幸运时时彩平台

基于状态的有线监控助力工业4.0稳步发展

2020-06-15来源: EEWORLD关键字:工业4  有线监控

简介

 

在“为工业4.0启用可靠的基于状态的有线监控——第1部分”一文中,我们介绍了ADI公司的有线接口解决方案,该方案帮助客户缩短设计周期和测试时间,让工业CbM解决方案更快地进入市场。本文探讨了多个方面,包括选择合适的MEMS加速度计和物理层,以及EMC性能和电源设计。此外,还包括第一部分介绍的三种设计解决方案和性能权衡。本文为第二部分,着重介绍第一部分展示的SPI至RS-485/RS-422设计解决方案的物理层设计考量。

 

为MEMS实现有线物理层接口的常见挑战包括管理EMC可靠性和数据完整性。但是,在RS-485/RS-422长电缆上分布SPI之类的时钟同步接口,同时在相同的双绞线(虚假电源)上部署电源和数据时,会带来更多挑战。本文讨论以下关键问题,并就物理层接口设计提供建议:

 

管理系统时间同步

 

推荐的数据速率与电缆长度

 

适用于共用电源和数据架构的滤波器设计和仿真

 

虚假电源结构中的无源元件性能权衡

 

元件选择和系统设计窗口

 

试验性测量

 

时间同步和电缆长度

 

设计SPI至RS-485/RS-422链路时,电缆和元件会影响系统时钟和数据同步。在长电缆中传输时,SCLK信号会在电缆中产生传播延迟,100米长的电缆会延迟约400ns到500 ns。对于MOSI数据传输,MOSI和SCLK会被电缆延迟同等时间。然而,从从机MISO发送到主机的数据会出现两倍传播延迟,因而不再与SCLK同步。可能的最大SPI SCLK基于系统传播延迟设置,包括电缆传播延迟,以及主机和从机元件传播延迟。

 

图1展示系统传播延迟如何导致SPI主机上出现不准确的SPI MISO采样。对于没有采用RS-485/RS-422电缆的系统,MISO数据和SPI SCLK会以低延迟或无延迟同步。对于采用了电缆的系统,SPI从机上的MISO数据与SPI SCLK之间存在一个系统传播延迟,如图1中的tpd1所示。回到主机的MISO数据存在两个系统传播延迟,如tpd2所示。当数据由于电缆和元件传播延迟而右移时,会发生不准确的数据采样。

 

 

图1。采用与不采用RS-485/RS-422长电缆的系统的MISO数据和SPI SCLK同步。

 

为了防止出现不准确的MISO采样,可以缩短电缆长度、降低SPI SCLK,或者在主控制器中实施SPI SCLK补偿方案(时钟相位偏移)。理论上,系统传播延迟应该小于SCLK时钟周期的50%,以实现无错通信;在实践中,可以将系统延迟限值确定为SCLK的40%,这可以作为一般规则。

 

图2针对1.1部分中描述的两个SPI至RS-485/RS-422设计提供SPI SCLK和电缆长度指南。这种非隔离设计使用了ADI公司具备高速EMC稳健性的小型RS-485/RS-422器件(ADM3066E和ADM4168E)。这种隔离设计还采用了ADI公司的iCoupler®信号和电源隔离ADuM5401器件,可以为SPI至RS-485/RS-422链路提供更高的EMC稳健性和抗噪声干扰性能。这种设计会增加系统传播延迟,导致不可在更高的SPI SCLK速率下运行。在更长的电缆(超过30米)中传输时,强烈建议增加隔离,以帮助消除接地回路和EMC事件的影响,例如静电放电(ESD)、电快速瞬变脉冲群(EFT),以及与数据传输电缆耦合的高压浪涌。当电缆长度达到或超过30米时,隔离和非隔离设计的SPI SCLK和电缆长度性能相似,如图2所示。

 

 

图2.针对隔离和非隔离设计的SPI SCLK和电缆长度指南。

 

虚假电源

 

背景知识

 

虚假电源将电源和数据部署在一根双绞线上,在主机和从机之间实现单电缆解决方案。将数据和电源部署在同一根电缆上,可以在空间有限的边缘传感器节点上实现单连接器解决方案。

