Восстановитель импульсных сигналов

Шабронов Андрей Анатольевич

Задача по увеличению длинны линии и восстановлению сигналов для 1-проводной шины микросхем датчиков температур ds1820 фирмы Dallas Semiconduktorа решается с помощью довольно таки простой схемы, представленной ниже.

Восстановление, 'затянутого' емкостью кабеля, сигнала перехода из 0 в 1 осуществляется путем кратковременного открытия транзистора Т1. Начало открытия определяется порогом включения Т2, а закрытие - временем заряда С1.

В разряженном состоянии С1 имеет как бы минимальное сопротивление и минусовое напряжение с общей шины поступает на базу Т1, который и открывается, так как он структуры P-N-P. Как только C1 максимально зарядится, его сопротивление максимально возрастет и транзистор Т1 закроется из-за базового сопротивления R3. И пока транзистор открыт он 'подтягивает' фронт импульса к логической 1 и таким образом восстанавливает сигнал.

Разряд С1 для восстановления очередного фронта сигнала, осуществляется во время закрытия Т2 через сопротивление R2 в цепи его коллектора.

Фронт сигнала из 1 в 0 восстанавливать обычно не требуется, поскольку он формируется, достаточно сильноточными ключами ИМС DS1820 и адаптерами сопряжения с ПЭВМ стыка RS-232. В случае необходимости, схема восстановления для перехода импульса из 1 в 0 выполняется полностью аналогично, но в 'зеркальном' виде. Транзисторы меняются структурой. Включение вывода эммитера входного ключа осуществляется соответственно к плюсовой шине, а выходного ключа - к общей. Сопротивления и емкости остаются прежние.

Схема восстановления требует питанию +5 вольт. Для возможной работы по 2-х проводной цепи установлен диод Д1, который подзаряжает накопительный конденсатор С2 во время передачи по ШД напряжения +5 вольт. В этом случае может потребоваться программно увеличить время состояния шины в напряжении +5 вольт путем уменьшения передаваемых сигналов управления, т.е. сигналы 0 передавать пореже.

Характеристики большинства современных маломощных транзисторов подходят для работы в схеме. Не рекомендуется использовать во входном ключе транзисторы германиевой структуры, поскольку их напряжение включения около + 0.5 вольт. Возрастет вероятность приема помехи в длинной линии вызванной индуктивностью и поэтому появляющимися 'выбросами' напряжения на шине данных, как при 'нулевом' уровне, так и при 'единичном'. Кроме того, обязательно в длинной линии необходимо установить на ШД защитные стабилитроны для ограничения максимально возможных выбросов напряжения.

Одна схема обеспечивает увеличение предельной длинны линии в 2-3 раза. Для эксплуатации еще большего расстояния допустимо включение нескольких восстановителей распределенных по длине линии. Автором разработана печатная плата со схемой данных восстановителей и ветвителей сигналов шины Micro Lan DS2409.

Дополнение к материалу статьи

Автор посчитал необходимым, включить и общие рассуждения пути решения проблемы. Важен результат? А как к нему Вы пришли? Этот материал для тех, кому интересен и путь и цель. Как в олимпийском движении - главное не победа - главное участие! И так:

Может ли быть 'параллельный' усилитель сигналов?

Схема восстановления сигналов 1-проводной шины MicroLAN получена с использованием ТРИЗ - теории решения изобретательских задач.

Общий ход рассуждений был таков. Нужно восстанавливать сигналы и значит нужна схема которая бы регистрировала переход из 0 в 1 и обратно и делала бы это по быстрей. Но любая схема регистрации имеет порог регистрации и значит получается замкнутый круг.

Происходит НАКОПЛЕНИЕ ошибки!

Любой разрыв цепи пусть с элементами, которые имеют очень большое быстродействие, начнется с затянутого фронта. И получается, что нужно восстанавливать сигнал, но разрывать линию нельзя! Это первое противоречие.

Второе противоречие - это двунаправленность линии Dallas и соответственно ОБЯЗАТЕЛЬНО БУДЕТ ПРОМЕЖУТОК ВРЕМЕНИ, КОГДА СХЕМА РАЗРЫВНОГО РЕГЕНЕРАТОРА ДОЛЖНА ПЕРЕКЛЮЧАТЬСЯ ОТ ПРИЕМНИКА К ПЕРЕДАТЧИКУ И НАОБОРОТ.

Т.е. получается, схема должна быть в линии и не разрывать линию! А это может быть, если она находится ПАРАЛЛЕЛЬНО ЛИНИИ.

В этом случае схема следит за сигналом и как только он откланяется от требуемого состояния, возвращает его к норме.

Позволяют ли характеристики нашего импульсного сигнала 1-проводной шины это сделать? Да позволяют! Сигналы в MicroLan достаточно простые и строго определены. Всего их 2а типа. Импульс 1-0-1 длинной в 10-15 микросекунд, который определяет значение для передачи 1, и такой-же импульс но длинной 60-80 микросекунд.

В чем заключается искаженность этого импульса. Емкость кабеля недает быстро вернуться к уровню напряжения в +5 вольт - логической единицы.

Почему быстро не получается? Заряд емкости кабеля осуществляется через 'подтягивающее' сопротивление (это термин по документации на MicroLAN), а оно не может быть слишком малым. Это цепь нагрузки коллектора выходного ключа. Это сопротивление определяет токи коллекторов и выбирается из расчета мощности ИМС и технологии. По паспорту токи не должны превышать 5-8 милиампер. Отсюда и сопротивления для +5 вольт - 1-4 ком. Максиумы не ставят, это критичные режимы.

А разряд емкости кабеля происходит быстро, поскольку сопротивление цепи открытого транзистора не более 50-100 ом.

Вывод. Надо 'помочь' вернуться сигналу к +5 вольт, но только 'помочь' и 'не переборщить'. Что бы следующие сигналы снова могли передаваться по линии.

Поделитесь этой записью или добавьте в закладки