÑÕÅÌÛ

16 VCC

76.8 êÃö 9C TC 1M 10 µF

IC2B

10 R TC 11 12

10 pF

RS MR

Q3 Q4 Q5 74HC4060 Q6 Q7 IC3 Q8 Q9 Q11 Q12 Q13 GND 8

7 5 4 6 14 13 15 1 2 3

Øîòòêè 1 À 4.7 M

4.7 k 5

IC2A 0.1 µF

6

4

VCC

SCK

3

7

IC1 T+ MAX6674/5 2 SO T–

8

1

CS

GND

NC

4.7 k

Òåðìîïàðà òèïà K

RO = ZO

T– è GND ñîåäèíèòü êàê ìîæíî áëèæå ê IC1

Âèòàÿ ïàðà, èìïåäàíñ ZO 2N7000

IC2D

IC2C

Èñòî÷íèê + ïèòàíèÿ – 5Â

A Ê ïðèåìíèêó B äàííûõ

IC2 = 74HC132

Ðèñóíîê 1. Ýòà ñõåìà, ïèòàþùàÿñÿ îò èñòî÷íèêà íàïðÿæåíèÿ, íàõîäÿùåãîñÿ íà äàëüíåì êîíöå 900-ìåòðîâîãî êàáåëÿ, îöèôðîâûâàÿ âûõîäíîé ñèãíàë òåðìîïàðû âîçëå òî÷êè èçìåðåíèÿ, ìèíèìèçèðóåò âëèÿíèå ýëåêòðîìàãíèòíûõ ïîìåõ.

ââåäåíèå ñëîæíîé ôèëüòðàöèè ñèãíàëîâ è ýêðàíèðîâàíèÿ êàáåëÿ. Áîëåå õîðîøèì ðåøåíèåì áóäåò îöèôðîâêà âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ òåðìîïàðû â íåïîñðåäñòâåííîé áëèçîñòè îò ìåñòà èçìåðåíèÿ (Ðèñóíîê 1). Ýòî îñîáåííî ïîëåçíî, åñëè óïðàâëÿþùèé ìèêðîêîíòðîëëåð íàõîäèòñÿ äàëåêî îò òî÷êè èçìåðåíèÿ.  ýòîì ïðèìåðå ñõåìà îáðàáîòêè ñèãíàëîâ ñîñòîèò èç âûñîêî÷óâñòâèòåëüíîãî óñèëèòåëÿ ïîñòîÿííîãî òîêà, äàò÷èêà òåìïåðàòóðû, ñõåìû êîìïåíñàöèè õîëîäíîãî ñïàÿ, àíàëîãî-öèôðîâîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ (ÀÖÏ) ñ âíóòðåííèì èñòî÷íèêîì îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ, äåòåêòîðà/ñèãíàëèçàòîðà îáðûâà òåðìîïàðû è öèôðîâîãî âûõîäíîãî èíòåðôåéñà. Âñå ýòè ôóíêöèè ìîãóò áûòü èíòåãðèðîâàíû â íåáîëüøèå ìèêðîñõåìû, òàêèå êàê MAX6674 è MAX6675. Ñèãíàëû èõ âûõîäíûõ ïîñëåäîâàòåëüíûõ èíòåðôåéñîâ â öèôðîâîé ôîðìå ïðåäñòàâëÿþò òåìïåðàòóðó â òî÷êå èçìåðåíèÿ òåðìîïàðû. Âíóòðåííèå ñõåìû äèñêðåòèçàöèè ñèãíàëîâ òåðìîïàðû ìèêðîñõåì MAX6674/6675 àäàïòèðîâàíû äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ ñ õðîìåëüàëþìåëåâûìè òåðìîïàðàìè (òèï K). MAX6674 èìååò äèàïàçîí èçìåðåíèé îò 0 °C äî 128 °C ñ ðàçðåøåíèåì 0.125 °C, òîãäà êàê MAX6675 èçìåðÿåò òåìïåðàòóðû îò 0 °C äî 1024 °C ñ ðàçðåøåíèåì 0.25 °C. Îáå ìèêðîñõåìû èìåþò ñîâìåñòèìûé ñ SPI èíòåðôåéñ, ðàáîòàþùèé ïîä óïðàâëåíèåì ìèêðîêîíòðîëëåðà èëè àíàëîãè÷íîãî ëîêàëüíîãî èíòåëëåêòà.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

Èíòåðôåéñ SPI ìèêðîñõåìû IC1 ñèíõðîíèçèðóåòñÿ ãåíåðàòîðîì íà ìèêðîñõåìàõ IC2 è IC3, ñ ïîìîùüþ êîòîðîãî IC1 ôîðìèðóåò ïîñëåäîâàòåëüíîñòü àñèíõðîííûõ ïîñëåäîâàòåëüíûõ ñèìâîëîâ ñî ñêîðîñòüþ 4800 áîä: îäèí ñòàðòîâûé áèò, 11 áèò äàííûõ (13 äëÿ MAX6675) è îäèí ñòîïîâûé áèò. 11 (èëè 13) áèò äàííûõ âêëþ÷àþò 10 (èëè 12) áèò äâîè÷íîé èíôîðìàöèè íåïîñðåäñòâåííî î òåìïåðàòóðå (ñòàðøèé çíà÷àùèé áèò âïåðåäè) è îäèí áèò, ïðåäóïðåæäàþùèé îá îáðûâå òåðìîïàðû. Òî÷íîñòü ïîääåðæàíèÿ ñêîðîñòè ïåðåäà÷è äàííûõ ãàðàíòèðóåòñÿ êâàðöåâîé ñòàáèëèçàT

2

Ch2

2.00 V

M 400µs

A

Ch2

3.44 V

Ðèñóíîê 2. Ýòî ïîñëåäîâàòåëüíîå ñëîâî äàííûõ, ïðèõîäÿùåå íà êîíòàêòû A-B ( Ðèñóíîê 1), ïðåäñòàâëÿåò òåìïåðàòóðó 21.875 °C, èçìåðåííóþ òåðìîïàðîé íà äðóãîì êîíöå êàáåëÿ.

83

öèåé ãåíåðàòîðà. Äëÿ ïðàâèëüíîé ðàáîòû ñõåìû ÷óâñòâèòåëüíûé íàêîíå÷íèê òåðìîïàðû äîëæåí áûòü ýëåêòðè÷åñêè èçîëèðîâàí. Íåîáõîäèìî òàêæå óáåäèòüñÿ, ÷òî IC1 âñåãäà íàõîäèòñÿ â äèàïàçîíå ðàáî÷èõ òåìïåðàòóð îò –20 °C äî 85 °C. Ñõåìà ïîäêëþ÷àåòñÿ ê óäàëåííîìó èñòî÷íèêó ïèòàíèÿ è ïðèåìíèêó äàííûõ âèòîé ïàðîé, ÷åðåç êîòîðóþ ïîäàåòñÿ ïèòàíèå â ñõåìó è âîçâðàùàþòñÿ öèôðîâûå äàííûå â ïðèåìíèê. Èçìåðåíèÿ òåìïåðàòóðû âûïîëíÿþòñÿ çà îäèí öèêë ïðåîáðàçîâàíèÿ âíóòðåííåãî 10-áèòíîãî ÀÖÏ ìèêðîñõåìû IC1 è âûâî-

84

äÿòñÿ â êàáåëü â âèäå ïîñëåäîâàòåëüíîãî ñëîâà äàííûõ. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàí ïðèìåð ïåðåäà÷è ðåçóëüòàòà èçìåðåíèÿ ïî âèòîé ïàðå äëèíîé 900 ìåòðîâ. Äàííûå ïîêàçûâàþò, ÷òî òåðìîïàðà íàõîäèòñÿ â íîðìàëüíîì ðàáî÷åì ñîñòîÿíèè è èçìåðÿåò òåìïåðàòóðó 21.875 °C. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Maxim MAX6674/5 2. Datasheet Texas Instruments CD74HC132 3. Datasheet NXP 74HC4060N 4. Datasheet Microchip 2N7000

ÑÕÅÌÛ

ÐàäèîËîöìàí.Æóðíàë www.rlocman.ru/magazine Îôèöèàëüíûå âåðñèè òîëüêî çäåñü: áåç ðåãèñòðàöèè è íàçîéëèâîé ðåêëàìû, ñ âûñîêîé ñêîðîñòüþ ñêà÷èâàíèÿ.

ÐàäèîËîöìàí.Ôîðóì

www.rlocman.ru/forum

Îáñóæäàéòå ñòàòüè è íîâîñòè, îáùàéòåñü! Ïðèãëàøàåì ïðîôåññèîíàëîâ.

ÐàäèîËîöìàí.Öåíû

www.rlocman.ru/price

Ïîäáåðèòå îïòèìàëüíîãî ïîñòàâùèêà ýëåêòðîííûõ êîìïîíåíòîâ, èçìåðèòåëüíîé è ýëåêòðîííîé òåõíèêè. Öåíû, óñëîâèÿ ïîñòàâêè è äîñòàâêè.

ÐàäèîËîöìàí.Ñîö.Ñåòè Îáíîâëåíèÿ â ïðèâû÷íîì ôîðìàòå.

vk.com/rlocman facebook.com/rlocman ok.ru/rlocman twitter.com/rlocman È åùå ìíîãîå äðóãîå íà ïîðòàëå:

ÐàäèîËîöìàí. ...

www.rlocman.ru

Ñòàáèëèçàòîð ñêîðîñòè âðàùåíèÿ äâèãàòåëÿ íå íóæäàåòñÿ â òàõîìåòðå Bruce Trump EDN

ÕÕàðàêòåðèñòèêè îáðàòíîé ÝÄÑ äâèãàòåëåé ïîñòîÿííîãî òîêà óæå äàâíî èñïîëüçóþòñÿ â ðåãóëÿòîðàõ ÷èñëà îáîðîòîâ.  òàêèõ ñõåìàõ ëèíåéíûõ äðàéâåðîâ ïðèìåíÿþòñÿ ìîùíûå îïåðàöèîííûå óñèëèòåëè (ÎÓ), ñîçäàþùèå

îòðèöàòåëüíîå âûõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå, êîòîðîå ïðîòèâîäåéñòâóåò ïàäåíèþ íàïðÿæåíèÿ íà ïîñëåäîâàòåëüíîì ñîïðîòèâëåíèè äâèãàòåëÿ [1]. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 äåìîíñòðèðóåò ðåàëèçàöèþ ýòîãî ìåòîäà êîíòðîëÿ ñêî-

10…60 Â 10 µF ÒÀÍÒÀËÎÂÛÉ

+

1N4001

1

RM ÝÄÑ

5

DRV101 6

ØÈÌ IC2

4.5…36 Â

3 R5 1k D1 0 TO 200 ìêÀ

–

VIN

R1

IC1 OPA237

+

ÄÂÈÃÀÒÅËÜ ÏÎÑÒÎßÍÍÎÃÎ ÒÎÊÀ

4 IM D2

2 × 1N4148

Q1 2N7000

470k

10k R2 15k

R3 1k

R4 10k

20 nF

RS 1

Ðèñóíîê 1. Íàïðÿæåíèå ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè, ñíèìàåìîå ñ òîêîèçìåðèòåëüíîãî ðåçèñòîðà RS, óâåëè÷èâàåò êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ ØÈÌ-êîíòðîëëåðà IC2 äëÿ ñòàáèëèçàöèè ÷àñòîòû âðàùåíèÿ äâèãàòåëÿ ïðè èçìåíÿþùåéñÿ íàãðóçêå.

86

ÑÕÅÌÛ

ðîñòè ñ èñïîëüçîâàíèåì ØÈÌ-óïðàâëåíèÿ, ñíèæàþùåãî ìîùíîñòü, ðàññåèâàåìóþ â ñõåìå äðàéâåðà. Óïðàâëÿþùåå íàïðÿæåíèå VIN óñòàíàâëèâàåò ñêîðîñòü âðàùåíèÿ, à ýëåìåíòû IC1, Q1 è R3 ïðåîáðàçóþò VIN â òîê îò 0 äî 200 ìêÀ. Èñòî÷íèê òîêà óïðàâëÿåò êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ äðàéâåðà ØÈÌ ìèêðîñõåìû IC2 (âûâîä 3). Ýëåìåíòû D1, D2 è R5 ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ çàùèòû ñõåìû îò ÷ðåçìåðíî íèçêîãî âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, ñïîñîáíîãî âûçâàòü èíâåðñèþ êîíòóðà ðåãóëèðîâàíèÿ. Òîê äâèãàòåëÿ èäåò â îáùèé ïðîâîä ÷åðåç âíóòðåííèé êëþ÷åâîé òðàíçèñòîð ìèêðîñõåìû IC2 è ÷åðåç òîêîèçìåðèòåëüíûé ðåçèñòîð RS. Ñõåìà ôèëüòðóåò è ìàñøòàáèðóåò íàïðÿæåíèå, ïàäàþùåå íà òîêîèçìåðèòåëüíîì ðåçèñòîðå, ÷òîáû ñôîðìèðîâàòü ñèãíàë ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè, ïîäàâàåìûé íà âõîä ñõåìû ÷åðåç ðåçèñòîð R2. Ïðè ïîäõîäÿùåé ãëóáèíå ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè ðîñò íàãðóçêè íà äâèãàòåëü óâåëè÷èâàåò òîê äâèãàòåëÿ, ÷òî, â ñâîþ î÷åðåäü, óâåëè÷èâàåò êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ äðàéâåðà äëÿ ïîääåðæàíèÿ ïîñòîÿíñòâà ñêîðîñòè.

IM – òîê äâèãàòåëÿ, V+ – íàïðÿæåíèå íà íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå IC1. Ýòà ìîäåëü ïðåíåáðåãàåò ïîòåðÿìè â êîììóòàòîðå ìèêðîñõåìû IC2. Òàêèå ïîòåðè, â çàâèñèìîñòè îò íàïðÿæåíèÿ èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ, ìîãóò ñóùåñòâåííî âëèÿòü íà òðåáóåìûå õàðàêòåðèñòèêè öåïè îáðàòíîé ñâÿçè.  îòëè÷èå îò ðåàëèçàöèè ñõåìû íà ìîùíîì ÎÓ, íà ýòîò âõîäÿùèé â êîíòóð ðåãóëèðîâàíèÿ ØÈÌêîíòðîëëåð âëèÿåò àáñîëþòíîå çíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ. Ïîòåðè íàïðÿæåíèÿ ïðè ïåðåêëþ÷åíèè íå ÿâëÿþòñÿ ÷èñòî ðåçèñòèâíûìè, è èõ ñëîæíî ñìîäåëèðîâàòü. Íà ïðàêòèêå ìîæíî îïòèìèçèðîâàòü óïðàâëåíèå ñêîðîñòüþ, íàñòðîèâ ãëóáèíó ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè ñ ïîìîùüþ ïîòåíöèîìåòðà R4. Ïðè ïðàâèëüíîé ðåãóëèðîâêå ñêîðîñòü äâèãàòåëÿ îñòàåòñÿ îòíîñèòåëüíî ïîñòîÿííîé ïðè çíà÷èòåëüíûõ èçìåíåíèÿõ íàãðóçêè. Õîòÿ òî÷íîñòü ýòîãî íåäîðîãîãî ìåòîäà íèæå, ÷åì îáåñïå÷èâàþò èñòèííûå êîíòðîëëåðû ñ ñèãíàëîì îáðàòíîé ñâÿçè, ïîëó÷àåìûì îò òàõîìåòðà, îí çíà÷èòåëüíî ëó÷øå ïðîñòîãî óïðàâëåíèÿ ïî íàïðÿæåíèþ. ÐË

Ññûëêà ö æ R1 öæ V+ ÷÷ . ÷÷çç IM (RM + R S ) = IMR S çç è R1 + R 2 øè R 3 ´ 200 ìêÀ ø Óðàâíåíèå áàëàíñà ñêîðîñòè èìååò âèä ãäå RM – ñîïðîòèâëåíèå äâèãàòåëÿ,

1. Burr-Brown Applications Bulletin AB-152

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments DRV101 2. Datasheet Texas Instruments OPA237 3. Datasheet Microchip 2N7000

87

Îòðèöàòåëüíûé ðåçèñòîð íåéòðàëèçóåò íàãðóçêó îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ Elliott Simons EDN

ÒÒî÷íûå

îïåðàöèîííûå óñèëèòåëè (ÎÓ) èìåþò áîëüøîé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ áåç îáðàòíîé ñâÿçè, íèçêèå íàïðÿæåíèå è òîê ñìåùåíèÿ, íèçêèå óðîâíè øóìîâ íàïðÿæåíèÿ è òîêà, à òàêæå íèçêèå èñêàæåíèÿ. Îäíàêî èì ÷àñòî íå õâàòàåò âîçìîæíîñòè îáåñïå÷èâàòü áîëüøèå âûõîäíûå òîêè ïðè ñîõðàíåíèè âûñîêîé òî÷íîñòè âñåõ îñòàëüíûõ õàðàêòåðèñòèê. Äðóãèìè ñëîâàìè, íèçêîîìíûå íàãðóçêè ÿâëÿþòñÿ ïðîáëåìîé äëÿ âûñîêîòî÷íûõ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé. Îäíèì èç ðåøåíèé ïðîáëåìû ÿâëÿåòñÿ «íåéòðàëèçàöèÿ» íàãðóçêè. Åñëè ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòèâíîé íàãðóçêè ðàâíî R Îì, è âû ïîäêëþ÷èòå åå ïàðàëëåëüíî îòðèöàòåëüíîìó ñîïðîòèâëåíèþ –R Îì, ñîïðîòèâëåíèå ïàðàëëåëüíîãî ñîåäèíåíèÿ áóäåò áåñêîíå÷íûì. Ñõåìà ñ îòðèöàòåëüíûì âõîäíûì ñîïðîòèâëåíèåì ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 1:

RIN = -RNF

è

RIN =

VIN R = -RNF 1 .

IIN R2

Ïðàêòè÷åñêàÿ ðåàëèçàöèÿ êîíöåïöèè ïðåäñòàâëåíà íà Ðèñóíêå 2. Íà ïåðâîì îïåðàöèîííîì óñèëèòåëå ñîáðàí áóôåð ñ åäèíè÷íûì óñèëåíèåì, à íà âòîðîì – ñèëüíîòî÷íûé øèðîêîïîëîñíûé äðàéâåð ñ êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ, ðàâíûì 2. Ïîñêîëüêó âî âòîðîì êàñêàäå ñ îòðèöàòåëüíûì ñîïðîòèâëåíèåì R1 = R2, åãî âõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå ðàâíî –RNF = –200 Îì, ÷òî ïî àáñîëþòíîé âåëè÷èíå ñîîòâåòñòâóåò âåëè÷èíå ñîïðîòèâëåíèÿ íàãðóçêè òî÷íîãî áóôåðà. Åñëè ýòè âåëè÷èíû èäåàëüíî ñîâïàäàþò, äðàéâåð ñî ñòîðîíû âûõîäà VOUT áóäåò âîñïðèíèìàòüñÿ îáðûâîì. Âõîäíîé áóôåð ïîäêëþ÷åí ê íåèíâåðòèðóþ-

R1 .

R2

R2

Âûâåñòè ýòó ôîðìóëó ìîæíî ñëåäóþùèì îáðàçîì:

R1 – VOUT

æ R ö VOUT = VIN çç1 + 2 ÷÷ , è R1 ø

+ RIN VIN IIN

IIN =

88

VIN - VOUT V R = - IN × 2 RNF RNF R1

IIN

RNF

Ðèñóíîê 1. Ñî ñòîðîíû âõîäà ýòà ñõåìà èìååò îòðèöàòåëüíîå ñîïðîòèâëåíèå.