 

幸运时时彩平台电源和数据通过电感电容网络分布在单根双绞线上,具体如图3所示。高频数据通过串联电容与数据线路耦合,可以保护RS-485/RS-422收发器免受直流总线电压影响,如图3a所示。图3所示为通过连接至数据线路的电感连接至主机控制器的电源。如图3b所示,5V直流电源对交流数据总线实施偏置。在图3c中,电流路径显示为从机和主机之间的IPWR,使用电缆远端基于状态监控(CbM)的从机传感器节点上电感从线路中获取电源。

 

 

图3。虚假电源物理层的交流和直流电压电平。

 

高通滤波器

 

在本文中,假设将虚假电源电感电容网络部署到两根电缆中,这会部署SPI MISO信号的RS-485/RS-422转换。图4描述主机和从机SPI至RS-485/RS-422的设计,以及SPI MISO数据线的虚假电源滤波器电路。滤波器电路采用高通电缆,所以要求传输的数据信号不能包含直流内容或极低频率的内容。

 

 

图4.SPI至RS-485/RS-422设计和虚假电源滤波器电路。

 

图5所示为二阶高通滤波器电路,这是对图4的简化演示。RS-485/RS-422发射器的电压输出标记为VTX,R1具备15Ω输出电阻。R2为30 kΩ,是RS-485/RS-422接收器的标准输入电阻。电感(L)和电容(C)值可以选择,以匹配所需的系统数据速率。

 

选择电感(L)和电容(C)值时,需要考虑最大的RS-485/RS-422总线压降和压降时间,如图6所示。存在一些标准,例如对于单根双绞线以太网2,指出的最大可允许压降和压降时间如图6a所示。对于有些系统,最大的可允许压降和压降时间值可能更大,受信号极性交越点限制,如图6b所示。

 

压降和压降时间可与图5中的仿真配对,以确定系统的高通频率。

 

对于衰减出色的系统,高通滤波器截止频率和压降要求之间的关系如公式1.3所示

 

 

幸运时时彩平台在SPI至RS-485/RS-422通信系统中增加虚假电源时,很显然可允许的最低SPI SCLK速率会受虚假电源滤波器元件限制。

 

为了实现不含位错误的可靠通信,需要考虑最糟糕场景下的最低SPI SCLK,例如,当所有的SPI MISO采样位处于逻辑高电平时,如图7所示。如果所有的MISO采样位都处于逻辑高电平,会导致位数据数率低于系统SPI SCLK。例如,如果SPI SCLK为2 MHz,且所有16个位都处于逻辑高电平,那么虚假电源LC滤波器网络的速率相当于125 kHz的SPI MISO位数率。

 

幸运时时彩平台如“时间同步和电缆长度”部分所示,电缆长度越长,需要的SPI SCLK速率越低。但是,虚假电源会限制最低的SPI SCLK速率。要平衡这些对立的要求,就需要小心选择和确定无源滤波器元件的特性,尤其是电感。

 

 

幸运时时彩平台图5。RS-422发射数据路径和RS-485/RS-422接收数据路径的二阶高通滤波器。

 

 

图6.RS-422接收器的压降和压降时间。

 

 

图7.具有MISO 16位突波(所有都处于逻辑高电平)的SPI协议。

 

无源元件选择

 

在选择合适的功率电感时,需要考虑许多参数,包括足够的电感、额定/饱和电流、自谐振频率(SRF)、低直流电阻(DCR)和封装尺寸。表1提供选择的功率电感和参数。

 

额定电流需要满足或超过远程供电的MEMS传感器节点的总电流要求,额定饱和电流需要更大。

 

此电感不会给交流数据造成高于其SRF的高阻抗,在达到某个点之后,会开始呈现电容性阻抗特性。选择的电感SRF会限制在SPI至RS-485/RS-422物理层上使用的最大SPI SCLK,如图1所示。在长电缆上使用时,可能不会接触到SRF电感;例如,电缆超过10米时,可能无法达到11 MHz SPI SCLK速率(产品型号为744043101的SRF)。在其他情况下,在长电缆上运行时,电感SRF可能达到更低的SPI SCLK速率(2.4 MHz、1.2 MHz)。如前所述,在虚假电源滤波器网络中使用时,电感也会限制可允许的最低SCLK速率。

