Strömsnål linjedrivare?

[sp4m]

Hej

I ett projekt använder jag en temperatursensor som heter Smartec SMT160-30-TO18 (Elfa: 73-088-93) som jag kodar av med en PIC processor. Denna har en pulsbreddsmodulerad frekvensutgång (1 - 4 kHz) och är mycket enkel att koda av i mjukvara.

Denna sensor sitter i ena ändan av en skärmad signalkabel tillsammans med en avkopplingskonding 100nF. Så länge som kabeln är max 5m så fungerar allt utmärkt, men om jag använder en 15m kabel så gör kabelns kapacitans att flankerna blir lite för dåliga på signalen.

Det jag skulle behöva är en linjedrivare som klarar av att driva kapacitansen i kabeln utan att förstöra flankerna allt för mycket.

Problemet är att 5V spänningen som driver sensorn är mycket begränsad i sin strömförmåga. 5V spänningen skapas nämligen av en RS232-tranceiver (flyback switching).

Linjedrivaren får i stort sett inte dra någon ström alls då den inte växlar läge. 50µA kanske kan vara okej. Däremot när den skall driva nivån hög/låg så får den naturligtvis konsumera den ström som krävs.

Jag har haft lite funderingar på om man kan lösa det med ett enkelt push-pull steg (class b steg) med två mosfetar. Dock vill jag hålla nere komponentantalet så gott det går eftersom det handmonteras, och steget får inte vara inverterande för att vara kompatibelt med sensorer som är lödda direkt på kabeln.

En SO-8 kapsel och något motstånd är okej, men helst inte mycket mer.


Någon som kan tipsa om en icke inverterande 5V linjedrivare med i stort sett 0A quiescent ström? Borde ju inte vara så svårt att konstruera i en kapsel med endast FETar och dioder? Hade vart skönt om det fanns färdigt för komponentantalets skull, men kom gärna med designtips också.

Tack på förhand
Mvh Albin

[sp4m]

Sensorn i sig drar endast 160-200µA vid 5V och strömdrivningsförmågan är inte definerad, men utgångsimpendansen är hela 200 ohm.

Kanske skulle det räcka med två vanliga inverterare. Problemet är dock att strömförbrukningen vanligtvis är för hög?

Edit: Eller en AND grind med en ingång mot 5V, strömproblemet kvarstår dock.

[blueint]

Sätt en MCU direkt vid mätpropen som skickar datat seriellt istället.

Probe --1m--> MCU --20m--> Stor-MCU/PC ..

[xxargs]

En CMOS-krets eller 74HCxx ha i princip ingen viloström men ganska stark 'drivning', dock tror jag inte att det kommer att lösa problemet mer än att du kanske får några meter till i räckvidd.

Problemet är att kabeln i sig är pulsformande på dessa låga frekvenser då den har komplex impedans (i regel runt 900 Ohm och -45 grader fasvinkel vid 1000 Hz iom att det är kapacitivt) så även om man matar på fyrkantvåg i ändan med en stark driver med låg impedans så är det inte riktigt fyrkantvåg som kommer till mottagaren i andra ändan utan det är en mer eller mindre avrundad historia. Detta gör också att punkten '0' resp '1' kommer att variera med kabelavståndet trots samma duty-cykel från sensorn beroende på vilken spänningspunkt din MCU tolkas som '1' resp '0' på sin ingång - och kan också variera mellan MCU-exemplaren.


Ett sätt att komma runt detta lite i allafall är att ha differentiell drivning från sensorsidan (dvs. i stället för 3 sladdar så har du 4 sladdar - två för strömförsörjningen och 2 st för signalering - gärna tvistad) och använda tex CMOS krets som är kopplad som en inventerad och icke inventerad utgång som driver varsin signalledare och en snabb komparator på MCU-sidan som lyssnar av de båda signalledarna så att den bara bryr sig om signalparets spänning korsar nollgenomgången gentemot varandra och inte absolutspänning i närheten av max spänning på fyrkantvågen - man skaffar sig en symmetri som gör att det inte påverkas så mycket hur fyrkantvågens flank är avrundad vid nära full spänning på respektive ledare utan bara bryr sig om hur de växlar vid nollgenomgången gentemot varandra, 'kurvdistorsionen' tar ut varandra och bedömningspunkten (nollgenomgången) är det som påverkas minst av kabellängd mm. - lösningen blir också okänsligare om matningsspänningen på sensorn varierar under pulsningen vilket den kommer att göra pga. strömförbrukningen när den slår om.

Vad använder du för kabel?

När du designa sådant här så bör du designa för funktion på mycket längre sträcka än du tänkte dig - är ditt behov 15 meter så skall det fungera vid 50 meter etc.