ÑÕÅÌÛ

10 Â R2 500

R1 – 500

+

200 RNF 5Â –

ÄÐÀÉÂÅÐ Ñ ÓÑÈËÅÍÈÅÌ 2 MAX4014 VOUT

VIN

+ ÍÀÃÐÓÇÊÀ 200 ÒÎ×ÍÛÉ ÎÓ MAX4250

Ðèñóíîê 2. Ïîäêëþ÷åíèå îòðèöàòåëüíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ïàðàëëåëüíî íàãðóçêå ïîçâîëÿåò ïðåöèçèîííîìó îïåðàöèîííîìó óñèëèòåëþ ðàáîòàòü ñ íèçêîîìíûìè íàãðóçêàìè.

ùåìó âõîäó âòîðîãî óñèëèòåëÿ, à âõîä ñ îòðèöàòåëüíûì ñîïðîòèâëåíèåì âòîðîãî óñèëèòåëÿ óïðàâëÿåò íàãðóçêîé. Îøèáêè óñèëåíèÿ, äîïóñòèìûå çíà÷åíèÿ âûõîäíîãî òîêà è ðàññîãëàñîâàíèå ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ îãðàíè÷èâàþò ìèíèìàëüíîå ñîïðîòèâëåíèå, ñ êîòîðûì ìîæåò ðàáîòàòü ñõåìà, íî íàãðóçêîé 200 Îì îíà óïðàâëÿåò ëåãêî. Ýòà íàãðóçêà

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

íà ïîðÿäîê íèæå òîé, êîòîðóþ ñàìîñòîÿòåëüíî ìîæåò âûäåðæàòü òî÷íûé óñèëèòåëü áåç óõóäøåíèÿ õàðàêòåðèñòèê. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî îøèáêà óñèëåíèÿ âòîðîãî ÎÓ, íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ è òîê ñìåùåíèÿ íå âëèÿþò íà òî÷íîñòü ïåðâîãî ÎÓ. Ïåðåõîäíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ýòîé ñõåìû ãëàäêàÿ è íå èìååò âûáðîñîâ èëè çâîíà. Îïèñàííîå ðåøåíèå îäèíàêîâî õîðîøî ðàáîòàåò è â ñëó÷àå äâóïîëÿðíîãî ïèòàíèÿ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé, ïîñêîëüêó ÷àñòü ñõåìû, èìåþùàÿ îòðèöàòåëüíîå ñîïðîòèâëåíèå, ìîæåò êàê îòäàâàòü, òàê è ïðèíèìàòü òîê. Åñëè ÎÓ äðàéâåðà íå èìååò âíóòðåííèõ ðåçèñòîðîâ, çàäàþùèõ åãî óñèëåíèå, ìîæíî óñòàíîâèòü åãî íåèíâåðòèðóþùèé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ áëèæå ê åäèíèöå, òåì ñàìûì, ïîçâîëÿÿ îáîèì îïåðàöèîííûì óñèëèòåëÿì èñïîëüçîâàòü îäèí èñòî÷íèê ïèòàíèÿ. Ýòîò ïîäõîä îãðàíè÷èâàåò ðàçìàõ âûõîäíîãî ñèãíàëà òî÷íîãî îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ, íî â äàííîì ïðèëîæåíèè òàêîå îãðàíè÷åíèå ìîæåò áûòü ïðèåìëåìûì. ×òîáû îáåñïå÷èòü ïîëíîå èñïîëüçîâàíèå ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ òî÷íîãî ÎÓ, óñèëèòåëü äðàéâåðà äîëæåí èìåòü ãîðàçäî áîëåå øèðîêóþ ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Maxim MAX4014 2. Datasheet Maxim MAX4250

89

Ñõåìà àâòîìàòè÷åñêîé ðåãóëèðîâêè ÿðêîñòè ñâåòîâîé ìåòêè êîëëèìàòîðíîãî ïðèöåëà Stephen Woodward EDN

ÏÏîïóëÿðíîé êàòåãîðèåé ñðåäñòâ ïðèöåëèâàíèÿ/íàâåäåíèÿ ÿâëÿåòñÿ êîëëèìàòîðíûé ïðèöåë èëè «êðàñíàÿ òî÷êà». Ýòà ñèñòåìà íàõîäèò ïðèìåíåíèå â òàêèõ äàëåêèõ äðóã îò äðóãà îáëàñòÿõ, êàê àñòðîíîìèÿ è ñòðåëüáà èç ëóêà èëè îãíåñòðåëüíîãî îðóæèÿ.  êîëëèìàòîðíîì ïðèöåëå ñâåò îò âíóòðåííåãî èñòî÷íèêà – îáû÷íî ñâåðõÿðêîãî êðàñíîãî ñâåòîäèîäà – îòðàæàåòñÿ îò èçîãíóòîãî ïðî-

çðà÷íîãî îïòè÷åñêîãî (îòðàæàþùåãî) ýëåìåíòà, ÷åðåç êîòîðûé âû âèäèòå öåëü. Ðåçóëüòàòîì òàêîé ãåîìåòðèè ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî èçîáðàæåíèå ñâåòîäèîäà (êðàñíàÿ òî÷êà) íàêëàäûâàåòñÿ íà èçîáðàæåíèå öåëè, óêàçûâàÿ, òàêèì îáðàçîì, íà òî÷êó ïðèöåëèâàíèÿ. Ïðè ïðàâèëüíîé íàñòðîéêå òî÷êè ïðèöåëèâàíèÿ òåëåñêîïà, ëóêà èëè ðóæüÿ èçîáðàæåíèÿ öåëè è ñâåòîäèîäà ñîâïàäàþò. Êîëëèìàòîð-

IL

ÑÂÅÒÎÄÈÎÄ ÏÐÈÖÅËÜÍÎÉ ÌÀÐÊÈ 100 R2

ÑÂÅÒÎÂÎÉ ÝÊÐÀÍ Q1 L14Q1

ÎÊÐÓÆÀÞÙÈÉ ÑÂÅÒ

+

IP ÊÎËËÅÊÒÎÐ ÍÅ ÏÎÄÊËÞ×ÅÍ Q3 2N3904 ÏÐÈÌÅ×ÀÍÈÅ: ÏÎËÅ ÇÐÅÍÈß ÔÎÒÎÄÅÒÅÊÒÎÐÀ ÀÍÀËÎÃÈ×ÍÎ ÏÎËÞ ÇÐÅÍÈß ÊÎËËÈÌÀÒÎÐÍÎÃÎ ÏÐÈÖÅËÀ.

100k R1

9 500 ìÀ·÷

Q2 2N3904

ÐÅÃÓËÈÐÎÂÊÀ ÑÎÎÒÍÎØÅÍÈß ÒÎÊÎÂ

Ðèñóíîê 1. Ýòà ïðîñòàÿ ñõåìà àâòîìàòè÷åñêè ðåãóëèðóåò ÿðêîñòü êðàñíîé òî÷êè â êîëëèìàòîðíûõ ïðèöåëàõ.

90

ÑÕÅÌÛ

íûé ïðèöåë èìååò ðÿä ïðåèìóùåñòâ ïåðåä êîíêóðèðóþùèìè òåõíîëîãèÿìè ïðèöåëèâàíèÿ, òàêèìè êàê òåëåñêîïè÷åñêèå è îòêðûòûå ïðèöåëû. Ýòè ïðåèìóùåñòâà âêëþ÷àþò áûñòðûé è èíòóèòèâíî ïîíÿòíûé çàõâàò öåëè, íåêðèòè÷íîå ïîëîæåíèå ãëàç è øèðîêîå ïîëå çðåíèÿ. Äëÿ äîñòèæåíèÿ íàèëó÷øèõ õàðàêòåðèñòèê ïðèöåëà èíòåíñèâíîñòü èñòî÷íèêà ñâåòÿùåéñÿ êðàñíîé òî÷êè äîëæíà õîòÿ áû ïðèìåðíî ñîîòâåòñòâîâàòü óðîâíþ îñâåùåííîñòè öåëè.  ïðîòèâíîì ñëó÷àå, åñëè èñòî÷íèê ñëèøêîì òóñêëûé, òî÷êà ïðèöåëèâàíèÿ òåðÿåòñÿ íà ôîíå ÿðêîé öåëè. Åñëè æå òî÷êà ñëèøêîì ÿðêàÿ, åå âèäèìûé ðàçìåð óâåëè÷èâàåòñÿ, çàêðûâàÿ òî÷êó ïðèöåëèâàíèÿ è äåëàÿ òî÷íîå íàâåäåíèå çàòðóäíèòåëüíûì èëè íåâîçìîæíûì. Ïî ýòîé ïðè÷èíå áîëüøèíñòâî êîëëèìàòîðíûõ ïðèöåëîâ òðåáóþò ðó÷íîé ðåãóëèðîâêè ñèëû ñâåòà èñòî÷íèêà. È õîòÿ ýòà ðåãóëèðîâêà äîñòàòî÷íî ýôôåêòèâíà, âðåìÿ è âíèìàíèå, íåîáõîäèìûå äëÿ ðó÷íîé îïòèìèçàöèè èíòåíñèâíîñòè, îòâëåêàþò îò áûñòðûõ è èíòóèòèâíî ïîíÿòíûõ äåéñòâèé ïî îáíàðóæåíèÿ öåëè ñ ïîìîùüþ êðàñíîé òî÷êè.  ñõåìå íà Ðèñóíêå 1 äëÿ èçìåðåíèÿ îñâåùåííîñòè öåëè è àâòîìàòè÷åñêîé ðåãóëèðîâêè ÿðêîñòè ñâåòîäèîäà èñïîëüçóåòñÿ ôîòîòðàíçèñòîð Q1. Ñõåìà ïîääåðæèâàåò ïðàêòè÷åñêè íåèçìåííûé ðàçìåð òî÷êè â øèðîêîì äèàïàçîíå óðîâíåé âíåøíåé îñâåùåííîñòè. Ïîòåíöèîìåòð R1 äåëèò ôîòîòîê IP ôîòîòðàíçèñòîðà Q1 ìåæäó äðàéâåðîì ñâåòîäèîäà Q2 è òðàíçèñòîðîì ñìåùåíèÿ Q3 (âêëþ÷åííûì äèîäîì). Òàêèì îáðàçîì, ðåãóëèðîâêîé

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

R1 óñòàíàâëèâàåòñÿ ñîîòíîøåíèå ìåæäó òîêîì âîçáóæäåíèÿ ñâåòîäèîäà IL è óðîâíåì âíåøíåé îñâåùåííîñòè (îñâåùåííîñòè öåëè) â äèàïàçîíå îò 1 äî b, ãäå b – êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è òîêà òðàíçèñòîðà Q2 (áîëüøå 100). Ïðîòîòèï ñõåìû ðåãóëèðîâêè èíòåíñèâíîñòè áûë çàêëþ÷åí â íåáîëüøîé ïëàñòèêîâûé êîðïóñ, ïðèêðåïëåííûé ñáîêó ê 30-ìèëëèìåòðîâîìó îáúåêòèâó êîëëèìàòîðíîãî ïðèöåëà Tech Force model 90 êîìïàíèè Compasseco. Ñâåòîâîé ýêðàí èìèòèðóåò ïîëå çðåíèÿ ïðèöåëà, ïîýòîìó ñâåò, âîñïðèíèìàåìûé ôîòîòðàíçèñòîðîì Q1, ñîîòâåòñòâóåò èíòåíñèâíîñòè îñâåùåííîñòè öåëè, âèäèìîé ÷åðåç ïðèöåë. Íàäëåæàùàÿ ðåãóëèðîâêà R1 õîðîøî êîìïåíñèðóåò ÿðêîñòü òî÷êè â øèðîêîì äèàïàçîíå óðîâíåé âíåøíåé çàñâåòêè, ñîçäàâàåìîé êàê ëàìïàìè íàêàëèâàíèÿ, òàê è åñòåñòâåííûì ñâåòîì. Ñõåìà ýôôåêòèâíî ïîääåðæèâàåò ïîñòîÿííûé óãëîâîé äèàìåòð òî÷êè, ðàâíûé 4 óãëîâûì ìèíóòàì, è ïðè çàòÿíóòîì ïëîòíûìè òó÷àìè íåáå, è ïðè ÿðêîì ñîëíå÷íîì ñâåòå. Ñõåìà òàêæå îáåñïå÷èâàåò àíàëîãè÷íûå õàðàêòåðèñòèêè â ïîìåùåíèÿõ, îñâåùàåìûõ ëàìïàìè íàêàëèâàíèÿ. Îäíàêî êîìïåíñàöèÿ ïðè îñâåùåíèè ëþìèíåñöåíòíûìè ëàìïàìè ìåíåå óäîâëåòâîðèòåëüíà èç-çà îòñóòñòâèÿ àäåêâàòíîé áëèæíåé èíôðàêðàñíîé ñîñòàâëÿþùåé â ñïåêòðå ýòèõ èñòî÷íèêîâ ñâåòà. Âåðîÿòíî, ýòîò íåäîñòàòîê ìîæíî áûëî áû óñòðàíèòü, ïîìåñòèâ ïåðåä Q1 ïîäõîäÿùèé ôèëüòð âèäèìîãî ñâåòà. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Fairchild L14Q1

91

Äîáàâëåíèå àâòîìàòè÷åñêîãî îòêëþ÷åíèÿ ïèòàíèÿ ê ðåãóëÿòîðó êîëëèìàòîðíîãî ïðèöåëà Stephen Woodward EDN

Ê

Êîëëèìàòîðíûé ïðèöåë èëè «êðàñíàÿ òî÷êà» ÿâëÿåòñÿ ïîïóëÿðíîé êàòåãîðèåé ñðåäñòâ ïðèöåëèâàíèÿ/ íàâåäåíèÿ, êîòîðîå íàõîäèò ïðèìåíåíèå â àñòðîíîìèè, ñòðåëüáå èç ëóêà, ñòðåëüáå èç îãíåñòðåëüíîãî îðóæèÿ ò. ä.  êîëëèìàòîðíîì ïðèöåëå ñâåò èñòî÷íèêà –

îáû÷íî ñâåðõÿðêîãî êðàñíîãî ñâåòîäèîäà – îòðàæàåòñÿ îò èçîãíóòîãî ïðîçðà÷íîãî îïòè÷åñêîãî (îòðàæàþùåãî) ýëåìåíòà, ÷åðåç êîòîðûé âû âèäèòå öåëü.  ðåçóëüòàòå èçîáðàæåíèå ñâåòîäèîäà (êðàñíàÿ òî÷êà) íàêëàäûâàåòñÿ íà èçîáðàæåíèå öåëè, óêàçûâàÿ, òàêèì

IL 100 R2

ÑÂÅÒÎÄÈÎÄ ÏÐÈÖÅËÜÍÎÉ ÌÀÐÊÈ

ÑÂÅÒÎÂÎÉ ÝÊÐÀÍ Q1 L14Q1

ÎÊÐÓÆÀÞÙÈÉ ÑÂÅÒ

+

9 500 ìÀ·÷

IP ÊÎËËÅÊÒÎÐ ÍÅ ÏÎÄÊËÞ×ÅÍ Q3 2N3904

100k R1

Q2 2N3904

ÐÅÃÓËÈÐÎÂÊÀ ÑÎÎÒÍÎØÅÍÈß ÒÎÊÎÂ

Ðèñóíîê 1. Ýòà ïðîñòàÿ ñõåìà àâòîìàòè÷åñêè ðåãóëèðóåò ÿðêîñòü êðàñíîé òî÷êè â êîëëèìàòîðíûõ ïðèöåëàõ.

92

ÑÕÅÌÛ

îáðàçîì, íà òî÷êó ïðèöåëèâàíèÿ. Êîëëèìàòîðíûé ïðèöåë èìååò ðÿä ïðåèìóùåñòâ ïåðåä òåëåñêîïè÷åñêèìè è îòêðûòûìè ïðèöåëàìè, âêëþ÷àÿ áûñòðîå è èíòóèòèâíî ïîíÿòíîå îáíàðóæåíèå öåëè è øèðîêèé óãîë îáçîðà. Äëÿ äîñòèæåíèÿ íàèëó÷øèõ õàðàêòåðèñòèê èíòåíñèâíîñòü èñòî÷íèêà ñâåòÿùåéñÿ êðàñíîé òî÷êè äîëæíà õîòÿ áû ïðèìåðíî ñîîòâåòñòâîâàòü óðîâíþ îñâåùåííîñòè öåëè. Åñëè èñòî÷íèê ñëèøêîì òóñêëûé, òî÷êà ïðèöåëèâàíèÿ òåðÿåòñÿ íà ôîíå ÿðêîé öåëè, à åñëè ñëèøêîì ÿðêàÿ, ïÿòíî «ðàñïîëçàåòñÿ», çàêðûâàÿ òî÷êó ïðèöåëèâàíèÿ è äåëàÿ òî÷íîå íàâåäåíèå çàòðóäíèòåëüíûì èëè íåâîçìîæíûì. Õîòÿ ðó÷íàÿ ðåãóëèðîâêà ÿðêîñòè òî÷êè ðàáîòàåò, îíà îòâëåêàåò îò áûñòðûõ è èíòóèòèâíî ïîíÿòíûõ äåéñòâèé ïî îáíàðóæåíèÿ öåëè ñ ïîìîùüþ êðàñíîé òî÷êè, ÷òî äåëàåò àâòîìàòè÷åñêóþ ðåãóëèðîâêó áîëåå ïðåäïî÷òèòåëüíîé. Òàêàÿ ñõåìà àâòîìàòè÷åñêîé ðåãóëèðîâêè áûëà ïðîäåìîíñòðèðîâàíà â ñòàòüå, âïåðâûå îïóáëèêîâàííîé â EDN ïî÷òè 19 ëåò íàçàä [1], íî òàì åùå îñòàâàëîñü ìåñòî äëÿ íåêîòîðûõ óëó÷øåíèé. ×òîáû îöåíèòü ýòè óëó÷øåíèÿ, äàâàéòå ñíà÷àëà ïîñìîòðèì íà èñõîäíóþ ñõåìó, ïîêàçàííóþ íà Ðèñóíêå 1. Ôîòîòðàíçèñòîð Q1 îïðåäåëÿåò óðîâåíü îñâåùåííîñòè öåëè è èñïîëü-

çóåò åãî äëÿ àâòîìàòè÷åñêîé ðåãóëèðîâêè òîêà ñâåòîäèîäà è èíòåíñèâíîñòè ïîäñâåòêè, ïîääåðæèâàÿ ïðè ýòîì ïðàêòè÷åñêè íåèçìåííûé ðàçìåð òî÷êè â øèðîêîì äèàïàçîíå óðîâíåé âíåøíåé îñâåùåííîñòè. Ïîòåíöèîìåòð R1 äåëèò ôîòîòîê IP ôîòîòðàíçèñòîðà Q1 ìåæäó äðàéâåðîì ñâåòîäèîäà Q2 è òðàíçèñòîðîì ñìåùåíèÿ Q3 (âêëþ÷åííûì äèîäîì). Ïîëîæåíèå äâèæêà ïîòåíöèîìåòðà R1 îïðåäåëÿåòñÿ îäèí ðàç â ïðîöåññå êàëèáðîâêè ïîñëå ñáîðêè ñõåìû è çàäàåò ñîîòíîøåíèå ìåæäó òîêîì äðàéâåðà ñâåòîäèîäà IL è èíòåíñèâíîñòüþ îêðóæàþùåãî ñâåòà. Ïîñêîëüêó ñâåòîâîé ýêðàí ñîâìåùåí ñ ïðèöåëîì è ïðèìåðíî ïîâòîðÿåò åãî ïîëå îáçîðà, ôîòîòðàíçèñòîð Q1 ïîëó÷àåò ðåïðåçåíòàòèâíîå ñðåäíåå çíà÷åíèå óðîâíÿ îñâåùåííîñòè öåëè.  ðåçóëüòàòå îäíîêðàòíàÿ êàëèáðîâêà R1 äàñò ãàðàíòèþ, ÷òî âèäèìàÿ ÿðêîñòü òî÷êè áóäåò îñòàâàòüñÿ îòíîñèòåëüíî ïîñòîÿííîé â øèðîêîì äèàïàçîíå óðîâíåé ïàäàþùåãî ñâåòà. Îðèãèíàëüíàÿ êîíñòðóêöèÿ óñïåøíî èñïîëüçîâàëàñü ñ ìîìåíòà åå ðàçðàáîòêè 20 ëåò íàçàä. Íî ìàëî êàêàÿ ñòàðàÿ ëèëèÿ íå âûèãðàåò îò íîâîé ïîçîëîòû. Îäíèì èç íåäîñòàòêîâ îðèãèíàëüíîé êîíñòðóêöèè ÿâëÿåòñÿ íåîáõîäèìîñòü óñòàíîâêè íà îáúåêòèâ íåïðîçðà÷íîé êðûøêè,