 

值更大的电感可以采用12.7 mm × 12.7 mm封装,值更小的电感可以采用4.8 mm × 4.8 mm封装。

 

表2显示在通过权衡这些对立要求,以最小化电感尺寸时,会因为物理限制(内部绕组)等受到限制。

 

幸运时时彩平台表1.选择的功率电感参数

 

表2.功率电感——对封装尺寸的限制

 

选择合适的直流电压隔离电容时,受限因素包括瞬态过电压额定值和直流电压额定值。直流电压额定值需要超过最大的总线电压偏置值,具体如图3所示。电路或连接器短路时,电感电流会失衡,会被端电极阻抗消耗。出现短路时,需要设置隔直电容的额定值,以实现峰值瞬态电压。例如,在低功率系统中,电感饱和电流约为1 A时,对应的隔直电容额定值至少为直流50 V。4

 

系统实现

 

设计窗口和元件选择

 

 在RS-485/RS-422长电缆上使用SPI之类的时钟同步接口,同时在相同的双绞线(虚假电源)上部署电源和数据时,存在多种设计限制,具体如图8所示。可允许的最小SPI SCLK由虚假电源滤波器元件设置,即SPI数据线上的高通滤波器数据。最大的SPI SCLK由虚假电源电感自谐振频率(SRF)或系统传播延迟设置,以SPI SCLK值更低者为准。

 

 

图8。设计窗口限制。

 

表3提供建议使用的电感和电容值,对应的最小SPI SCLK通过模拟图5确定,使用图6和公式1作为指导。其中,假设VDROOP为VPEAK的99%。最小的SPI SCLK也会考虑最糟糕的场景,如图7所示,其中所有数据突波位都处于逻辑高电平。对应的电缆长度根据图2预估。最大SPI SCLK由系统传播延迟或电感SRF值设置。

 

下面是一个计算示例。

 

要确定最大SPI SCLK:

 

 指明系统所需的电缆长度。在本例中,我们选择使用10米长的RS-485/RS-422电缆。

 

使用图2确定系统可允许的最

[1] [2]
关键字:工业4  有线监控 编辑:muyan 引用地址:http://news.sonata9.com/IoT/ic500203.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:贸泽联手Trenz Electronic,分销基于Xilinx的工业级SoM
下一篇:最后一页