ÑÅÍÑÎÐÍÀß ÏËÎÙÀÄÊÀ

RZM001P02T2L IL Q4

ÑÂÅÒÎÄÈÎÄ ÏÐÈÖÅËÜÍÎÉ ÌÀÐÊÈ 100 R2 ÑÂÅÒÎÂÎÉ ÝÊÐÀÍ Q1 L14Q1 ÎÊÐÓÆÀÞÙÈÉ ÑÂÅÒ

+

9 500 ìÀ·÷ D2 1N5400 C1

0.1µF R3

R7

20M

1M

R

IP

Q3 2N3904

Q2 2N3904

ÐÅÃÓËÈÐÎÂÊÀ ÑÎÎÒÍÎØÅÍÈß ÒÎÊÎÂ

…

R T

9

10 8

100k R1

T

D1 11

ÊÎËËÅÊÒÎÐ ÍÅ ÏÎÄÊËÞ×ÅÍ

CD4060B

16

CLR 12

R5

1N4148 R6

R4 1M

1M C2

1M

ÒÀÉÌÀÓÒ ~1 ×ÀÑ

3 2

13

0.1µF

Ðèñóíîê 2.  óñîâåðøåíñòâîâàííîé ñõåìå åñòü ÊÌÎÏ òàéìåð îòêëþ÷åíèÿ ïèòàíèÿ, îòñîåäèíÿþùèé áàòàðåþ ïîñëå îäíîãî ÷àñà áåçäåéñòâèÿ.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

93

êîòîðàÿ äîëæíà çàêðûâàòü âõîäíîé ñâåòîâîé ïîðò, êîãäà îí íå èñïîëüçóåòñÿ. Ýòî íåîáõîäèìî, ÷òîáû èçáåæàòü ïðåæäåâðåìåííîé ðàçðÿäêè áàòàðåè, åñëè ïðèöåë äîëãî íàõîäèòñÿ ïîä ÿðêèì ñâåòîì. Êîíå÷íî æå, ìîæíî äîáàâèòü ïðîñòîé ðó÷íîé âûêëþ÷àòåëü, íî ïîëüçà îò íåãî áóäåò òîëüêî â òîì ñëó÷àå, åñëè âû íå áóäåòå çàáûâàòü åãî èñïîëüçîâàòü, à çàáûòü î÷åíü ëåãêî. Àâòîìàòè÷åñêîå ðåøåíèå îáåñïå÷èâàåò ïîêàçàííàÿ íà Ðèñóíêå 2 óñîâåðøåíñòâîâàííàÿ ñõåìà, â êîòîðóþ äîáàâëåí ÊÌÎÏ òàéìåð îòêëþ÷åíèÿ ïèòàíèÿ, îòñîåäèíÿþùèé áàòàðåþ ïîñëå îäíîãî ÷àñà áåçäåéñòâèÿ. Îñíîâó òàéìåðà ñîñòàâëÿåò ïî÷òåííàÿ (ëàäíî, äðåâíÿÿ) ÊÌÎÏ ìèêðîñõåìà ñ ìåòàëëè÷åñêèì çàòâîðîì 14-ðàçðÿäíîãî äâîè÷íîãî ñ÷åò÷èêà/ ãåíåðàòîðà 4060B. Âõîäíûå êàñêàäû 4060B îáðàçóþò ñòðîáèðóåìûé ãåíåðàòîð, â äàííîì ñëó÷àå ñ ïåðèîäîì ïðèìåðíî 0.44 ñ, çàäàâàåìûì öåïüþ C2, D1, R4-R6. Âûõîäíîé ñèãíàë ïîñòóïàåò íà âíóòðåííèé 14-ðàçðÿäíûé äâîè÷íûé ñ÷åò÷èê óñòðîéñòâà, êîòîðûé óìíîæàåò ïåðèîä èìïóëüñîâ ãåíåðàòîðà íà 8192, ÷òîáû ïîëó÷èòü íîìèíàëüíîå çíà÷åíèå èíòåðâàëà âêëþ÷åíèÿ 3600 ñ = 1 ÷àñ. Ïðè âêëþ÷åíèè ïèòàíèÿ 4060B ñáðàñûâàåòñÿ âûñîêèì óðîâíåì íà âûâîäå 12. Ýòî óñòàíàâ13 ëèâàåò íèçêèé óðîâåíü íà âûâîäå 3 (2 ), îòêðûâàåò òðàíçèñòîð Q4 (êîòîðûé ïîäàåò ïèòàíèå íà îïòè÷åñêèå ñõåìû) è çàïóñêàåò

94

ãåíåðàòîð. Ïîñëå 8192 ïåðèîäîâ èìïóëüñîâ ãåíåðàòîðà (1 ÷àñ) ëîãè÷åñêèé óðîâåíü íà âûâîäå 3 ñòàíîâèòñÿ âûñîêèì, âûêëþ÷àÿ è òðàíçèñòîð Q4, è ãåíåðàòîð.  íîâîé êîíñòðóêöèè åñòü åùå îäíî äîâîëüíî íîâàòîðñêîå óñîâåðøåíñòâîâàíèå: ñåíñîðíàÿ ïëîùàäêà, ðåàãèðóþùàÿ íà ñîïðîòèâëåíèå êîæè, êîòîðàÿ çàìåíÿåò îáû÷íóþ êíîïêó çàïóñêà òàéìåðà îòêëþ÷åíèÿ. Ïîëîñêè ìåäíîé ëåíòû, êîòîðûå ñëóæàò ñåíñîðíîé ïàíåëüþ, äåøåâëå, ÷åì êíîïêà, è îáåñïå÷èâàþò óïðîùåííûé è âûñîêîýðãîíîìè÷íûé ïîëüçîâàòåëüñêèé èíòåðôåéñ. Êðîìå òîãî, îíè ìîãóò áûòü ëåãêî èíòåãðèðîâàíû ñ ëóêîì, ðóæåéíûì ëîæåì èëè äðóãèì ïðèöåëüíûì óñòðîéñòâîì, ãäå óñòàíîâêà ìåõàíè÷åñêîãî ïåðåêëþ÷àòåëÿ áûëà áû áîëåå ñëîæíîé èëè íåýñòåòè÷íîé. ÐË

Ññûëêè 1. Stephen Woodward. «Ñõåìà àâòîìàòè÷åñêîé ðåãóëèðîâêè ÿðêîñòè ñâåòîâîé ìåòêè êîëëèìàòîðíîãî ïðèöåëà». ÐàäèîËîöìàí. 2021, 03-04, ñòð. 90.

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Fairchild L14Q1 2. Datasheet Texas Instruments CD4060B 3. Datasheet ROHM RZM001P02 4. Datasheet PanJit 1N5405

ÑÕÅÌÛ

Ìàëîïîòðåáëÿþùèé ïðèáîð äëÿ îáíàðóæåíèÿ êîðîòêèõ çàìûêàíèé Dan Meeks EDN

 ýòîé ñòàòüå ïðåäñòàâëåí ìàëîïîòðåáëÿþùèé ïðèáîð äëÿ îáíàðóæåíèÿ êîðîòêèõ çàìûêàíèé, â êîòîðîì èñïîëüçóåòñÿ ñïîñîáíîñòü óõà ðàçëè÷àòü èçìåíåíèÿ ÷àñòîòû çâóêà. Ñåðäöåì ñõåìû ÿâëÿåòñÿ ïðåîáðàçîâàòåëü íàïðÿæåíèå-÷àñòîòà (íà îñíîâå ñõåìû Ðèñóíîê 13 â [1]), ïðåîáðàçóþùèé ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå ìèëëèâîëüòîâîãî óðîâíÿ â âûõîäíîé àóäèîñèãíàë øèðîêîãî äèàïàçîíà ÷àñòîò. Ñèãíàë âîçáóæäåíèÿ ñîçäàåòñÿ ìàëîìîùíûì DC/DC ðåãóëÿòîðîì U1. Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ýòîé ñõåìû ñîñòàâëÿåò 100 ìÂ, à ìàêñèìàëüíûé òîê îãðàíè÷åí äî 100 ìÀ âûõîäíûì ðåçèñòîðîì 1 Îì. Ýòî íàïðÿæåíèå äîëæíî áûòü äîñòàòî÷íî íèçêèì, ÷òîáû íå ïîâðåäèòü ïîëóïðîâîäíèêîâûå êîìïîíåíòû èëè íå íàðóøèòü ðåæèì ðàáîòû ÷óâñòâèòåëüíûõ öåïåé. Ââèäó ìàëîñòè íàïðÿæåíèé äëÿ èçìåðåíèé èñïîëüçóþòñÿ ÷åòûðåõïðîâîäíûå ùóïû ñ çàæèìàìè Êåëüâèíà, âòîðûå ïîâîäà êîòîðûõ ïîäêëþ÷åíû âáëèçè íàêîíå÷íèêîâ. Òîê ñìåùåíèÿ òå÷åò ÷åðåç ùóïû è çàêîðî÷åííûé

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

ó÷àñòîê ñõåìû, ñîçäàâàÿ î÷åíü íåáîëüøîå ïàäåíèå íàïðÿæåíèå ìåæäó íàêîíå÷íèêàìè ùóïîâ. Èçìåðèòåëüíûå ïðîâîäà, ïîäêëþ÷åííûå ïî ñõåìå Êåëüâèíà ïåðåäàþò ýòî íèçêîå íàïðÿæåíèå íà ïðåîáðàçîâàòåëü íàïðÿæåíèå-÷àñòîòà (ñì. îïèñàíèå ñõåìû â [1]). ×àñòîòà óâåëè÷èâàåòñÿ ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ öåïè è ìîæåò áûòü íàñòðîåíà â ñîîòâåòñòâèè ñ âàøèìè ïðåäïî÷òåíèÿìè ñ ïîìîùüþ ïîòåíöèîìåòðà VR1. Âûõîäíîé ñèãíàë ïðåîáðàçîâàòåëÿ íàïðÿæåíèå-÷àñòîòà ïîäàåòñÿ íà òðèããåð U4, ÷òîáû ñôîðìèðîâàòü õîðîøèå ïðÿìîóãîëüíûå âûõîäíûå èìïóëüñû äëÿ óïðàâëåíèÿ çâóêîâûì èçëó÷àòåëåì SP1. Êîãäà ùóïû íå êàñàþòñÿ ñõåìû, âûõîäíàÿ ÷àñòîòà óâåëè÷èâàåòñÿ ïðèìåðíî äî 6 êÃö. ×òîáû ïðè ýòîì ïîëüçîâàòåëü íå ñîøåë ñ óìà, âûõîä óñèëèòåëÿ îøèáêè U2 èñïîëüçóåòñÿ äëÿ îòêëþ÷åíèÿ çâóêà. Ïåðåä ïåðâûì èçìåðåíèåì ñíà÷àëà íóæíî óñòàíîâèòü «íîëü ùóïîâ», ïðèêîñíóâøèñü ùóïàìè ê ñõåìå â ìåñòå êîðîòêîãî çàìû-

95

Ðèñóíîê 1. Ìàëîïîòðåáëÿþùèé ïðèáîð äëÿ îáíàðóæåíèÿ êîðîòêèõ çàìûêàíèé.

U7 TLV431 1.24V

10k 1%

R15

5V_REG

Óñòàíîâêà ÷àñòîòû ïðè çàêîðî÷åííûõ ùóïàõ

VR1 500k ëèí.

+

R9

0.47µF X7R

100k 1%

C15 10µF 16V

1k 1%

C8 50V

3 +

4 –

C7 100V

11

1

14

3A 8

7

C17 50V

390pF NP0

3B 9

6 C3 VSS

4A 10

4B 11

5 C2

C4 12

4 2B

VDD C1 13

U5 CD4066

U2 2 OPA333

5

1000pF X7R

+

1 VIN 2 SW 3 C3 BST 4 50V GND 5 PGOOD

3 2A

2 1B

1 1A

39.2k 1%

49.9k 1% U6 TLV431 1.24V

R5

R3

R2

R1 10k 1%

C2 10V

MODE NC

FB 7 RUN 1µF 6 VCC X5R

8

9

(Ðåæèì CCM) 10

U1 LTC3103

PAD

96

ÑÕÅÌÛ

+

C14 10µF 16V

C5 470µF 6.3V

C10 2200pF 50V X7R 100k 1%

R11

1.0 1%

R6

Âõîä áàòàðåè <20 ìÀ ïðè 9 Â

U3-B U3-C LVC3G14 LVC3G14 2 6 3 5

BAS216WS

D1

C4 10µF + 10V X5R

VBAT

Q1 BC857

5V_REG

R7 10k 1%

5V_REG

C9 10µF 16V

1M 1%

R8

L1 3.3µH

R7 10k 1%

10 1%

R6

0.022µF X7R

C1 1µF 10V X5R

Ïèòàíèå SW1 C16 + 22µF 25V

C11 4 330pF C12 1µF 100V 10V X5R NP0

U3-A LVC3G14 8 7

5V_REG

1

Ùóï (–)

Ùóï (+)

3

8

VIN VOUT GND 2

U8 MCP1804-5

VBAT

Q

Q

3

5

1

5V_REG

U4 4 LVC2G74

2 D 1 CLK 7 PRE 6 CLR

C13 1µF 10V X5R

5V_REG

100 ìÀ ìàêñ.

0.1 Â ìàêñ.

4-ïðîâîäíûå ùóïû

Âûêëþ÷åíèå çâóêà

PROBE_POS

10µF 16V

10µF 16V Q4 BC857

C20 +

Q5 MMBT3904

M2 VBAT TE162005-2

VR2 1k ëèíåéíûé

Q2 BC857

C19 +

Q3 MMBT3904

VBAT

êàíèÿ è íàñòðîèâ æåëàåìóþ ÷àñòîòó âðàùåíèåì ïîäñòðîå÷íîãî ðåçèñòîðà VR1. Òîãäà ïðè ïåðåìåùåíèè ùóïîâ âäîëü ïðîâîäíèêà ÷àñòîòà áóäåò óâåëè÷èâàòüñÿ ïî ìåðå óäàëåíèÿ îò ìåñòà çàìûêàíèÿ èëè óìåíüøàòüñÿ ïðè ïðèáëèæåíèè. Ïîòåíöèîìåòð îáåñïå÷èâàåò áîëüøîé ÷àñòîòíûé äèàïàçîí; çíà÷åíèå ÷àñòîòû êàæäûé ìîæåò âûáðàòü ïî ñâîåìó æåëàíèþ. Åñëè ñäåëàòü òàê, ÷òîáû ïðè çàêîðî÷åííûõ ùóïàõ ÷àñòîòà ðàâíÿëàñü íóëþ, òî ÷óâñòâèòåëüíîñòü óñòðîéñòâà áóäåò ñîñòàâëÿòü 100 Ãö íà ìèëëèîì. Åñëè æå ïðè 0 Îì ÷àñòîòà áóäåò óñòàíîâëåíà ðàâíîé 1 êÃö, òî ñõåìà áóäåò èìåòü ÷óâñòâèòåëüíîñòü ïîðÿäêà 1 êÃö íà ìèëëèîì. Òîê, ïîòðåáëÿåìûé â ðàáî÷åì ðåæèìå îò áàòàðåè 9  ïðè îòñóòñòâèè çâóêà (ùóïû ðà-

çîìêíóòû) ñîñòàâëÿåò ìåíåå 10 ìÀ, íî è ïðè çâóêå ðàçóìíîé ãðîìêîñòè òîê âñå ðàâíî îñòàåòñÿ ìåíüøå 20 ìÀ. ÐË

Ññûëêè 1. Jim Williams, "Measurement and Control Circuit Collection", Linear Technology, AN45

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments CD4066B 2. Datasheet Analog Devices LTC3103 3. Datasheet Texas Instruments SN74LVC2G74 4. Datasheet Texas Instruments SN74LVC3G14 5. Datasheet Microchip MCP1804 6. Datasheet Texas Instruments OPA333 7. Datasheet Texas Instruments TLV431

Çàãðóçêè Ôàéëû ïðîåêòà

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

97

Òîêîâàÿ ïåòëÿ 4-20 ìÀ äëÿ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ Robert Most EDN

Òîêîâàÿ ïåòëÿ 4-20 ìÀ øèðîêî èñïîëüçóÒ

ðåñóðñû ìèêðîêîíòðîëëåðà. Áîëüøèíñòâî ìèêðîñõåì ñàìîãî íèçêîãî óðîâíÿ íå èìåþò âûäåëåííûõ ïîñëåäîâàòåëüíûõ ïîðòîâ è òðåáóþò èõ ýìóëÿöèè íà âûâîäàõ îáùåãî íàçíà÷åíèÿ. Íà Ðèñóíêå 1 ïðåäñòàâëåíà ñõåìà íåäîðîãîé àëüòåðíàòèâû, êîòîðàÿ íå òîëüêî îáåñïå÷èâàåò ïîääåðæêó âûõîäà 4-20 ìÀ, íî è âûðàáàòûâàåò öèôðîâîé ñèãíàë îáðàòíîé ñâÿçè, óêàçûâàþùèé íà îáðûâ ïðîâîäà â òîêîâîé ïåòëå. Îäèí âûõîäíîé ïîðò óñòàíàâëèâàåò òîê, à îäèí âõîäíîé ïîðò ñëåäèò çà îáðûâîì ïðîâîäà òîêîâîé ïåòëè. Êîíòóð îáðàòíîé ñâÿçè, êîíòðîëèðóþùèé öåëîñòíîñòü òîêîâîé ïåòëè, äëÿ ðàáîòû ñàìîé òîêîâîé ïåòëè íå íóæåí; äëÿ äàëüíåéøåé ýêîíîìèè çàòðàò åãî ìîæíî îïóñòèòü.

åòñÿ â ñèñòåìàõ óïðàâëåíèÿ íà ïðîèçâîäñòâåííûõ ïðåäïðèÿòèÿõ. Äèñêðåòíàÿ ëîãèêà, ìèêðîïðîöåññîðû è ìèêðîêîíòðîëëåðû ëåãêî ïîêðûâàþò âñå ôóíêöèè öèôðîâîé ÷àñòè ñõåì óïðàâëåíèÿ, òàêèå êàê êîíöåâûå âûêëþ÷àòåëè, êíîïêè è ñèãíàëüíûå ëàìïû. Íî ïðè ïîäêëþ÷åíèè ê ïðèìèòèâíîìó ìèêðîêîíòðîëëåðó âûõîäà ïåòëè 4-20 ìÀ ìîãóò âîçíèêíóòü ñëîæíîñòè. Âñòðîåííûé àíàëîãîöèôðîâîé ïðåîáðàçîâàòåëü áûë áû íåïëîõèì ðåøåíèåì, íî â ìèêðîêîíòðîëëåðàõ «ýêîíîì êëàññà» òàêîãî óñòðîéñòâà èíîãäà íåò. Ñóùåñòâóþò ìèêðîñõåìû ïîñëåäîâàòåëüíûõ èíòåðôåéñîâ 4-20 ìÀ, íî îíè äîâîëüíî äîðîãè è òðåáóþò ïðîãðàììèðîâàíèÿ ïîñëåäîâàòåëüíîãî îáìåíà, îòíèìàÿ

15 Â

15 Â

15 Â 100 1% 6 _

100 1%

1M ÎÒ ÒÀÉÌÅÐÀ ÏÐÎÖÅÑÑÎÐÀ

8.2k

4.7 µF

3

8 +

1/2 100k TL032 2 _

1/2 TL032 5 + 4

7

680

Q3 2N3906

27k

1 Q1 2N3904

140 1%

IOUT

Q2 2N3906 56k Ê ÂÕÎÄÍÎÌÓ ÏÎÐÒÓ ÏÐÎÖÅÑÑÎÐÀ

RL 27 k

Ðèñóíîê 1. Ýòà ñõåìà îáåñïå÷èâàåò êàê óïðàâëåíèå ïåòëåé 4-20 ìÀ, òàê è êîíòðîëü îáðûâà ïðîâîäà òîêîâîé ïåòëè.

98

ÑÕÅÌÛ

Ñõåìà óïðàâëÿåòñÿ âûõîäíûì ñèãíàëîì ïðîñòîãî òàéìåðà ìèêðîêîíòðîëëåðà. Êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ òàéìåðà îïðåäåëÿåò âûõîäíîé òîê ñõåìû. Âõîäíàÿ RC-öåïü ïåðåä ïåðâûì îïåðàöèîííûì óñèëèòåëåì ïðåîáðàçóåò ïîñëåäîâàòåëüíîñòü èìïóëüñîâ, ïîñòóïàþùèõ îò ïðîöåññîðà, òàê ÷òî îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü èíòåðïðåòèðóåò åå êàê ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå. Êðîìå òîãî, ñõåìà ãàðàíòèðóåò, ÷òî ìèíèìàëüíîå âõîäíîå íàïðÿæåíèå áóäåò áëèçêî ê 100 ìÂ, äàæå åñëè âõîä íàõîäèòñÿ ïîä ïîòåíöèàëîì çåìëè. Ýòî ìèíèìàëüíîå íàïðÿæåíèå ãàðàíòèðóåò, ÷òî öåïü îáðàòíîé ñâÿçè ïåðâîãî îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ íå îêàæåòñÿ ïîäêëþ÷åííîé ê ïîëîæèòåëüíîé øèíå ïèòàíèÿ ïðè âûêëþ÷åíèè np-n òðàíçèñòîðà Q1. À ïðè èñïîëüçîâàíèè äâóïîëÿðíîãî ïèòàíèÿ íàïðÿæåíèå òðàíçèñòîðà ïîëó÷àåò äîïîëíèòåëüíóþ âîçìîæíîñòü îïóñêàòüñÿ íèæå ïîòåíöèàëà çåìëè, ÷òî ïîçâîëÿåò åìó ðàáîòàòü â àêòèâíîé îáëàñòè è íå âõîäèòü â îãðàíè÷åíèå. Äèàïàçîí èçìåíåíèÿ òîêà ñõåìû óñòàíàâëèâàåòñÿ ýìèòòåðíûì ðåçèñòîðîì n-p-n òðàíçèñòîðà Q1. Ïðè óïðàâëÿþùåì ñèãíàëå ìèêðîêîíòðîëëåðà, ðàâíîì 5 Â, âûõîäíîé òîê ðàâåí 20 ìÀ. Ïðè çàçåìëåííîì âõîäå òîê ñîñòàâëÿåò ìåíåå 1 ìÀ. Ïðè êîýôôèöèåíòå çàïîëíåíèÿ 12.5% òîê ïåòëè ðàâåí 4 ìÀ è ñ óâåëè÷åíèåì êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ ëèíåéíî óâåëè÷èâàåòñÿ äî ïîëíîé øêàëû. Õîòÿ ýòî ìîæåò áûòü è íå îáÿçàòåëüíî, â áîëüøèíñòâå òîêîâûõ ïåòåëü îáðàòíûé ïðîâîä ïðåäïî÷èòàþò çàçåìëÿòü. Íàçíà÷åíèå âòîðîãî îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ ñîñòîèò â òîì, ÷òîáû îáðàçîâàòü èñòî÷íèê âûòåêàþùåãî òîêà, à íå âòåêàþùåãî, êàêîâûì ÿâëÿåòñÿ ïåðâûé êàñêàä, è, êðîìå òîãî, îáåñïå÷èòü çàçåìëåíèå îáðàòíîãî ïðîâîäà ïåòëè. Ýòó ôóíêöèþ îí âûïîëíÿåò ñîâìåñòíî ñ p-n-p òðàíçèñòîðîì Q3, ïîäêëþ÷åííûì ê âåðõíåé øèíå ïèòàíèÿ. Òðàíçèñòîðû Q1 è Q3

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

âûáðàíû áèïîëÿðíûìè èç-çà èõ äåøåâèçíû, íî èñïîëüçóÿ âìåñòî íèõ MOSFET, õàðàêòåðèñòèêè ñõåìû ìîæíî íåìíîãî óëó÷øèòü. ×àñòü ýòîé ñõåìû, îòâå÷àþùàÿ çà êîíòðîëü îáðûâà ïðîâîäà ïåòëè, ïîçâîëÿåò ìèêðîêîíòðîëëåðó óçíàâàòü î âîçíèêíîâåíèè íåèñïðàâíîñòè íà ëèíèè. Òîãäà ïðîöåññîð ìîæåò ïîäàòü àâàðèéíûé ñèãíàë, ïðîèçâåñòè îòêëþ÷åíèå èëè âûïîëíèòü äðóãèå ôóíêöèè óïðàâëåíèÿ, ÷òîáû ñìÿã÷èòü âîçìîæíûå ïðîáëåìû áåçîïàñíîñòè. Ïðè âîçíèêíîâåíèè îáðûâà Q3 çàìûêàåò âåñü òîê ïåòëè íà îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü ÷åðåç ïåðåõîä áàçàýìèòòåð è ðåçèñòîð 680 Îì. Íàïðÿæåíèå, ïàäàþùåå íà ðåçèñòîðå 680 Îì, âêëþ÷àåò òðàíçèñòîð Q2, è â åãî êîëëåêòîðíîé íàãðóçêå ôîðìèðóåòñÿ ñèãíàë «ëîã. 1» äëÿ ìèêðîêîíòðîëëåðà. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî äëÿ ðàáîòû ñõåìû èíäèêàöèè îáðûâà òðåáóåòñÿ òîê íå ìåíåå 1 ìÀ, ÷òî íèæå íîðìàëüíûõ 4 ìÀ, ñîîòâåòñòâóþùèõ «íóëþ» äëÿ ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ äàííîãî òèïà. Âðåìÿ îòêëèêà íà ñòóïåí÷àòîå èçìåíåíèå ñèãíàëà ìèêðîêîíòðîëëåðà, ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 500 ìñ, ÷òî ïðèåìëåìî äëÿ áîëüøèíñòâà óñòðîéñòâ, óïðàâëÿåìûõ ïî òîêîâîé ïåòëå 4-20 ìÀ, òàêèõ, íàïðèìåð, êàê ðåãóëèðóþùèå êëàïàíû. Åñëè â âûáðàííîì ìèêðîêîíòðîëëåðå åñòü àíàëîãî-öèôðîâîé ïðåîáðàçîâàòåëü, âðåìÿ îòêëèêà ìîæåò óìåíüøèòüñÿ íà íåñêîëüêî ïîðÿäêîâ çà ñ÷åò èñêëþ÷åíèÿ âõîäíîãî ôèëüòðà.  ñõåìå ñ îäíèì èñòî÷íèêîì ïèòàíèÿ âàæåí âûáîð îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ. Ïðåæäå âñåãî, ýòî äîëæíà áûòü ìèêðîñõåìà, ñïîñîáíàÿ ñîõðàíÿòü óñòîé÷èâîñòü ïðè íàïðÿæåíèÿõ, áëèçêèõ ê íàïðÿæåíèÿì øèí ïèòàíèÿ. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments TL032

99

Ïðîñòîå äîïîëíåíèå ïîçâîëÿåò óïðàâëÿòü âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëÿ Eugene Palatnik Electronic Design

Â

 ñòàíäàðòíûõ DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëÿõ îáû÷íî ðåçèñòèâíûé äåëèòåëü çàäàåò ôèêñèðîâàííîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå. Îäíàêî â òàêèõ ïðèëîæåíèÿõ, êàê èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ ñ ïðîãðàììèðóåìûì âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì è ñõåìû óïðàâëåíèÿ äâèãàòåëåì, òðåáóåòñÿ äèíàìè÷åñêîå óïðàâëåíèå âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëÿ. Îïèñàííàÿ çäåñü ñõåìà ïîçâîëÿåò óïðàâëÿòü âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì ïðåîáðàçîâàòåëÿ V OUT ñ ïîìîùüþ íàïðÿæåíèÿ VC.

 îáû÷íîì ïîíèæàþùåì DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå VOUT âûðàæàåòñÿ ôîðìóëîé

æ R1 + R2 ö VOUT = VFB ç ÷, è R2 ø

òî åñòü, åãî çíà÷åíèå çàôèêñèðîâàíî ñîïðîòèâëåíèÿìè ðåçèñòîðîâ R1 è R2 (Ðèñóíîê 1). Äîïîëíèòåëüíàÿ ñõåìà, ïîêàçàííàÿ íà Ðèñóíêå 2, ïîçâîëÿåò óïðàâëÿòü âûõîäíûì

C5 0.1 µF 2

VIN C2 10 µF

3 6 4

VIN EN

U1 TPS54332

COMP SS

R9 20.5k C3 820 pF

BOOT PH

(1)

1 8

VFB 5 9 PGND

L1 2.2 µH VOUT D1 B230-13

C6 22 µF

R1 20k VFB

C4 0.01 µF

R2 10k

Ðèñóíîê 1. Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå îáû÷íîãî ïîíèæàþùåãî DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëÿ ôèêñèðîâàíî è çàâèñèò îò îòíîøåíèÿ ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ äåëèòåëÿ R1/R2.

100

ÑÕÅÌÛ

2

VIN C2 10 µF

3 6 4

VIN

EN

BOOT

U1 TPS54332

COMP SS

PH

VFB PGND

1 8

C5 0.1 µF

5

L1 2.2 µH VOUT

D1 B230-13

C6 22 µF

+5 V R5 51

VFB

R9 20.5k

C3 820 pF

R1 20k

9

7 6

U2 4 TLC271

R2 10k

C4 0.01 µF

R3 10k

2

C1 1 µF

VC

– +5 V

+ 3

–5 V VR

R4 10k

VREF R8 3.16k

R7 10k

R6 2k

U3 LM4040D25

Ðèñóíîê 2. Äîïîëíèòåëüíàÿ ñõåìà â ýòîé âåðñèè DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëÿ ïîçâîëÿåò óïðàâëÿòü VOUT ïóòåì èçìåíåíèÿ íàïðÿæåíèÿ VC.

íàïðÿæåíèåì òîãî æå DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëÿ, èñïîëüçóÿ íàïðÿæåíèå VC. Çäåñü ðåçèñòîð R2 ïîäêëþ÷åí íå ê çåìëå, à ê óçëó ñ íàïðÿæåíèåì VR. Òîãäà ôîðìóëà (1) ïðèîáðåòàåò âèä

æ R1 + R2 ö VOUT - VR = ( VFB - VR ) ç ÷. è R2 ø

(2)

Ïîäñòàâëÿÿ R1 = 20 êÎì è R2 = 10 êÎì, ôîðìóëó (2) ìîæíî óïðîñòèòü:

VOUT - VR = 3 ( VFB - VR )

(3)

èëè

VOUT = 3 VFB - 2VR .

(4)

Ðåçèñòîðû R3 è R4 èìåþò îäèíàêîâûå ñîïðîòèâëåíèÿ 10 êÎì, ïîýòîìó âûõîäíîå íàïðÿæåíèå óñèëèòåëÿ U2 ðàâíî

VR = 2VREF - VC ,

(5)

ãäå VREF – âûõîä äåëèòåëÿ R7/R8 îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ, ñôîðìèðîâàííîãî ìèêðîñõåìîé U3. Îáúåäèíÿÿ ôîðìóëû (4) è (5), ïîëó÷àåì:

VOUT = 3 VFB - 4 VREF + 2VC .

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

(6)

Äëÿ óïðîùåíèÿ ôîðìóëû (6) âûáåðåì òàêèå íîìèíàëû êîìïîíåíòîâ, ÷òîáû

3 VFB = 4 VREF .

(7)

Òîãäà ôîðìóëà (6) ïðèîáðåòàåò âèä

VOUT = 2VC .

(8)

Íàïðÿæåíèå âíóòðåííåãî îïîðíîãî èñòî÷íèêà ìèêðîñõåìû U1 ðàâíî 0.8 Â.  ñîîòâåòñòâèè ñ (7), âûáèðàþò R7 = 10 êÎì, R8 = = 3.16 êÎì è VREF = 0.6 Â. È, íàêîíåö, C1 óìåíüøàåò âûõîäíîé èìïåäàíñ ìèêðîñõåìû U2 íà âûñîêèõ ÷àñòîòàõ, ïîääåðæèâàÿ ñòàáèëüíîñòü êîíòóðà îáðàòíîé ñâÿçè. Äîáàâëåííàÿ ñõåìà ïîçâîëÿåò ïîëüçîâàòåëþ óïðàâëÿòü âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì VOUT â äèàïàçîíå îò 0 äî 5  ñ ïîìîùüþ óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ VC, èçìåíÿþùåãîñÿ â äèàïàçîíå îò 0 äî 2.5 Â. Ïîäîáíàÿ ñõåìà ìîæåò áûòü ñêîíñòðóèðîâàíà äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ ñ ïîâûøàþùèì ïðåîáðàçîâàòåëåì èëè ëþáûì äðóãèì DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëåì, ó êîòîðîãî äîñòóïåí âõîä íàïðÿæåíèÿ îáðàòíîé ñâÿçè. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LM4040 2. Datasheet Texas Instruments TLC271 3. Datasheet Texas Instruments TPS54332 4. Datasheet Diodes B230

101

Ñõåìà óïðàâëåíèÿ ÿðêîñòüþ ìíîãîðàçðÿäíîãî ñåìèñåãìåíòíîãî äèñïëåÿ Stephan Goldstein EDN

Í

Íåäàâíî ìíå ïîíàäîáèëîñü óïðàâëÿòü äåâÿòüþ ñåìèñåãìåíòíûìè äèñïëåÿìè ÷åðåç ïîñëåäîâàòåëüíûé ïîðò ìèêðîêîíòðîëëåðà. Ñëîæíîñòü, ñ êîòîðîé ÿ ñòîëêíóëñÿ, çàêëþ÷àëàñü â íåîáõîäèìîñòè îáåñïå÷èòü íåïðåðûâíóþ ðåãóëèðîâêó ÿðêîñòè äëÿ âñåõ öèôð – îò ïîëíîãî çàòåìíåíèÿ äî ìàêñèìàëüíîãî óðîâíÿ. Ïðîñòî èñïîëüçîâàòü î÷åâèäíîå ðåøåíèå, âçÿâ ïðåîáðàçîâàòåëü ïîñëåäîâàòåëüíîãî êîäà â ïàðàëëåëüíûé 74HC595, óïðàâëÿþùèé ñåãìåíòàìè ÷åðåç ïîñëåäîâàòåëüíûå ðåçèñòîðû, ÿ íå ìîã, ïîñêîëüêó ïðè ýòîì ïîòðåáîâàëñÿ áû óïðàâëÿåìûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ äëÿ äèñïëååâ – ïîäõîä íåýëåãàíòíûé è íåýôôåêòèâíûé. ß ðàññìàòðèâàë âîçìîæíîñòü ïðîãðàììíîãî óïðàâëåíèÿ êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà äèñïëååâ, íî, êàê äàâíèé ñïåöèàëèñò ïî àíàëîãîâûì ñõåìàì, ÿ ÷óâñòâîâàë ñåáÿ îáÿçàííûì íàéòè ñïîñîá, êîòîðûé íå òðåáîâàë áû íàïèñàíèÿ äîïîëíèòåëüíîãî êîäà. Êðîìå òîãî, ÿ èçðàñõîäîâàë âñå ïîðòû ââîäàâûâîäà ñâîåãî ìèêðîêîíòðîëëåðà, ïîýòîìó ïðîãðàììíîå ðåøåíèå ïîâëåêëî áû çàìåíó ïðîöåññîðîâ. Allegro Microsystems ïðåäëàãàåò íåñêîëüêî êîìïîíåíòîâ äëÿ óïðàâëåíèÿ äèñïëåÿìè ñ îáùèì àíîäîì. Êàæäûé èç íèõ ñîäåðæèò ïîñëåäîâàòåëüíîé èíòåðôåéñ äàííûõ è âñòðîåííûé êîíòóð óïðàâëåíèÿ, êîòîðûé óñòàíàâëèâàåò ðàâíûå òîêè äëÿ âñåõ âêëþ÷åííûõ ñåãìåíòîâ, èñïîëüçóÿ åäèíñòâåííûé ðåçèñòîð, ïîäêëþ÷åííûé ê çåìëå. ß

102

âûáðàë ìèêðîñõåìû Allegro A6275E (Ðèñóíîê 1), îáðàçóþùèå èäåàëüíûé êîìïëåêò ñ êàæäîé öèôðîé äèñïëåÿ. Òåïåðü ÿ äîëæåí áûë îäíîâðåìåííî ìåíÿòü ñîïðîòèâëåíèÿ äåâÿòè ðåçèñòîðîâ. Êîíå÷íî æå, ÿ îáìàíóë. Âìåñòî òîãî ÷òîáû èçìåíÿòü ñîïðîòèâëåíèÿ ðåçèñòîðîâ, ÿ ñìåñòèë èõ êàæóùóþñÿ òî÷êó çàçåìëåíèÿ ñ ïîìîùüþ ïðîñòîé àíàëîãîâîé ñõåìû óïðàâëåíèÿ, ñîñòîÿùåé èç ñäâîåííîãî îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ, ìîùíîãî MOSFET è íåñêîëüêèõ ïàññèâíûõ êîìïîíåíòîâ. IC1A áóôåðèçóåò âûõîä âíóòðåííåãî èñòî÷íèêà îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ 1.23  ìèêðîñõåìû A6275, ÷òîáû èñêëþ÷èòü âëèÿíèå ïîòåíöèîìåòðà R4, íà êîòîðûé ïîäàåòñÿ ýòî íàïðÿæåíèå, íà òîêè ñåãìåíòîâ «âåäóùåãî» A6275. IC1B óïðàâëÿåò çàòâîðîì òðàíçèñòîðà Q1, ïîääåðæèâàÿ íàïðÿæåíèå íà åãî ñòîêå ðàâíûì íàïðÿæåíèþ íà äâèæêå ïîòåíöèîìåòðà. Áëàãîäàðÿ ýòîìó íàïðÿæåíèå íà ðåçèñòîðå 909 Îì èçìåíÿåòñÿ ìåæäó óðîâíÿìè çåìëè (ïî÷òè) è îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ, îáåñïå÷èâàåò ïëàâíóþ ðåãóëèðîâêó èíòåíñèâíîñòè îò ìàêñèìóìà (20 ìÀ äëÿ ðåçèñòîðà 909 Îì) äî íóëÿ. Íåáîëüøîé ðàçáðîñ îïîðíûõ íàïðÿæåíèé A6275 è ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ 909 Îì ïðèâîäèò ê íåêîòîðûì âàðèàöèÿì ÿðêîñòè ìåæäó öèôðàìè, íî â ìîåì ïðèëîæåíèè ýòè âàðèàöèè áûëè íåçàìåòíû. Ñëåäóåò îòìåòèòü îäèí âàæíûé ìîìåíò, êàñàþùèéñÿ âêëþ÷åíèÿ IC1B: îáðàòíàÿ ñâÿçü

ÑÕÅÌÛ

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

1

3 R4 10k

1

2

8

C2

D C

100k

+

1000 pF

C1

IC1B AD8542 6 –

5

1

6

7

100k

R5

1k

Q1 STP30NE06L

E

D C 6

9 10 11 12

ÐÅÃÓËÈÐÓÅÌÛÉ ÓÇÅË «ÇÅÌËÈ»

IC3 A6275E

8

1

B A DPL

9 11 13

7

4

6

2

R6 909

14 SDO 16 VDD 1 GND 15 REXT

VDD

Ê ÄÎÏÎËÍÈÒÅËÜÍÛÌ ÄÐÀÉÂÅÐÀÌ A6275E

ÏÐÈÌÅ×ÀÍÈß: ÍÎÌÅÐÀ ÂÛÂÎÄΠÓÊÀÇÀÍÛ ÄËß 7-ÑÅÃÌÅÍÒÍÛÕ ÄÈÑÏËÅÅ PANASONIC LN518OA. ÁËÎÊÈÐÎÂÎ×ÍÛÅ ÊÎÍÄÅÍÑÀÒÎÐÛ ÄËß ÌÈÊÐÎÑÕÅÌ IC2 È IC3 ÍÅ ÏÎÊÀÇÀÍÛ.