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

倍捷“连接器小百科”,让你更懂工业连接器
连接器产品在我们的生活中无处不在,比如家中常见的插座、笔记本电脑充电插头或者是智能手机的USB线。此外,在众多工业设备和系统中,连接器也是必不可少的器件,用于实现电流、信号和数据的传递。这些设备应用于航空航天器、军用坦克、海上钻井平台、轨道交通系统、电动汽车以及医疗等行业。 工业连接器虽然在庞大系统中并不起眼,但却必须经得起恶劣环境的考验,根据使用场景不同,需要具备防水、防酸、防尘、防盐雾、防油、防高温、防高压、防雷击等不同的能力。如此重要的连接器,其所获得的关注以及用户对其了解却相差甚远。目前,市场上生产连接器的公司众多,质量良莠不齐。加之,很少有人关注连接器产品的真正使用方法,安装方式,因此由连接器产生的问题
发表于 2020-06-08
倍捷“连接器小百科”,让你更懂工业连接器
技术文章—SiC MOSFET如何提升工业驱动器能源效率
摘要 由于电动马达佔工业大部分的耗电量,工业传动的能源效率成为一大关键挑战。因此,半导体製造商必须花费大量心神,来强化转换器阶段所使用功率元件之效能。意法半导体(ST)最新的碳化硅金属氧化物半导体场效电晶体(SiC MOSFET)技术,为电力切换领域立下全新的效能标准。 本文将强调出无论就能源效率、散热片尺寸或节省成本方面来看,工业传动不用硅基(Si)绝缘栅双极电晶体(IGBT)而改用碳化硅MOSFET有哪些优点。 1.      导言 目前工业传动通常採用一般所熟知的硅基IGBT反相器(inverter),但最近开发
发表于 2020-06-04
技术文章—SiC MOSFET如何提升工业驱动器能源效率
高性能图像传感器在工业条形码阅读器的应用
摘要: 伴随着当今更低成本和更高性能的工业相机的趋势,对CMOS图像传感器也提出了更高的要求,需要通过设计系统级芯片(SoC)来实现这一目标。为实现该目标,需通过3D芯片堆栈和背照(back side illuminated ,BSI)技术,把多个图像处理任务集成到单一器件中。在未来将会出现具有精密的机器学习和专有的智能计算芯片结合图像撷取功能的解决方案,创造出紧凑的高速运算视觉系统。 可是在实现崭新的大型技术集成之前,必需扫除两个主要发展障碍—芯片的热量管理和功耗。 现在,先进的前照(front side illuminated ,FSI) CMOS传感器集成了模拟和数字功能
发表于 2020-06-04
高性能图像传感器在工业条形码阅读器的应用
工业富联携手中信、华润共同打造工业互联网平台
据悉,鸿海旗下工业富联将携手中信、华润两大集团,共同出资设立深圳市信润富联数字科技,致力打造全球领先的垂直行业工业互联网平台,向汽车零部件行业、水泥等建筑材料行业提供智能制造及工业互联网技术解决方案,助力产业转型升级,实现高质量发展。 该合资公司前期将协助中信戴卡及华润水泥封开公司,建设“灯塔工厂”深化垂直场景应用服务能力,推动铝制汽车零部件、水泥等传统产业实现质量变革、效率变革、动力变革,再赋能中信集团、华润集团其他实业板块和外部企业。  中信集团副总经理徐佐表示,在工业领域新的历史时代背景下,此次合资合作能发挥各方的理念优势、技术优势、产业优势,是共同践行国家战略、推进新基建的具体行动。要以解决
发表于 2020-06-03
工业富联携手中信、华润共同打造工业互联网平台
工业富联将与中信、华润合作成立合资公司
据钜亨网报道,看好新基建商机,鸿海旗下工业富联将携手中信、华润两大集团,共同出资设立深圳市信润富联数字科技。据悉,深圳市信润富联数字科技的主营业务是向汽车零组件、水泥等建筑材料行业,提供智能制造及工业互联网技术解决方案服务。依照合约内容,三方合资公司前期将协助中信戴卡及华润水泥封开公司,建设“灯塔工厂”深化垂直场景应用服务能力,推动铝制汽车零部件、水泥等传统产业实现质量变革、效率变革、动力变革,再赋能中信集团、华润集团其他实业板块和外部企业。对于此次合作,工业富联表示,制造业细分领域众多,工业机理、个性化要求差异明显,对垂直行业工业互联网平台,提出更高的专业领域能力要求,三方共同设立合资公司,可以依靠中信、华润水泥丰富的工业场景
发表于 2020-06-03
LeddarTech联手ST,加快在自动驾驶和工业应用的LiDAR部署
 LeddarTech®是提供用途最广泛的可扩展汽车和出行LiDAR平台的行业领导者,将与全球半导体领导者STMicroelectronics合作开发LiDAR评估套件。ST服务于整个电子应用的客户,是一家领先的汽车和工业应用解决方案供应商。该评估套件将演示技术概念,并为汽车的1、2级和工业系统集成商提供功能性LiDAR的开发能力,以开发基于LeddarEngine™技术的LiDAR解决方案。 LeddarTech的套件将包括ST基于MEMS镜像的激光波束扫描解决方案,以及来自其他LeddarTech生态系统合作伙伴的技术、产品和服务。该评估套件将开发用于高速公路驾驶的汽车前置LiDAR应用,如高速领航和交通
发表于 2020-06-02
小广播
换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2020 sonata9.com, Inc. All rights reserved
天津11选5 500彩票网 北京pk10 500万彩票 一分时时彩官网 幸运时时彩 幸运时时彩官网 500万彩票 幸运时时彩 湖南快乐十分官网