R1 909

VDD

7 10 14

5

8 12

DPR G F

2 SDI 3 CLK 4 LE 13 OEB

ÑÅÌÈÑÅÃÌÅÍÒÍÛÅ ÄÈÑÏËÅÈ Ñ ÎÁÙÈÌ ÀÍÎÄÎÌ

14 SDO 16 VDD 1 GND 15 REXT

R2

B A DPL

9 10 11 12

IC2 A6275E

8

7

6

5

OUT0

9 11 13

OUT2

OUT1

R3

3 + IC1A AD8542 2 – 4

0.1 µF

VDD

2 SDI 3 CLK 4 LE 13 OEB

E

OUT4

4

OUT3

2

OUT6

5

OUT0

8 12

OUT5

CA CA CA CA CA

OUT1

DPR G F

OUT7

3

OUT2

7 10 14

OUT4

5

OUT3

CA CA CA CA CA

OUT6

3

OUT5

VDD

OUT7

ËÈÍÈÈ ÓÏÐÀÂËÅÍÈß ÏÎÑËÅÄÎÂÀÒÅËÜÍÎÉ ØÈÍÎÉ ÎÒ ÖÏ

îò ñòîêà Q1 èäåò íà íåèíâåðòèðóþùèé âõîä ìèêðîñõåìû. MOSFET äîáàâëÿåò èíâåðñèþ âíóòðè îñíîâíîãî êîíòóðà ðåãóëèðîâàíèÿ, ïîýòîìó èñïîëüçîâàíèå íåèíâåðòèðóþùåãî âõîäà îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ â êà÷åñòâå òî÷êè ïîäêëþ÷åíèÿ îáðàòíîé ñâÿçè îáðàçóåò îáùóþ îòðèöàòåëüíóþ îáðàòíóþ ñâÿçü. C1 è R3 ôîðìèðóþò äîìèíèðóþùèé ïîëþñ â öåïè

Ðèñóíîê 1. Àíàëîãîâûé êîíòóð óïðàâëåíèÿ îáåñïå÷èâàåò ðåãóëèðóåìûé «çåìëÿíîé» óçåë äëÿ óïðàâëåíèÿ òîêîì, ïðîòåêàþùèì ÷åðåç ðåçèñòîðû, çàäàþùèå òîêè ñåãìåíòîâ.

103

îáðàòíîé ñâÿçè, à R2 èçîëèðóåò åìêîñòü çàòâîðà Q1, ÷òîáû èñêëþ÷èòü ñàìîâîçáóæäåíèå IC1B. Allegro ïðåäîñòåðåãàåò îò èñïîëüçîâàíèÿ ÷ðåçìåðíîé åìêîñòè íà âûâîäå îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ A6275, ïîýòîìó ÿ èçîëèðîâàë ýòó òî÷êó îò êîíäåíñàòîðà ðåçèñòîðîì R5. Îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü IC1 äîëæåí èìåòü rail-to-rail âûõîä, åãî âõîä äîëæåí ïîçâîëÿòü ðàáîòàòü ïðè íàïðÿæåíèè îòðèöàòåëüíîé øèíû ïèòàíèÿ, à îáùåå íàïðÿæåíèå ìåæäó øèíàìè ïèòàíèÿ äîëæíî ñîñòàâëÿòü 5 Â. Òðàíçèñòîð Q1 äîëæåí èìåòü íèçêîå ñîïðîòèâëåíèå îòêðûòîãî êàíàëà ïðè íàïðÿæåíèè çàòâîðà 5 Â. Èñïîëüçîâàíèå STP30NE06L îò ST Microelectronics ñ ñîïðîòèâëåíèåì 0.045 Îì,

104

âåðîÿòíî, áûëî èçëèøíèì, íî åãî öåíà áûëà ìåíüøå 1 äîëëàðà. Âûáîð îñòàëüíûõ êîìïîíåíòîâ íåêðèòè÷åí. Âû ìîæåòå ïîýêñïåðèìåíòèðîâàòü ñ ðàçíûìè çàêîíàìè èçìåíåíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ ïîòåíöèîìåòðà; â ìîåì ñëó÷àå àóäèî ïîòåíöèîìåòð (ñ ïîêàçàòåëüíîé õàðàêòåðèñòèêîé) äàâàë ïðèÿòíûå «îùóùåíèÿ» ïðè ðåãóëèðîâêå ÿðêîñòè. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Allegro A6275 2. Datasheet Analog Devices AD8542 3. Datasheet STMicroelectronics STP30NE06L 4. Datasheet Panasonic LN518OA

ÑÕÅÌÛ

 ñõåìå ïîäàâëåíèÿ äðåáåçãà êíîïêè èñïîëüçóåòñÿ ëèøü îäèí ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò Steven Robertson EDN

ÏÏðè êàæäîì íàæàòèè íà êíîïêó S

ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 âûðàáàòûâàåò îäèí î÷èùåííûé îò äðåáåçãà èìïóëüñ. Ïðè ýòîì ñõåìà èñïîëüçóåò òîëüêî òîê öåïè ëîãè÷åñêîãî ïèòàíèÿ, ïîëó÷àåìûé ÷åðåç âíåøíèé ïîäòÿãèâàþùèé ðåçèñòîð R2. Ñõåìó ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ îáíàðóæåíèÿ íàæàòèÿ êëàâèøè íà óñòðîéñòâå, íå èìåþùåì ïèòàíèÿ, íàõîäÿùåìñÿ, íàïðèìåð, â ñèñòåìå, êîòîðàÿ òîëüêî ÷òî âûøëà èç ðåæèìà îæèäàíèÿ.

1

5V R2 1k

D1 … D3 VOUT

S1

R1 100k

1N4148 VDD 2

IC1 NC7SZ04 5 4

R3 10k

3 C1

VSS

100 nF

Ðèñóíîê 1. Ýòà ñõåìà ïîäàâëåíèÿ äðåáåçãà ïðàêòè÷åñêè íå ïîòðåáëÿåò ìîùíîñòè.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

Ñõåìà ðàáîòàåò ñëåäóþùèì îáðàçîì. Ïðåäñòàâèì, ÷òî íà êíîïêó S1 åùå íå íàæèìàëè, è êîíäåíñàòîð C1 íàõîäèòñÿ â çàðÿæåííîì ñîñòîÿíèè.  ýòèõ óñëîâèÿõ ïîääåðæèâàåìûé R1 âûñîêèé óðîâåíü íà âõîäå IC1 óñòàíàâëèâàåò íà âûõîäå èíâåðòîðà óðîâåíü VSS (çåìëè), âñëåäñòâèå ÷åãî ìèêðîñõåìà ïðàêòè÷åñêè íå ïîòðåáëÿåò ýíåðãèè. Ýòî ïîçâîëÿåò íàïðÿæåíèþ VOUT äåðæàòüñÿ âáëèçè óðîâíÿ 5 Â. Íî ïðè íàæàòèè S1 êîíäåíñàòîð C1 áûñòðî ðàçðÿæàåòñÿ, è âûõîäíîå íàïðÿæåíèå IC1 ïîäíèìàåòñÿ äî óðîâíÿ VDD. Ïðè ýòîì âûõîäíîé êàñêàä IC1 ïîëíîñòüþ îòêðûò, ìèêðîñõåìà ïðîâîäèò òîê è îïóñêàåò óðîâåíü VOUT ïî÷òè äî 0  íà òî âðåìÿ, ïîêà C1 íå çàðÿäèòñÿ ÷åðåç R1 äî íàïðÿæåíèÿ, äîñòàòî÷íîãî, ÷òîáû âûõîäíîé óðîâåíü IC1 âíîâü ñðàâíÿëñÿ ñ VSS. Ñ ýòîãî ìîìåíòà IC1 ïðåêðàùàåò ïîòðåáëÿòü òîê.  ðåçóëüòàòå íàãðóçêà íà VDD èñ÷åçàåò, è íà VOUT âîññòàíàâëèâàåòñÿ âûñîêèé óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ. Äèîäû D1 … D3 ñîâìåñòíî ñ ðåçèñòîðîì R3 ñäâèãàþò óðîâåíü VOUT äëÿ ëó÷øåé ñîâìåñòèìîñòè ñ óðîâíÿìè ÊÌÎÏ ëîãèêè. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet ON Semiconductor NC7SZ04

105

Ìàëîïîòðåáëÿþùèé èíäèêàòîð ðàçðÿäà áàòàðåè Yongping Xia EDN

Â

Âñåãäà æåëàòåëüíî èñïîëüçîâàòü èíäèêàòîð ðàçðÿäà áàòàðåè, êîòîðûé ïîòðåáëÿåò êàê ìîæíî ìåíüøå ýíåðãèè. Ñõåìîé èíäèêàöèè ðàçðÿäà, ïîòðåáëÿþùåé 50 ìêÀ, 9-âîëüòîâàÿ áàòàðåÿ åìêîñòüþ 450 ìÀ·÷ áóäåò ïîëíîñòüþ ðàçðÿæåíà ÷óòü áîëüøå, ÷åì çà ãîä. Óñòðîéñòâàì ñ áàòàðåéíûì ïèòàíèåì, êîòîðûå äîëæíû ðàáîòàòü íåïðåðûâíî â òå÷åíèå äëèòåëüíîãî âðåìåíè, òðåáóþòñÿ èíäèêàòîðû ðàçðÿäà, ïîòðåáëÿþùèå ìèíèìàëüíóþ ìîùíîñòü. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1, ðàçðàáîòàííàÿ äëÿ 9-âîëüòîâûõ áàòàðåé, ïîòðåáëÿåò ñâåðõíèçêóþ ìîùíîñòü. Ïðè ïîëíîñòüþ çàðÿæåííîé áàòàðåå (9 Â) ñõåìà ïîòðåáëÿåò òîê R5 2.2k D1 1N4148

D2 LED

R6 20k R3 20M

R1 20M

7 V+ 3 9V 4 R4 10M R2 2.2M

+

IC1 LTC1540

8

_

5 HYST 6 REF

C1 0.33 µF

GND 2

1

Ðèñóíîê 1. Ðàáî÷èé òîê ýòîãî èíäèêàòîðà ðàçðÿäà áàòàðåè ñîñòàâëÿåò âñåãî 1.2 ìêÀ.

106

1.4 ìêÀ. Ïî äîñòèæåíèè ïîðîãîâîãî íàïðÿæåíèÿ 6.5 Â, ïðè êîòîðîì âêëþ÷àåòñÿ èíäèêàöèÿ ðàçðÿäà, ýòîò òîê ñíèæàåòñÿ äî 1 ìêÀ. Òàêèì îáðàçîì, áóäåì ñ÷èòàòü, ÷òî ñðåäíèé ðàáî÷èé òîê ñîñòàâëÿåò 1.2 ìêÀ. Ñóììàðíîå ïîòðåáëåíèå ñõåìû çà ÷åòûðåõëåòíèé ïåðèîä ðàâíî 42 ìÀ·÷, ÷òî ñîñòàâëÿåò ìåíåå 10% íîìèíàëüíîé åìêîñòè áàòàðåè. Êîãäà íàïðÿæåíèå áàòàðåè ñòàíîâèòñÿ ìåíüøå 6.5 Â, íà÷èíàåò ïåðèîäè÷åñêè ìèãàòü êðàñíûé ñâåòîäèîä D2. Ìèêðîñõåìà LTC1540 (IC1) – ýòî ìèêðîìîùíûé êîìïàðàòîð ñ èíòåãðèðîâàííûì èñòî÷íèêîì îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ 1.18 Â. Ê íåèíâåðòèðóþùåìó âõîäó êîìïàðàòîðà ïîäêëþ÷åíû âûõîä äåëèòåëÿ íàïðÿæåíèÿ áàòàðåè R1, R2 è ðåçèñòîð ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè R3. Ïîëîæèòåëüíàÿ îáðàòíàÿ ñâÿçü îáåñïå÷èâàåò ãèñòåðåçèñ êîìïàðàòîðà. Íà èíâåðòèðóþùèé âõîä êîìïàðàòîðà ïîäàåòñÿ ñìåùåíèå îò èñòî÷íèêà îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ ÷åðåç ñõåìó çàäåðæêè R4 - C1. Ïðè íîðìàëüíîé ðàáîòå íàïðÿæåíèå íà íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 1.62 Â, êîãäà íàïðÿæåíèå áàòàðåè ðàâíî 9 Â. Âûõîäíîé ñèãíàë êîìïàðàòîðà èìååò âûñîêèé óðîâåíü, ïîýòîìó òîê ÷åðåç äèîäû D1 è D2 íå òå÷åò. Êîãäà íàïðÿæåíèå áàòàðåè ïàäàåò íèæå 6.5 Â, íàïðÿæåíèå íà íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå ñòàíîâèòñÿ íèæå îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ íà èíâåðòèðóþùåì âõîäå. Óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå IC1 èçìåíÿåòñÿ ñ âûñîêîãî íà íèçêèé, â ðåçóëüòàòå ÷åãî çàæèãàåòñÿ ñâåòîäèîä D2. Íàïðÿæåíèå íà íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå îïóñêàåòñÿ äî 0.58 Â, è êîíäåíñàòîð C1 íà÷èíàåò ðàçðÿæàòüñÿ ÷åðåç D1 è R6. Ïîñêîëüêó ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà R6

ÑÕÅÌÛ

íàìíîãî ìåíüøå, ÷åì ñîïðîòèâëåíèå R4, íàïðÿæåíèå íà èíâåðòèðóþùåì âõîäå áûñòðî ñïàäàåò â ñîîòâåòñòâèè ñ ïîñòîÿííîé âðåìåíè, îïðåäåëÿåìîé íîìèíàëàìè C1 è R6. Êàê òîëüêî íàïðÿæåíèå íà èíâåðòèðóþùåì âõîäå ïàäàåò íèæå 0.58 Â, óðîâåíü âûõîäíîãî ñèãíàëà êîìïàðàòîðà âíîâü èçìåíÿåòñÿ íà âûñîêèé. Ýòî èçìåíåíèå óñòàíàâëèâàåò íàïðÿæåíèå íà íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå ðàâíûì 1.18 Â, âûêëþ÷àåò ñâåòîäèîä è ñìåùàåò D1 â îáðàòíîì íàïðàâëåíèè, òàê ÷òî îïîðíîå íàïðÿæåíèå íà÷èíàåò çàðÿæàòü êîíäåíñàòîð C1 ÷åðåç R4. Êîãäà íàïðÿæåíèå íà èíâåðòèðóþùåì âõîäå âíîâü äîñòèãàåò 1.18 Â, öèêë ïîâòîðÿåòñÿ. Âðåìÿ âêëþ÷åííîãî ñîñòîÿíèÿ ñâåòîäèîäà çàâèñèò îò íîìèíàëîâ C1 è R6, à âûêëþ÷åííîãî – îò C1 è R4. Äëÿ óêàçàííûõ íà

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

Ðèñóíêå 1 íîìèíàëîâ êîìïîíåíòîâ âðåìÿ âêëþ÷åííîãî è âûêëþ÷åííîãî ñîñòîÿíèé ñîñòàâëÿþò 20 ìñ è 10 ñ, ñîîòâåòñòâåííî, ïðè ïîðîãîâîì íàïðÿæåíèè 6.5 Â. Ñ ýòîãî ìîìåíòà òîê âêëþ÷åííîãî ñâåòîäèîäà ðàâåí

6 .5  - 1 .8  = 2.1 ìÀ , 2.2 êÎì à ñðåäíèé òîê ñâåòîäèîäà ðàâåí

20 ìñ ´ 2.1 ìÀ = 4.2 ìêÀ . ÐË 10 ñ

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices LTC1540

107

Ïðîñòîé îììåòð ãèãàîìíîãî äèàïàçîíà íà îñíîâå èíòåãðàòîðà Stefano Salvatori EDN

Ï

Ïðåöèçèîííûé èíòåãðèðóþùèé óñèëèòåëü IVC102 êîìïàíèè Texas Instruments (TI) ñîäåðæèò âûñîêîêà÷åñòâåííûå âíóòðåííèå êîíäåíñàòîðû. Èçîáðàæåííàÿ íà Ðèñóíêå 1 ñõåìà ïîçâîëÿåò èçìåðÿòü î÷åíü âûñîêèå

çíà÷åíèÿ ñîïðîòèâëåíèé RX. Âûïóñêàåìûé TI âûñîêîòî÷íûé äèôôåðåíöèàëüíûé óñèëèòåëü INA105 ñëóæèò èñòî÷íèêîì îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ VREF äëÿ èçìåðÿåìîãî ñîïðîòèâëåíèÿ RX. Âî âðåìÿ èíòåãðèðîâàíèÿ íà âûõî-

15 Â 14 60 pF

6

S1

30 pF

5

S2

10 pF

4

11

DIV_10

12

ÑÁÐÎÑ

13

3

ÖÈÔÐÎÂÀß ÇÅÌËß

S2 2

–

S1

10

IVC102

1

VO

+

IX

t VA VB

9 RX

5Â

–15 Â

ÈÇÌÅÐßÅÌÛÉ ÐÅÇÈÑÒÎÐ

5Â 10k

15 Â

ÑÒÀÐÒ

7 25k

1 VREF ~10 Â

25k + 6 5

3

VA ~100 ìêÂ

2

VB ~–10 Â

INA105 25k –

R1 100

3 2

8 – LM311 +

7

1

4

R2 10k –15 Â

25k

5Â

5Â 10k

4

ÑÒÎÏ –15 Â 3 4.7k

–15 Â

–

8

7

LM311 2

+

4

1

–15 Â

Ðèñóíîê 1. Ýòà ñõåìà, èñïîëüçóþùàÿ ïðåöèçèîííûé èíòåãðàòîð IVC102, ìîæåò èçìåðÿòü ñîïðîòèâëåíèÿ â äèàïàçîíå ãèãàîì.

108

ÑÕÅÌÛ

äå IVC102 ôîðìèðóåòñÿ îòðèöàòåëüíîå ëèíåéíîå èçìåíÿþùååñÿ íàïðÿæåíèå VO. Äâà êîìïàðàòîðà LM311 ñðàâíèâàþò àìïëèòóäó VO ñ äâóìÿ ôèêñèðîâàííûìè ïîðîãàìè, âûðàáàòûâàÿ äâà öèôðîâûõ ñèãíàëà: ÑÒÀÐÒ è ÑÒÎÏ. Ðàçíîñòü âðåìåí DT ìåæäó äâóìÿ òàêèìè ñîáûòèÿìè ñâÿçàíà ñ ñèñòåìíûìè ïàðàìåòðàìè ñëåäóþùèì âûðàæåíèåì:

DT = CINTR X ×

VA - VB , VREF

ãäå CINT – åìêîñòü âíóòðåííåãî èíòåãðèðóþùåãî êîíäåíñàòîðà ìèêðîñõåìû IVC102, ïîäêëþ÷åííîãî ê âíåøíèì âûâîäàì 4, 5 è 6. (Ïðèìå÷àíèå: êîãäà êëþ÷ S1 ðàçîìêíóò, CINT = 10 ïÔ, à êîãäà S1 çàìêíóò, CINT = 100 ïÔ). Ïîðîã VA ïîçâîëÿåò èñêëþ÷èòü êàêîå-ëèáî ñìåùåíèå ëèíåéíî èçìåíÿþùåãîñÿ âûõîäíîãî ñèãíàëà VO. Ïîñêîëüêó óñèëèòåëü INA105 äèôôåðåí-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

öèàëüíûé, ñïðàâåäëèâî VREF = VA – VB, è ïðåäûäóùåå âûðàæåíèå óïðîùàåòñÿ äî:

DT = CINT R X . Îáðàòèòå òàêæå âíèìàíèå, ÷òî òî÷íîñòü ðåçèñòîðîâ R1, R2 è R3 íåêðèòè÷íà, ïîñêîëüêó òî÷íîñòü îììåòðà îáåñïå÷èâàåòñÿ äèôôåðåíöèàëüíûì óñèëèòåëåì. Âíåøíÿÿ ñõåìà öèôðîâîãî óïðàâëåíèÿ ìîæåò èçìåðÿòü âðåìÿ DT, ñ÷èòàÿ òàêòîâûå ïåðèîäû ìåæäó ñîáûòèÿìè ïóñêà è îñòàíîâà.  êîíöå ñõåìà óïðàâëåíèÿ ìîæåò ôîðìèðîâàòü ñèãíàë ñáðîñà äëÿ IVC102, ÷òîáû ïîäãîòîâèòü èíòåãðàòîð ê âûïîëíåíèþ íîâîãî èçìåðåíèÿ. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments IVC102 2. Datasheet Texas Instruments INA105 3. Datasheet Texas Instruments LM311

109

Òðàíñèìïåäàíñíûé ñèíõðîííûé óñèëèòåëü îáíóëÿåò ôîíîâóþ çàñâåòêó Stefano Salvatori EDN

ÄÄàò÷èêè ñâåòà íàõîäÿò ïðèìåíåíèå âî ìíî-

åé â êàìåðàõ, è çàêàí÷èâàÿ íàó÷íûìè ïðèáîðàìè, òàêèìè êàê îïòè÷åñêàÿ àáñîðáöèîííàÿ ñïåêòðîñêîïèÿ, îáíàðóæåíèå ïî ÈÊ èçëó÷åíèþ â òåðìîãðàôèè è äâóõöâåòíàÿ ïèðîìåò-

æåñòâå âàæíûõ ïðèëîæåíèé, íà÷èíàÿ îò áûòîâîé ýëåêòðîíèêè, òàêîé êàê ñõåìû èçìåðåíèÿ îêðóæàþùåãî ñâåòà è óïðàâëåíèÿ ýêñïîçèöè-

VCC ÎÏÎÐÍÛÉ ÑÈÃÍÀË ÒÒË/ÊÌÎÏ

VCC = VEE = 15 Â

220 nF

2 3 33k

7

– +

VB

33k 2 RT1 5k

1

A2A

560

6 5

1 Â ïèê, fCHOP

8

–

7

A2B +

RPR(DC)

DRPR

4

+

–VEE

TL072

15k

VCC

ÔÎÍ

3

–

3.9 Â

82k

VCC

DV VREF = VCC

3.9 Â

4

–VEE

10k

220

6

A3

VOUT DC

D1 1 µF

ÔÎÍÎÂÛÉ ÑÂÅÒ ÌÎÄÓËÈÐÎÂÀÍÍÛÉ

22k

R1 100k

ÂÕÎÄÍÎÉ ÔÎÒÎÄÈÎÄ 2

– A1A 3 +

RA 1.5k

1M

C1 100 pF

1

VI1

ÊÀËÈÁÐÎÂÊÀ 6 – S1 5 A1B 1 µF + ÈÇÌÅÐÅÍÈÅ

RPR

1M VO1

7

RB 1.5k

9

– A1C 10 +

8

VCC

1.5k

OPA4277

RC 2.2k

1M

13

4 – A1D 14 12 + 11 1.5k

1 µF

–VEE VCC

1M RT2 1M 50k

1M VOUT

1M

–VEE

Ðèñóíîê 1. Îïîðíûé ñèãíàë îò îáòþðàòîðà ðàáîòàåò êàê èñòî÷íèê ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ è ìîäóëèðóåò óñèëåíèå èíâåðòèðóþùåãî óñèëèòåëÿ, îñíîâàííîãî íà ÎÓ.

110

ÑÕÅÌÛ

ðèÿ. Íàïðèìåð, â îïòè÷åñêîé ñïåêòðîñêîïèè ïðàâèëüíîå èçìåðåíèå èíòåíñèâíîñòè çîíäèðóþùåãî ïó÷êà èìååò îñíîâîïîëàãàþùåå çíà÷åíèå ïðè îïðåäåëåíèè õàðàêòåðèñòèê ìàòåðèàëà è óñòðîéñòâà. Ïðè ýòîì íåîáõîäèìî èñêëþ÷èòü ëþáîå âëèÿíèå ïîñòîÿííîé èëè î÷åíü íèçêî÷àñòîòíîé ôîíîâîé ïîäñâåòêè. Êðîìå òîãî, ÷òîáû óâåëè÷èòü îòíîøåíèå ñèãíàë/øóì, ïðè ìåõàíè÷åñêîé îáòþðàöèè èëè èíîì ñïîñîáå ìîäóëÿöèè çîíäèðóþùèõ ïó÷êîâ ìîæíî èñïîëüçîâàòü óçêîïîëîñíûå ôàçî÷óâñòâèòåëüíûå èëè ñèíõðîííûå òåõíîëîãèè äåòåêòèðîâàíèÿ.  îïèñûâàåìîé íèæå ñõåìå îïîðíûé ñèãíàë îïòè÷åñêîãî ìîäóëÿòîðà, àíàëîãè÷íî ãåíåðàòîðó ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ ñ ÷àñòîòîé fCHOP, ìîäóëèðóåò êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ èíâåðòèðóþùåãî óñèëèòåëÿ, îñíîâàííîãî íà îïåðàöèîííîì óñèëèòåëå (ÎÓ) (Ðèñóíîê 1). Âõîäíîå íàïðÿæåíèå óñèëèòåëÿ ïðîïîðöèîíàëüíî ôîòîòîêó, ãåíåðèðóåìîìó ôîòîäèîäîì, êîòîðûé îáëó÷àåòñÿ ñâåòîâûì ïó÷êîì, ìîäóëèðîâàííûì ÷àñòîòîé ïðåðûâàòåëÿ.  ýòîì ñëó÷àå, ïîñêîëüêó êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ è âõîä óïðàâëÿþòñÿ îäíîé ÷àñòîòîé, íà âûõîäå óñèëèòåëÿ ïðèñóòñòâóåò ïîñòîÿííàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ, êîòîðàÿ ìîæåò áûòü ëåãêî âûäåëåíà ôèëüòðîì íèæíèõ ÷àñòîò. Îïåðàöèîííûå óñèëèòåëè A1A è A1B ïðåîáðàçóþò ôîòîòîê â íàïðÿæåíèå òîëüêî äëÿ ïåðåìåííûõ êîìïîíåíòîâ ñèãíàëà. Ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà R1 ìîæíî èçìåíèòü â çàâèñèìîñòè îò óðîâíÿ îñâåùåííîñòè, êîòîðûé ïîòðåáóåòñÿ èçìåðÿòü. Åìêîñòü êîíäåíñàòîðà C1 âûáèðàåòñÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ îáùåé åìêîñòüþ ôîòîäèîäà (åñëè ïðåíåáðå÷ü âõîäíîé åìêîñòüþ A1A). Âåëè÷èíà åìêîñòè C1 äîëæíà áûòü òàêîé, ÷òîáû îáåñïå÷èòü óñòîé÷èâîñòü òðàíñèìïåäàíñíîé ñõåìû [1]. Îñíîâíûì ýëåìåíòîì ñõåìû ÿâëÿåòñÿ îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü A1C, â öåïü îáðàòíîé ñâÿçè êîòîðîãî âêëþ÷åí ôîòîðåçèñòîð RPR, îïðåäåëÿþùèé óñèëåíèå êàñêàäà. Ñîïðîòèâëåíèå RPR çàâèñèò îò èíòåíñèâíîñòè ñâåòà, èçëó÷àåìîãî ñâåòîäèîäîì D1. Ñâåòîäèîäîì D 1 óïðàâëÿåò ïðåîáðàçîâàòåëü

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

íàïðÿæåíèå-òîê íà óñèëèòåëå A2B. Íà îäèí âõîä ïðåîáðàçîâàòåëÿ ÷åðåç ïîâòîðèòåëü A2A ïîäàåòñÿ ôèêñèðîâàííîå íàïðÿæåíèå VB, à íà äðóãîé – ñèãíàë DV, ñôîðìèðîâàííûé ñ ïîìîùüþ A3. A2A îïðåäåëÿåò çíà÷åíèå ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé òîêà RPR, òîãäà êàê A2B è DRPR èçìåíÿþòñÿ ñ ÷àñòîòîé îïîðíîãî ñèãíàëà. Ñäåëàííûé íà îïåðàöèîííîì óñèëèòåëå A3 òðèããåð Øìèòòà ïðåîáðàçóåò ëþáûå ÊÌÎÏ/ÒÒË óðîâíè îïîðíîãî ñèãíàëà â ñáàëàíñèðîâàííûå ïðÿìîóãîëüíûå èìïóëüñû ±4.6 Â, îñëàáëåííûå äî óðîâíÿ ±0.5  äëÿ ïèòàíèÿ ñâåòîäèîäà òîêîì ïîðÿäêà 1.8 ìÀ. Êðàñíûé ñâåòîäèîä è ôîòîðåçèñòîð RPR, â êà÷åñòâå êîòîðîãî èñïîëüçóåòñÿ ñóëüôèäêàäìèåâûé ïðèáîð NSL-19M51, âûïóñêàåìûé êîìïàíèåé LUNA, ðàñïîëîæåíû äðóã íàïðîòèâ äðóãà è ïîìåùåíû â ÷åðíóþ êîðîáêó, ÷òîáû èñêëþ÷èòü ïîïàäàíèå íà îïòðîí ôîíîâîé çàñâåòêè. Äëÿ êàëèáðîâêè ñõåìû ñíà÷àëà îòêëþ÷èòå èëè çàêðîéòå âõîäíîé ôîòîäèîä, ÷òîáû óñèëèòåëü A1A íå ïðåîáðàçîâûâàë ñèãíàë ïåðåìåííîãî òîêà. Çàòåì óñòàíîâèòå ïåðåêëþ÷àòåëü S1 â ïîëîæåíèå ÈÇÌÅÐÅÍÈÅ è ñ ïîìîùüþ ïîòåíöèîìåòðà RT2 óñòàíîâèòå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ðàâíûì íóëþ. Êîãäà ïåðåêëþ÷àòåëü S1 óñòàíîâëåí â ïîëîæåíèå ÊÀËÈÁÐÎÂÊÀ, è íà âûõîäå áóôåðà óñòàíàâëèâàåòñÿ èçâåñòíîå òåñòîâîå íàïðÿæåíèå, ðàâíîå ïðèìåðíî 300 ìÂ, ïîòåíöèîìåòðîì RT1 çàôèêñèðóéòå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå íà óðîâíå 0 Â. Òîãäà íàïðÿæåíèå VB, óïðàâëÿþùåå ñîïðîòèâëåíèåì RPR, óñòàíîâèò ñîîòíîøåíèå RPR/RC = RA/RB. ÐË

Ññûëêè 1. Wang, Tony, and Barry Erhman, “Compensate Transimpedance Amplifiers Intuitively,” Application Report SBOA055A, Texas Instruments, 1993.

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet LUNA optoelectronics NSL-19M51 2. Datasheet Texas Instruments OPA4277 3. Datasheet Texas Instruments TL072

111

Îäíîïîëþñíûé âûêëþ÷àòåëü ñîâìåùàåò ôóíêöèè óïðàâëåíèÿ ïèòàíèåì è ïîëüçîâàòåëüñêîãî ââîäà Eugene Kaplounovski EDN

Â

 ýòîé ñòàòüå îïèñàí óñîâåðøåíñòâîâàííûé âàðèàíò ïðåäûäóùåé ñõåìû [1].  ñõåìå íà Ðèñóíêå 1 èñïîëüçóåòñÿ íîðìàëüíî ðàçîìêíóòûé îäíîïîëþñíûé âûêëþ÷àòåëü âìåñòî ïåðåêëþ÷àòåëÿ íà äâà íàïðàâëåíèÿ, êîòî-

Q1 P-ÊÀÍÀËÜÍÛÉ MOSFET È + BT1 ÁÀÒÀÐÅß

R1 100k

IC1 ÐÅÃÓËßÒÎÐ

Ñ

IN + C 1

Ç

ðûé òðåáîâàëñÿ â îðèãèíàëüíîé êîíñòðóêöèè. Ìîæíî èñïîëüçîâàòü ìåìáðàííóþ òàêòîâóþ êíîïêó, ÷òîáû çíà÷èòåëüíî óïðîñòèòü êîíñòðóêöèþ óñòðîéñòâà è ïîâûñèòü åãî ýðãîíîìè÷íîñòü. Êðîìå òîãî, íîâàÿ ñõåìà íåìíî-

VCC

OUT GND

10 µF

+

C2 10 µF VCC

ÔÈÊÑÀÖÈß ÏÈÒÀÍÈß

D1 1N914

S1 SPST

Q2 2N3904

P1.1 R2 10k

R4 47k

R3 47k

ÂÛÊËÞ×ÀÒÅËÜ D2 1N914

C3 10 nF

IC2 P1.2 GND

Ðèñóíîê 1. Îäèí ïåðåêëþ÷àòåëü ìîæåò îáåñïå÷èòü óïðàâëåíèå ïèòàíèåì è ïîëüçîâàòåëüñêèé ââîä â ñèñòåìå íà áàçå ìèêðîêîíòðîëëåðà.

112

ÑÕÅÌÛ

ãî ñíèæàåò ïîòðåáëåíèå ìîùíîñòè â àêòèâíîì ðåæèìå çà ñ÷åò èñêëþ÷åíèÿ ïðîòåêàíèÿ òîêà ÷åðåç íåàêòèâèðîâàííûé âûêëþ÷àòåëü.  ðåæèìå îæèäàíèÿ MOSFET Q1 îñòàåòñÿ çàêðûòûì è ïîòðåáëÿåò îò áàòàðåè òîê ìåíåå 1 ìêÀ. Íàæàòèå íà êíîïêó S1 îòêðûâàåò Q1, ñîåäèíÿÿ åãî çàòâîð ñ çåìëåé ÷åðåç äèîä D1. Ðåãóëÿòîð íàïðÿæåíèÿ IC1 âêëþ÷àåòñÿ è ïîäàåò ïèòàíèå íà ìèêðîêîíòðîëëåð IC2. Ìèêðîêîíòðîëëåð çàãðóæàåòñÿ è âûñòàâëÿåò âûñîêèé óðîâåíü íà âûõîäå P1.1, ÷òîáû âêëþ÷èòü òðàíçèñòîð Q2 è çàôèêñèðîâàòü âêëþ÷åííîå ñîñòîÿíèå ñèñòåìû, ïîçâîëÿÿ îòïóñòèòü êíîïêó S1. Ïðè ýòîì ðåçèñòîð R3 ïîäòÿãèâàåò âõîä ìèêðîêîíòðîëëåðà P1.2 ê VCC. Íàæàòèå êíîïêè âî âòîðîé ðàç ñîåäèíÿåò âõîä ìèêðîêîíòðîëëåðà P1.2 ñ çåìëåé ÷åðåç äèîä D2 è ñèãíàëèçèðóåò î ñîáûòèè íàæàòèÿ êíîïêè ìèêðîïðîãðàììå. Çàêîí÷èâ ïðîãðàììó, ìèêðîêîíòðîëëåð óñòàíàâëèâàåò íà âûõîäå P1.1 íèçêèé óðîâåíü, ÷òîáû çàêðûòü òðàíçèñòîð Q2 è, ñîîòâåòñòâåííî, Q1, îòêëþ÷àÿ ïèòàíèå ñèñòåìû äî òåõ ïîð, ïîêà ïîëüçîâàòåëü íå íàæìåò êíîïêó S1 è ïåðåçàïóñòèò ïðîöåññ.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

Ïðè âûáîðå êîìïîíåíòîâ íåîáõîäèìî óáåäèòüñÿ, ÷òî íàïðÿæåíèå ïðîáîÿ çàòâîð-èñòîê òðàíçèñòîðà Q1 ïðåâûøàåò ìàêñèìàëüíî âîçìîæíîå âõîäíîå íàïðÿæåíèå; â ïðîòèâíîì ñëó÷àå äëÿ îãðàíè÷åíèÿ íàïðÿæåíèÿ çàòâîðà Q1 ñëåäóåò èñïîëüçîâàòü ñòàáèëèòðîí. Åñëè ó ìèêðîñõåìû ðåãóëÿòîðà íàïðÿæåíèÿ IC1 åñòü âûâîä âêëþ÷åíèÿ/âûêëþ÷åíèÿ, òðàíçèñòîð Q1 èç ñõåìû ìîæíî èñêëþ÷èòü. Äëÿ çàìåíû Q1 äðóãèì ñèëîâûì êîììóòàöèîííûì óñòðîéñòâîì, òàêèì êàê n-p-n áèïîëÿðíûé òðàíçèñòîð èëè ðåëå, âûáåðèòå Q2, ñïîñîáíûé îáåñïå÷èòü òîê óïðàâëåíèÿ, òðåáóåìûé êîììóòàöèîííîìó óñòðîéñòâó. Äëÿ äàëüíåéøåãî ñíèæåíèÿ êîëè÷åñòâà êîìïîíåíòîâ ñõåìû ìîæíî çàìåíèòü äèîäû D1 è D2 ïîäõîäÿùåé äèîäíîé ñáîðêîé ñ îáùèì êàòîäîì, òàêîé, íàïðèìåð, êàê BAV70. Åñëè â ìèêðî-ñõåìó IC2 âêëþ÷åíû ïîäòÿãèâàþùèå ðåçèñòîðû, ÷òî äåëàåòñÿ â áîëüøèíñòâå ñîâðåìåííûõ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ, ðåçèñòîð R3 áóäåò íå íóæåí. ÐË

Ññûëêè 1. Äâå ôóíêöèè îäíîé êíîïêè â ïðîñòîé ìèêðîïðîöåññîðíîé ñèñòåìå

113

Ïðåîáðàçîâàòåëü äëÿ ïèòàíèÿ ïîðòàòèâíûõ óñòðîéñòâ

îò ïîðòà USB Chad Olson, Maxim Integrated Products EDN

Ñ

Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 ïèòàåòñÿ îò ïîðòà USB è âûðàáàòûâàåò íàïðÿæåíèÿ 5 è 3.3 Â äëÿ ïèòàíèÿ ïîðòàòèâíûõ óñòðîéñòâ, òàêèõ êàê öèôðîâûå êàìåðû, MP3-ïëååðû è ÊÏÊ. Ñõåìà íå ìåøàåò ïîðòó ïîääåðæèâàòü îáìåí

äàííûìè, íàïðèìåð, âî âðåìÿ çàðÿäêè ëèòèéèîííîãî àêêóìóëÿòîðà. Ìèêðîñõåìà IC2 ïîâûøàåò íàïðÿæåíèå áàòàðåè VBATT äî 5 Â, à IC3 ïîíèæàåò âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ðåãóëÿòîðà 5 Â äî 3.3 Â. Ìèêðîñõåìà óïðàâëåíèÿ çàðÿäVBATT

1

VBUS D–

BATT

IN ÐÀÇÚÅÌ USB

D+

2

4.7 µF 316

3

IC1 GND MAX1811

EN

4

GND

ËÈÒÈÉÈÎÍÍÛÉ ÀÊÊÓÌÓËßÒÎÐ

2.2 µF SELV

SELI CHG ÈÍÄÈÊÀÒÎÐ ÇÀÐßÄÊÈ

500 ìÀ 100 ìÀ 10k 5Â

VBATT 22 µH

BATT

LX

OUT

+ R1 604k

+

47 µF

100k

GND

LBI R3 1.3M

R2 249k

0.1 µF

47 µF

IC2 MAX1797 FB LBO

SHDN 5Â

3.3 Â IN

OUT 22 µH

10 µF

SHDN FB

IC3 MAX1837

LX + 150 µF

GND

Ðèñóíîê 1. Ïîëó÷àÿ ïèòàíèå îò ïîðòà USB, ýòà ñõåìà âûðàáàòûâàåò íàïðÿæåíèÿ 5 è 3.3  äëÿ ïîðòàòèâíûõ ïðèëîæåíèé.

114

ÑÕÅÌÛ

êîé ëèòèé-èîííûõ àêêóìóëÿòîðîâ IC1 ïîëó÷àåò ïèòàíèå îò ïîðòà USB. Ïîäà÷à íèçêîãî óðîâíÿ íà âûâîä SELI óñòàíàâëèâàåò çàðÿäíûé òîê 100 ìÀ äëÿ ìàëîìîùíûõ ïîðòîâ USB, à ïðè èñïîëüçîâàíèè ìîùíûõ ïîðòîâ ñ òîêîì 500 ìÀ óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ íà ýòîì âõîäå äîëæåí áûòü âûñîêèì. Àíàëîãè÷íî ðàáîòàåò âõîä SELV: íèçêèé èëè âûñîêèé âõîäíûå óðîâíè êîíôèãóðèðóþò ìèêðîñõåìó äëÿ ðàáîòû ñ àêêóìóëÿòîðàìè 4.2 èëè 4.1 Â, ñîîòâåòñòâåííî. Äëÿ çàùèòû àêêóìóëÿòîðà íàïðÿæåíèå îêîí÷àíèÿ çàðÿäêè ïîääåðæèâàåòñÿ ìèêðîñõåìîé IC1 ñ òî÷íîñòüþ 0.5%. Âûâîä CHG ïîçâîëÿåò âêëþ÷àòü ñâåòîäèîä âî âðåìÿ ïðîöåññà çàðÿäêè.

DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëü IC2, ïîâûøàþùèé íàïðÿæåíèå VBATT äî 5 Â, ìîæåò îòäàâàòü òîêè äî 450 ìÀ. Åãî ñõåìà îïðåäåëåíèÿ ñîñòîÿíèÿ ðàçðÿäà è âîçìîæíîñòü èñòèííîãî îòêëþ÷åíèÿ îáåñïå÷èâàþò çàùèòó ëèòèéèîííîãî àêêóìóëÿòîðà. Îòñîåäèíÿÿ àêêóìóëÿòîð îò âûõîäà, «èñòèííîå îòêëþ÷åíèå» îãðàíè÷èâàåò òîê àêêóìóëÿòîðà äî óðîâíÿ ìåíåå 2 ìêÀ. Âíåøíèé ðåçèñòèâíûé äåëèòåëü, âêëþ÷åííûé ìåæäó øèíîé VBATT è çåìëåé, óñòàíàâëèâàåò ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå ðàçðÿäà àêêóìóëÿòîðà. Ñîåäèíåíèå âûõîäà LBO (áàòàðåÿ ðàçðÿæåíà) ñ âõîäîì îòêëþ÷åíèÿ SHDN çàñòàâëÿåò ìèêðîñõåìó IC2 îòñîåäèíÿòü ñâîþ íàãðóçêó â îòâåò íà ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ àêêóìóëÿòîðà. Âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå àêêóìóëÿòîðà ñòàíîâèòñÿ ïðè÷èíîé êîëåáàíèé, êîãäà öåïü îáíàðóæåíèÿ ðàçðÿäà â ìèêðîñõåìå IC2 îòêëþ÷àåò ðàçðÿæåííûé àêêóìóëÿòîð îò íàãðóçêè. Åñëè ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà âíóòðåííåì ñîïðîòèâëåíèè àêêóìóëÿòîðà èñ÷åçàåò, íàïðÿæåíèå àêêóìóëÿòîðà óâåëè÷èâàåòñÿ è ñíîâà âêëþ÷àåò IC2. Íàïðèìåð, íà âíóòðåííåì ñîïðîòèâëåíèè ëèòèé-èîííîãî àêêóìóëÿòîðà ñ âíóòðåííèì ñîïðîòèâëåíèåì 500 ìÎì, îòäàþùåãî â íàãðóçêó 500 ìÀ, ïàäàåò íàïðÿæåíèå

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

250 ìÂ. Êîãäà IC2 îòêëþ÷àåò íàãðóçêó, ïðåðûâàÿ òîê àêêóìóëÿòîðà, íàïðÿæåíèå íà íåì íåìåäëåííî óâåëè÷èâàåòñÿ íà 250 ìÂ.

N-êàíàëüíûé MOSFET íà âûõîäå LBO ïðåäîòâðàùàåò ýòè êîëåáàíèÿ, äîáàâëÿÿ ãèñòåðåçèñ â öåïü îáíàðóæåíèÿ ðàçðÿäà àêêóìóëÿòîðà. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 èìååò ïîðîã ðàçðÿäà, ðàâíûé 2.9 Â. Êîãäà íàïðÿæåíèå VBATT ïàäàåò íèæå 2.9 Â, âíóòðåííèé òðàíçèñòîð íà âûõîäå LBO çàêðûâàåòñÿ, ïîçâîëÿÿ âûõîäó SHDN óñòàíîâèòü âûñîêèé óðîâåíü è âêëþ÷èòü âíåøíèé MOSFET. Êîãäà ýòîò MOSFET îòêðûâàåòñÿ, ñîåäèíåííûå ïàðàëëåëüíî ðåçèñòîðû 1.3 ÌÎì è 249 êÎì óñòàíàâëèâàþò ïîðîã VBATT, ðàâíûì 3.3 Â, óñòðàíÿÿ êîëåáàíèÿ. Ïîðîãè âûêëþ÷åíèÿ VBATT_OFF è âêëþ÷åíèÿ VBATT_ON îïðåäåëÿþòñÿ ñëåäóþùèìè âûðàæåíèÿìè:

VBATT _ OFF = VLBI ×

R1 + R 2 , R2

ãäå VLBI = 0.85 Â è

VBATT _ ON = VLBI ×

R1 + R¢2 , R¢2

ãäå

R¢2 =

R 2R 3 .

R2 + R3

È, íàêîíåö, ïðåîáðàçîâàòåëü IC3 ïîíèæàåò 5 Â, îáåñïå÷èâàÿ íàãðóçêó íàïðÿæåíèåì 3.3  ïðè òîêàõ äî 250 ìÀ è ÊÏÄ, ïðåâûøàþùåì 90%. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Maxim MAX1797 2. Datasheet Maxim MAX1811 3. Datasheet Maxim MAX1837

115

Ïåðåìåííàÿ íàãðóçêà äëÿ ïðîâåðêè èñòî÷íèêîâ íàïðÿæåíèÿ Michele Frantisek EDN

ÑÑõåìà íà Ðèñóíêå 1, ñëóæàùàÿ ïåðåìåííîé íàãðóçêîé äëÿ òåñòèðîâàíèÿ èñòî÷íèêîâ íàïðÿæåíèÿ, îñíîâàíà íà èñòî÷íèêå âòåêàþùåãî òîêà. Èñïîëüçóÿ öèôðîâûå êîìàíäû, ìîæíî â øèðîêîì äèàïàçîíå è íåçàâèñèìî îò âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ñõåìû ðåãóëèðîâàòü òîê íàãðóçêè, èäóùèé ÷åðåç òåñòèðóåìîå

12 Â

0.1 µF

VCC VOUT

…

VSEN

DB4

…

ÂÕÎÄÛ ÄÀÍÍÛÕ

12 Â

DBO DB3

óñòðîéñòâî. Ñõåìà ñîäåðæèò ÖÀÏ AD558 (IC1), îáåñïå÷èâàþùèé îïîðíîå íàïðÿæåíèå â Òî÷êå A.  ýòîì ïðèëîæåíèè õîðîøî ðàáîòàåò ïðàêòè÷åñêè ëþáîé öèôðîàíàëîãîâûé ïðåîáðàçîâàòåëü. AD558 ïèòàåòñÿ îäíèì íàïðÿæåíèåì è èìååò âíóòðåííèé îïîðíûé èñòî÷íèê, ÷òî óïðîùàåò êîíñòðóêöèþ ñõåìû.

VSEL

IC1 AD558

DB7

A

10k + IC2 OP77 –

Q1 2N3440 1k

–12 Â 10k

ÏÎÂÅÐßÅÌÎÅ ÓÑÒÐÎÉÑÒÂÎ

Q2 TIPL762

CE CS GND GND

R

1 10 Âò 1%

Ðèñóíîê 1. Ïðîñòàÿ ñõåìà ïîçâîëÿåò îñóùåñòâëÿòü öèôðîâîå óïðàâëåíèå òîêîì íåçàâèñèìî îò âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ.

116

ÑÕÅÌÛ

Òàáëèöà 1. Çàâèñèìîñòü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ÖÀÏ îò âõîäíîãî êîäà Öèôðîâîé êîä íà âõîäå IC1 Äâîè÷íûé

Íàïðÿæåíèå Øåñòíàäöàòåðè÷íûé â òî÷êå A (Â)

0000 0000

00

0000 0001

01

0 0.01

0000 1111 0001 0000

0F 10

0.15

1000 0000 1111 1111

80 FF

1.28 2.55

0.16

IC1 âûðàáàòûâàåò âûõîäíûå íàïðÿæåíèÿ îò 0 äî 2.55  (Òàáëèöà 1). Óïðàâëÿþùèå âõîäû CE è CS ìèêðîñõåìû IC1 ïîçâîëÿþò èñïîëüçîâàòü äëÿ óïðàâëåíèÿ ÖÀÏ øèíó ìèêðîïðîöåññîðà. Åñëè øèíû äàííûõ â ïðèëîæåíèè íåò, CE è CS ñëåäóåò ïîäêëþ÷èòü ê çåìëå, ÷òîáû ïîëó÷èòü ïðÿìîé äîñòóï ê âõîäàì äàííûõ ÖÀÏ. Âòîðàÿ ÷àñòü ñõåìû íà Ðèñóíêå 1 ñîñòîèò èç îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ IC2, óïðàâëÿþùåãî òðàíçèñòîðàìè Q1 è Q2. IC2 ñðàâíèâàåò îïîðíîå íàïðÿæåíèå â Òî÷êå A ñ íàïðÿæåíè-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

åì, ïàäàþùèì íà ðåçèñòîðå R. Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ìèêðîñõåìû IC2 óïðàâëÿåò òðàíçèñòîðàìè Q1 è Q2 òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû íàïðÿæåíèå íà R ðàâíÿëîñü îïîðíîìó íàïðÿæåíèþ â Òî÷êå A. Íàïðÿæåíèå íà R ïðîïîðöèîíàëüíî òîêó, ïðîõîäÿùåìó ÷åðåç òåñòèðóåìîå óñòðîéñòâî, è íå çàâèñèò îò âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà R íà Ðèñóíêå 1 ðàâíî 1 Îì; òàêèì îáðàçîì, ïðè íàïðÿæåíèè 1  â Òî÷êå À âòåêàþùèé òîê ðàâåí 1 À. Ïðè èñïîëüçîâàíèè êîìïîíåíòîâ ñ íîìèíàëàìè, ïîêàçàííûìè íà Ðèñóíêå 1, ñõåìà ìîæåò óïðàâëÿòü òîêàìè ÷åðåç ïðîâåðÿåìîå óñòðîéñòâî îò 0 äî 2.55 À ïðè íàïðÿæåíèè îò 5 äî 250 Â. Ìîùíîñòü, ðàññåèâàåìàÿ òðàíçèñòîðîì Q2, íè â êîåì ñëó÷àå íå äîëæíà ïðåâûøàòü 120 Âò. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices AD558 2. Datasheet Analog Devices OP77 3. Datasheet STMicroelectronics 2N3440 4. Datasheet Bourns TIPL762

117

Äîáàâüòå óñèëåíèå ê óñèëèòåëþ àáñîëþòíîãî çíà÷åíèÿ Chuck Wojslaw EDN

ÓÓñèëèòåëü àáñîëþòíîãî çíà÷åíèÿ ÿâëÿåò-

èç èíâåðòèðóþùåãî óñèëèòåëÿ IC1, ðàáîòàþùåãî òîëüêî ñ ñèãíàëàìè ïîëîæèòåëüíîé ïîëÿðíîñòè, è ñóììèðóþùåãî óñèëèòåëÿ IC2. Ñîïðîòèâëåíèå îáðàòíîé ñâÿçè R1 ñóììèðóþùåãî óñèëèòåëÿ ïðåäñòàâëåíî ïðîãðàììèðóåìûì öèôðîâûì ïîòåíöèîìåòðîì. Åãî ñîïðîòèâëåíèå ìîäåëèðóåòñÿ êàê

ñÿ îñíîâíûì ñòðîèòåëüíûì áëîêîì â êîíòðîëüíî-èçìåðèòåëüíûõ ïðèëîæåíèÿõ è ïðèëîæåíèÿõ îáðàáîòêè ñèãíàëîâ. Ïîäêëþ÷åíèå ïðîãðàììèðóåìîãî öèôðîâîãî ïîòåíöèîìåòðà äîáàâëÿåò ê ýòîé êëþ÷åâîé ñõåìå åùå îäíî èçìåðåíèå – G (êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ). Ïîñêîëüêó êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ïðîãðàììèðóåòñÿ, ñõåìó ìîæíî èñïîëüçîâàòü â êà÷åñòâå óñèëèòåëÿ àáñîëþòíîãî çíà÷åíèÿ (G > 1) èëè àòòåíþàòîðà àáñîëþòíîãî çíà÷åíèÿ (G < 1). Èçîáðàæåííàÿ íà Ðèñóíêå 1 ñõåìà, ïèòàþùàÿñÿ îò îäíîãî èñòî÷íèêà, ñîñòîèò

pR 2 = p (10 êÎì), ãäå p ìîæåò ïðèíèìàòü çíà÷åíèÿ îò 0 äî 1/99 è äî 99/99, õàðàêòåðèçóÿ ìíîæåñòâî îòíîñèòåëüíûõ ïîëîæåíèé äâèæêà îò îäíîãî êîíöà 5V 8

U/D INC

2 1

CAT5113

7 (W)

4 2k

5 6 R1 (0) 10k

10k 10k

5V 13 _

IC1 LMC6064 12 +

VS

3 (1)

14

1k

2 _

4 IC2 1 LMC6064 3 + 11

VOUT

2.5V

Ðèñóíîê 1. Ýòà ñõåìà ìîæåò ñëóæèòü àòòåíþàòîðîì èëè óñèëèòåëåì àáñîëþòíîãî çíà÷åíèÿ.

118

ÑÕÅÌÛ

ïîòåíöèîìåòðà (0) äî äðóãîãî (1). Äëÿ âõîäíûõ íàïðÿæåíèé, ïðåâûøàþùèõ îïîðíîå, íàïðèìåð, (VS > 2.5 Â), è íàïðÿæåíèé, ìåíüøèõ îïîðíîãî (VS < 2.5 Â), âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ðàâíî

VOUT = 2.5  + p5 VS = 2.5  + GVS . Ïîòåíöèîìåòð CAT5113 èìååò 100 ïîëîæåíèé äâèæêà è èíêðåìåíòíî-äåêðåìåíòíûé èíòåðôåéñ. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ýòîãî ïîòåíöèîìåòðà êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ñõåìû ìîæåò èçìåíÿòüñÿ îò 5/99 äî 5. Èçìåðåííàÿ òî÷íîñòü ñõåìû ñîñòàâëÿåò ïðèáëèçèòåëüíî 1% äëÿ óìåðåííûõ çíà÷åíèé êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ (îò 0.5 äî 4) è ïðè èçâåñòíîì ñîïðî-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

òèâëåíèè ìåæäó êîíöàìè ïîòåíöèîìåòðà RPOT. Ïðè âêëþ÷åíèè ïèòàíèÿ äâèæîê óñòàíàâëèâàåòñÿ â ïîëîæåíèå, ñîõðàíåííîå â åãî ýíåðãîíåçàâèñèìîé ïàìÿòè. Ýòî ñîõðàíåííîå çíà÷åíèå óñòàíàâëèâàåò çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ ïî óìîë÷àíèþ ïîñëå âêëþ÷åíèÿ ïèòàíèÿ. Îñíîâíàÿ èäåÿ ýòîé ñõåìû âçÿòà èç [1]. ÐË

Ññûëêà 1. Cipri, Teno, “Absolute-value comparator touts accuracy, size”

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet ON Semiconductor CAT5113 2. Datasheet Texas Instruments LMC6064

119

Ñõåìà êîìïåíñàöèè ðàçáðîñà íàïðÿæåíèÿ âêëþ÷åíèÿ GaAs MESFET Ken Yang EDN

ÏÏîðîãîâûå íàïðÿæåíèÿ âêëþ÷åíèÿ àðñåíèä ãàëëèåâûõ (GaAs) MESFET (metalsemiconductor field-effect transistors – ìåòàëëïîëóïðîâîäíèêîâûé ïîëåâîé òðàíçèñòîð)

èìåþò çíà÷èòåëüíûé ðàçáðîñ, äàæå â ïðåäåëàõ îäíîé ïàðòèè. Ýòî çàòðóäíÿåò ðàçðàáîòêó ñõåìû ñìåùåíèÿ, îñîáåííî åñëè óñòðîéñòâî ñîçäàåòñÿ äëÿ êðóïíîñåðèéíîãî ïðîèçâîä-

VDD

ÄÐÎÑÑÅËÜ Â×-ÂÛÕÎÄ

Â×-ÂÕÎÄ MESFET 0.1 RSENSE

1k

IC1 MAX4473 4 PC

+ _

RG1 1k 1

RG2 1k 2

SR1

SR2

+

+

_

VPC

_ 3R

7 OUT

1 nF

+ VEE

R _ 3

VGND

SHDN VCC 8

GND 5

SR3 6 RG3

VEE

VEE

Ðèñóíîê 1. Ìèêðîñõåìà èíòåëëåêòóàëüíîãî ñìåùåíèÿ ãàðàíòèðóåò êîìïåíñàöèþ ðàçáðîñà ïîðîãîâûõ íàïðÿæåíèé GaAs ïîëåâûõ òðàíçèñòîðîâ ïðè êðóïíîñåðèéíîì ïðîèçâîäñòâå.

120

ÑÕÅÌÛ

ñòâà. ×òîáû ïðåîäîëåòü ýòîò íåäîñòàòîê, ìîæíî ââåñòè äàò÷èê òîêà, êîòîðûé áóäåò îòñëåæèâàòü òîê ñìåùåíèÿ è îáåñïå÷èâàòü îáðàòíóþ ñâÿçü íà âõîä çàòâîðà (Ðèñóíîê 1).

IC1 îáúåäèíÿåò äàò÷èê òîêà è óñèëèòåëü îøèáêè. Ïðåäíàçíà÷åííàÿ äëÿ óïðàâëåíèÿ âûõîäíîé ìîùíîñòüþ ðàäèî÷àñòîòíûõ óñèëèòåëåé, ýòà ìèêðîñõåìà èçìåðÿåò òîê ñòîê-èñòîê IDS íà èñòîêå òðàíçèñòîðà, ñðàâíèâàåò è èíòåãðèðóåò ðàçíîñòü ìåæäó ïàäåíèÿìè íàïðÿæåíèÿ íà RSENSE è RG1 è ïîäàåò âûõîäíîå íàïðÿæåíèå îáðàòíîé ñâÿçè íà çàòâîð MESFET. Îáðàòíàÿ ñâÿçü ðåãóëèðóåò IDS òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû äâà ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ áûëè ðàâíû, òåì ñàìûì, ïîääåðæèâàÿ òðåáóåìûé òîê èñòîêà, íåçàâèñèìî îò ïîðîãîâûõ õàðàêòåðèñòèê çàòâîðà MESFET. Âûðàæåíèå äëÿ òîêà ñòîê-èñòîê èìååò âèä

IDS =

VPCR G1 .

4 R G3R SENSE

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

Òîê, ïðîõîäÿùèé ÷åðåç RG1, çàâèñèò îò âåëè÷èíû íàïðÿæåíèÿ VPC îòíîñèòåëüíî íàïðÿæåíèÿ îòðèöàòåëüíîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ VEE, ïðèëîæåííîãî ê âõîäó óïðàâëåíèÿ ìîùíîñòüþ (âûâîä 4). Ðåàëèçîâàòü VPC ìîæíî ñ ïîìîùüþ äåëèòåëÿ íàïðÿæåíèÿ, îïîðíîãî èñòî÷íèêà èëè èñòî÷íèêà ðåãóëèðóåìîãî íàïðÿæåíèÿ. Ïîñêîëüêó íàïðÿæåíèå çàòâîðà îòðèöàòåëüíî îòíîñèòåëüíî èñòîêà, ïîäêëþ÷åíèå ïèòàíèÿ ê ìèêðîñõåìå IC1 íåîáõîäèìî èçìåíèòü, ÷òîáû îáåñïå÷èòü îòðèöàòåëüíîå íàïðÿæåíèå óïðàâëåíèÿ çàòâîðîì MESFET: Âûâîä VCC ìèêðîñõåìû íóæíî ïîäêëþ÷èòü ê çåìëå, à âûâîä çåìëè ê øèíå VEE. Ýòó ñõåìó ìîæíî ëåãêî ìîäèôèöèðîâàòü äëÿ ñìåùåíèÿ áèïîëÿðíûõ òðàíçèñòîðîâ è MOSFET. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Maxim MAX4473

121

Ëîãè÷åñêèé ïðîáíèê äëÿ ñèãíàëîâ ÒÒË è ÊÌÎÏ èç íåáîëüøîãî êîëè÷åñòâà êîìïîíåíòîâ Aruna Rubasinghe EDN

Â

 ñõåìå ëîãè÷åñêîãî ïðîáíèêà ÒÒË/ÊÌÎÏ íà Ðèñóíêå 1 èñïîëüçóåòñÿ âêëþ÷åííûé êîìïàðàòîðîì ñäâîåííûé îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü (ÎÓ) LM358 è íåñêîëüêî äðóãèõ íåäîðîãèõ êîìïîíåíòîâ. Óñòðîéñòâî ïîëó÷àåò ïèòàíèå îò ïðîâåðÿåìîé ñõåìû, ÷òî ïîçâîëÿåò åìó ðàáîòàòü ñ ëîãè÷åñêèìè óðîâíÿìè ÒÒË èëè ÊÌÎÏ. Îáà ÎÓ IC1A è IC1B íàõîäÿòñÿ â îäíîì êîðïóñå ìèêðîñõåìû LM358. Ïåðåêëþ÷àòåëü S1 ïðåäíàçíà÷åí äëÿ âûáîðà ðåæèìû ðàáîòû – ÒÒË èëè ÊÌÎÏ. Çåëåíûé ñâåòîäèîä

çàãîðàåòñÿ ïðè íèçêîì ëîãè÷åñêîì óðîâíå, êðàñíûé óêàçûâàåò íà âûñîêèé óðîâåíü. Íåèíâåðòèðóþùèé âõîä IC1A è èíâåðòèðóþùèé âõîä IC1B ïîäêëþ÷àþòñÿ ê èçìåðèòåëüíîìó ùóïó.  êà÷åñòâå ïîðîãîâîãî óðîâíÿ «ëîã. 1» ñõåìà èñïîëüçóåò 90% îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ â ðåæèìå ÊÌÎÏ è 2.7  â ðåæèìå ÒÒË.  êà÷åñòâå ïîðîãà «ëîã. 0», êàê äëÿ ÒÒË, òàê è äëÿ ÊÌÎÏ, èñïîëüçóåòñÿ óðîâåíü 0.7 Â. Ðåçèñòèâíûé äåëèòåëü R3/R4 äåëèò íàïðÿæåíèå 2.7  ñòàáèëèòðîíà D1 ïîïîëàì, îáåñïå-

J1 ÏÎËÎÆÈÒÅËÜÍÎÅ ÍÀÏÐßÆÅÍÈÅ ÏÈÒÀÍÈß

LED2 ÊÐÀÑÍÛÉ

R6 1.2k 8 + IC 1A LM358AD 2 – 4 3

R5 1k

ÒÒË ÊÌÎÏ R3 10k D1 2.7 Â

R4 10k

R2 1k

5 + IC1B LM358AD 6 – 4 8

7

LED2 ÇÅËÅÍÛÉ

S1

J2

1

R2 1.5k J3 ÈÇÌÅÐÈÒÅËÜÍÛÉ ÙÓÏ D2 1N4148

R7 10k

ÇÅÌËß

Ðèñóíîê 1. Äâà êîìïàðàòîðà è íåñêîëüêî äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ îïðåäåëÿþò ñòàòóñ ÒÒË èëè ÊÌÎÏ ëîãè÷åñêîãî ñèãíàëà.

122

ÑÕÅÌÛ

÷èâàÿ ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå 1.35  íà íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå IC1A è èíâåðòèðóþùåì âõîäå IC1B. Ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ 0.7  íà ñìåùåííîì â ïðÿìîì íàïðàâëåíèè äèîäå D2 ñëóæèò íèæíèì ïîðîãîì, ïðåäñòàâëÿþùèì «ëîã. 0». Ýòî íàïðÿæåíèå ïîäàåòñÿ íà íåèíâåðòèðóþùèé âõîä IC1B.  ðåæèìå ÒÒË íàïðÿæåíèå íà èíâåðòèðóþùåì âõîäå IC1A ðàâíî 2 Â.  ðåæèìå ÊÌÎÏ íàïðÿæåíèå íà èíâåðòèðóþùåì âõîäå IC1A îïðåäåëÿåòñÿ äåëèòåëåì R6/R7 è ñîñòàâëÿåò ïîðÿäêà 90% îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ. Êîãäà ùóï íàõîäèòñÿ â âûñîêîèìïåäàíñíîì ñîñòîÿíèè â ðåæèìå ëèáî ÊÌÎÏ, ëèáî ÒÒË, íàïðÿæåíèå íà èíâåðòèðóþùåì âõîäå óñèëèòåëÿ IC1A áîëüøå íàïðÿæåíèÿ 1.35  íà åãî íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå. Íàïðÿæåíèå íà âûõîäå IC1A èìååò íèçêèé óðîâåíü. Íàïðÿæåíèå 1.35  íà èíâåðòèðóþùåì âõîäå IC1B áîëüøå, ÷åì íàïðÿæåíèå 0.7  íà íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå. Óðîâåíü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ IC1B òàêæå íèçêèé, è îáà ñâåòîäèîäà íå ãîðÿò.  ðåæèìå ÒÒË ïðè èçìåðåíèè «ëîã. 1» íàïðÿæåíèå 2.7  íà èíâåðòèðóþùåì âõîäå IC1A ìåíüøå íàïðÿæåíèÿ íà åãî íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå, êîòîðîå ÿâëÿåòñÿ íàïðÿæåíèåì ùóïà. Íàïðÿæåíèå íà âûõîäå IC1A èìååò âûñîêèé óðîâåíü. Íàïðÿæåíèå íà èíâåðòèðóþùåì âõîäå IC1A, òî åñòü, íàïðÿæåíèå íà ùóïå, áîëüøå íàïðÿæåíèÿ 0.7  íà íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå. Ñîîòâåòñòâåííî, íà âûõîäå IC1B íàïðÿæåíèå íèçêîå. Êðàñíûé ñâåòîäèîä çàãîðàåòñÿ, èíäèöèðóÿ âûñîêèé ëîãè÷åñêèé óðîâåíü. Åñëè èçìåðÿåìûé ëîãè÷åñêèé óðîâåíü íèçêèé, íàïðÿæåíèå 2.7  íà íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå ÎÓ IC1A áîëüøå, ÷åì íàïðÿæåíèå íà åãî íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå, êîòîðîå ÿâëÿåòñÿ íàïðÿæåíèåì ùóïà. Òàêèì îáðà-

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

çîì, óðîâåíü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ IC1A íèçêèé. Íàïðÿæåíèå íà èíâåðòèðóþùåì âõîäå IC1B, òî åñòü, íàïðÿæåíèå íà ùóïå, áîëüøå íàïðÿæåíèÿ 0.7  íà åãî íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå. Óðîâåíü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ IC1B, ñîîòâåòñòâåííî, âûñîêèé. Çàãîðàåòñÿ çåëåíûé ñâåòîäèîä, èíäèöèðóÿ íèçêèé ëîãè÷åñêèé óðîâåíü. Ïðè èçìåðåíèè «ëîã. 1» â ðåæèìå ÊÌÎÏ íàïðÿæåíèå íà èíâåðòèðóþùåì âõîäå IC1A, ñîñòàâëÿþùåå 90% îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ, áîëüøå ÷åì íàïðÿæåíèå íà åãî íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå. Òàêèì îáðàçîì, óðîâåíü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ âûñîêèé. Íàïðÿæåíèå íà èíâåðòèðóþùåì âõîäå IC1B, òî åñòü, íàïðÿæåíèå íà ùóïå, ïðåâûøàåò íàïðÿæåíèÿ 0.7  íà åãî íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå, è óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå íèçêèé. Çàãîðàåòñÿ êðàñíûé ñâåòîäèîä, èíäèöèðóÿ âûñîêèé ëîãè÷åñêèé óðîâåíü. Ïðè èçìåðåíèè «ëîã. 0» íàïðÿæåíèå íà èíâåðòèðóþùåì âõîäå IC1A, ñîñòàâëÿþùåå 90% îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ, ïðåâûøàåò íàïðÿæåíèå íà åãî íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå. Òîãäà óðîâåíü íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå IC1A áóäåò íèçêèì, à íà âûõîäå IC1B – âûñîêèì, ïîñêîëüêó íàïðÿæåíèå íà èíâåðòèðóþùåì âõîäå IC1B áîëüøå, ÷åì 0.7  íà íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå. Çàãîðàåòñÿ çåëåíûé ñâåòîäèîä, èíäèöèðóÿ íèçêèé ëîãè÷åñêèé óðîâåíü. Êîãäà ñèãíàë íà èçìåðèòåëüíîì ùóïå èìååò èìïóëüñíûé õàðàêòåð, îáà ñâåòîäèîäà ïîïåðåìåííî âêëþ÷àþòñÿ è âûêëþ÷àþòñÿ ñ ÷àñòîòîé èìïóëüñîâ. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LM358

123

Êîìïàðàòîð ÷àñòîò ñ âûõîäîì ñòàòóñà Susanne Nell EDN

Ï

Ïåðâîíà÷àëüíîå íàçíà÷åíèå ñõåìû íà Ðèñóíêå 1 çàêëþ÷àëîñü â ïðîâåðêå ÷èñëà îáîðîòîâ äâèãàòåëÿ ñ ïîìîùüþ ñâåòîäèîäà â êà÷åñòâå åäèíñòâåííîãî óñòðîéñòâà èíäèêàöèè. Äëÿ òàêèõ èçìåðåíèé îáû÷íî èñïîëüçóþòñÿ äàò÷èêè, ÷àñòîòà âûõîäíîãî ñèãíàëà êîòîðûõ ïðîïîðöèîíàëüíà ÷èñëó îáîðîòîâ. Ñõåìà ñðàâíèâàåò ÷àñòîòó âûõîäíîãî ñèãíàëà äàò÷èêà ñ íèæíèì è âåðõíèì ïðåäåëîì è âûäàåò âèçóàëüíûé ðåçóëüòàò íà ñâåòîäèîä.

Åñëè ÷àñòîòà íèæå íèæíåé ãðàíèöû, ñâåòîäèîä íå ãîðèò. Åñëè ÷àñòîòà íàõîäèòñÿ ìåæäó ýòèìè ïðåäåëàìè, ñâåòîäèîä âñïûõèâàåò ñ ïîñòîÿííûì ïåðèîäîì, à åñëè ÷àñòîòà âûøå âåðõíåãî ïðåäåëà, ñâåòîäèîä ãîðèò ïîñòîÿííî. Õîòÿ ýòó ðàáîòó ìîæåò âûïîëíÿòü ìèêðîêîíòðîëëåð, èíîãäà ëó÷øå èñïîëüçîâàòü àíàëîãîâóþ ñõåìó – íàïðèìåð, åñëè èçìåðÿåìàÿ ÷àñòîòà ñëèøêîì âûñîêà äëÿ ïðîñòîãî êîíòðîëëåðà.  ñõåìå íà Ðèñóíêå 1 èñïîëüçóåòñÿ

5Â 5Â IC1 74HC4046 J1

4 1

3 1 µF

14

ÂÕÎÄÍÎÉ ÑÈÃÍÀË

100 nF

R1 100k

1 ÇÅÌËß

22k 470

VCOUT VDD CIN 2 P1 13 P2 15 P3 1 PP 10 DEMO 9 VCOIN

SIN

C1A 7 C1B 11 R1 12 R2 5 INH

GND 8

J2

D1 LED

16

6

C1 10 nF

5Â

Q2 BSS89

100k

5Â

1 µF

5Â

C2 2.2 µF 22k 100k

R2 100k R4 R3 100k 100k

Q1 BC548

100k

Ðèñóíîê 1.  ýòîì àíàëîãîâîì ÷àñòîòíîì êîìïàðàòîðå äëÿ èíäèêàöèè âåðõíåãî è íèæíåãî ïðåäåëîâ ÷àñòîòû èñïîëüçóåòñÿ ñâåòîäèîä.

124

ÑÕÅÌÛ

îäíà ñòàíäàðòíàÿ íåäîðîãàÿ ìèêðîñõåìà, íå òðåáóþùàÿ íàïèñàíèÿ ïðîãðàììíîãî êîäà. Êðîìå òîãî, ýòî äåøåâëå, ÷åì ïîäîáíûå ñõåìû, îñíîâàííûå íà ìèêðîêîíòðîëëåðàõ. Îñíîâíûì êîìïîíåíòîì ñõåìû ÿâëÿåòñÿ ìèêðîñõåìà ÔÀÏ× 74HC4046. Ïðè íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ 12  âìåñòî íåå ìîæíî èñïîëüçîâàòü CD4046 áåç äîïîëíèòåëüíîãî ðåãóëÿòîðà íàïðÿæåíèÿ. Ìèêðîñõåìà ñîäåðæèò ãåíåðàòîð, ôàçîâûé êîìïàðàòîð è îäèí óñèëèòåëü äëÿ âõîäíîãî ñèãíàëà. Âõîäíîé ñèãíàë ïîäàåòñÿ íà âõîä ôàçîâîãî êîìïàðàòîðà ÷åðåç âñòðîåííûé óñèëèòåëü ìèêðîñõåìû. Ñõåìà ñðàâíèâàåò ýòîò óñèëåííûé ñèãíàë ñ ÷àñòîòîé ãåíåðàòîðà, óïðàâëÿåìîãî íàïðÿæåíèåì (ÃÓÍ). ×àñòîòà çàäàåòñÿ ñ ïîìîùüþ âíåøíèõ êîìïîíåíòîâ C1, R1 è íàïðÿæåíèÿ íà âûâîäå 9. Åñëè ÷àñòîòà âõîäíîãî ñèãíàëà íèæå ÷àñòîòû ÃÓÍ, óðîâåíü ñèãíàëà íà âûõîäå ôàçîâîãî êîìïàðàòîðà (âûâîä 13) áóäåò íèçêèì.  ýòîì ñëó÷àå òðàíçèñòîð Q2 çàêðûò, à Q1 îòêðûò, è ñâåòîäèîä íå ãîðèò, èíäèöèðóÿ ñîñòîÿíèå «íèçêàÿ ÷àñòîòà». Ðåçèñòîðû R2, R3 è R4 îïðåäåëÿþò íàïðÿæåíèå íà âûâîäå 9 è íèæíþþ ïîðîãîâóþ ÷àñòîòó. Åñëè ÷àñòîòà âõîäíîãî ñèãíàëà óâåëè÷èâàåòñÿ è äîñòèãàåò çíà÷åíèÿ ÷àñòîòû ÃÓÍ, óðîâåíü âûõîäíîãî ñèãíàëà ôàçîâîãî êîìïàðàòîðà ñòàíîâèòñÿ âûñîêèì.

ÐàäèîËîöìàí 03,04-2021

Ýòîò âûñîêèé âûõîäíîé óðîâåíü âêëþ÷àåò òðàíçèñòîð Q2 è çàêðûâàåò Q1. Ïðè âûêëþ÷åííîì Q1 íàïðÿæåíèå ÃÓÍ óâåëè÷èâàåòñÿ äî âòîðîãî çíà÷åíèÿ, áîëåå âûñîêîãî, îïðåäåëÿåìîãî ñîïðîòèâëåíèÿìè ðåçèñòîðîâ R2 è R3, è ÃÓÍ ãåíåðèðóåò ÷àñòîòó äëÿ âåðõíåãî ïðåäåëà. Åñëè ÷àñòîòà âõîäíîãî ñèãíàëà íàõîäèòñÿ ìåæäó ýòèìè äâóìÿ ïðåäåëàìè, ôàçîâûé êîìïàðàòîð ãåíåðèðóåò èìïóëüñû ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû. ×àñòîòà ýòèõ èìïóëüñîâ çàäàåòñÿ êîíäåíñàòîðîì îáðàòíîé ñâÿçè C2. Ïðè âûáîðå åìêîñòè 2.2 ìêÔ ÷àñòîòà ðàâíà ïðèáëèçèòåëüíî 1 Ãö. Ýòà ÷àñòîòà ÿâëÿåòñÿ ÷àñòîòîé ìèãàíèÿ ñâåòîäèîäà. Åñëè ÷àñòîòà âõîäíîãî ñèãíàëà óâåëè÷èâàåòñÿ äî çíà÷åíèÿ, ïðåâûøàþùåãî âåðõíþþ ÷àñòîòó ÃÓÍ, âûõîäíîé ñèãíàë ôàçîâîãî êîìïàðàòîðà îñòàíåòñÿ âûñîêèì, à ñâåòîäèîä áóäåò ãîðåòü ïîñòîÿííî. Ïðè çíà÷åíèÿõ íîìèíàëîâ êîìïîíåíòîâ, ïîêàçàííûõ íà Ðèñóíêå 1, íèæíèé è âåðõíèé ïîðîãè ÷àñòîòû ðàâíû, ñîîòâåòñòâåííî, 3.81 êÃö è 7.35 êÃö. ÐË

Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet NXP 74HC4046AD 2. Datasheet Texas Instruments CD4046B 3. Datasheet Infineon BSS89

125

Æóðíàë äëÿ òåõ, êòî èíòåðåñóåòñÿ ýëåêòðîíèêîé

Åñëè âàì íåáåçðàçëè÷íû òåìû: ìèêðîêîíòðîëëåðû àâòîìàòèçàöèÿ ñèëîâàÿ ýëåêòðîíèêà ñâåòîòåõíèêà ÑÀÏÐ èçìåðåíèÿ

èëè âû ÿâëÿåòåñü íîñèòåëåì ïåðåäîâûõ çíàíèé â äðóãèõ îáëàñòÿõ ýëåêòðîíèêè è ãîòîâû èõ ïîïóëÿðèçèðîâàòü ïðèãëàøàåì ê ñîòðóäíè÷åñòâó!