[LHelge]

Det finns ju SO-8 kapslar med två fetar till exempel IRF7389 (elfa 71-158-01) kanske kunde vara värt att testa.

[prototypen]

Det är väl lite tveksamt att använda en pulsbreddmodulerad signal med så lång kabel, lite osymetri i drivningen så ändras pulsbredden.
Skärmningen bidrar med en hel del kapacitans också, är skärmen nödvändig (störningar går att filtrera bort i µC).
Däremot med en frekvenssignal så går det nästan inte förstöra informationen, matar man in en fyrkant och får ut en sinus så är frekvens alltid frekvens.

Protte

[sp4m]

Tack för alla svar!

Problemet är att när jag ritade designen så var det aldrig tänkt att använda längre kabel än 5m. Detta fungerade väl så jag krånglade inte till designen med diffrentialdrivare eller seriekommunikation. Därför nöjde vi oss också med en kraftlösning som bara klarar att ge ca 0,5mA.

Sätt en MCU direkt vid mätpropen som skickar datat seriellt istället.

Mycket god idé. Blir svårt att driva på den ström jag har idag på 5V, men det kanske skulle gå med en Texas µC eller dyl. Dock har jag ett serieinterface på enheten också. Man skulle kunna tänka sig att slänga på en tempsensor µC på detta interface. Där finns också mer kraft att tillgå. Med låg baudrate så borde väl RS232 kunna klara 15m utan problem?

En CMOS-krets eller 74HCxx ha i princip ingen viloström men ganska stark 'drivning', dock tror jag inte att det kommer att lösa problemet mer än att du kanske får några meter till i räckvidd.

Jag skall ta och testa med en 74HC iaf. Helt skarpa behöver ju flankerna inte vara. Det vore helt klart det enklaste.

Ett sätt att komma runt detta lite i allafall är att ha differentiell drivning från sensorsidan

Låter som en smart lösning. Synd att man inte tänkte i dessa banor med en gång. Har tyvärr lite ont om anslutningar med nuvarande kontaktering också. Skall komma ihåg detta tips när vi gör en större omdesign.

Vad använder du för kabel?

Elfa: 55-771-01 (LiYCY 3x0.50mm²)

Det finns ju SO-8 kapslar med två fetar till exempel IRF7389 (elfa 71-158-01) kanske kunde vara värt att testa.

Jo, har också tänkt i dessa banor. Har inte börjat skissa på en sådan lösning ännu dock då jag hoppas på att lösa det med mer färdig linjedrivare. Inte säker på om det går att bygga ett icke inverterande push-pull med bara två fetar? Har som sagt inte börjat skissa på det. Behöver ju också tänka igenom det ordentligt så att aldrig båda fetarna driver samtidigt.

Det är väl lite tveksamt att använda en pulsbreddmodulerad signal med så lång kabel, lite osymetri i drivningen så ändras pulsbredden.
Skärmningen bidrar med en hel del kapacitans också, är skärmen nödvändig (störningar går att filtrera bort i µC).
Däremot med en frekvenssignal så går det nästan inte förstöra informationen, matar man in en fyrkant och får ut en sinus så är frekvens alltid frekvens.

Bra poäng! I efterhand så borde jag anat att kabellängden med tiden skulle öka och problem uppstå.
Tar jag bort skärmen så minskar stig/falltid med ca 20%. Klar förbättring, men inget mirakel. Går väl kanske köra utan skärm.
Bra poäng med frekvens. Skulle dock kräva µC som kodar om detta. Sedan skulle det kanske gå att använda PIC processorns input capture eller inbyggda komparator för att koda av frekvensen.

Skulle man våga frekvensmodulera signalen som en fyrkantspuls 0V-5V och förlita sig på att den på mottagarsidan fortfarande är en frekvenssignal med en offset från 0V på ungefär 2,5V? Eller bör man skicka in den genom en konding och räkna frekvens vid 0V genomgången? Hur som helst så kräver det mer omdesign än jag är sugen på just nu tyvärr.

Tack igen för alla intressanta idéer och tankar!

[prototypen]

LM331 är en spänning till frekvens men den drar 1,5-6 mA sedan behövs en analog tempkrets, t.ex. TMP 01.

Jag har ritning på en lösning som mäter 0-300 grader över icke polariserad 2 tråd (kvittar hur man kopplar 2 tråden) med frekvens ut och termoelement typ K.

Protte

[sp4m]

LM331 är en spänning till frekvens men den drar 1,5-6 mA sedan behövs en analog tempkrets, t.ex. TMP 01.

Intressant! LM331 skall jag lägga på minnet. Tack för tipset.

[4kTRB]

icl7667 drar ca 150uA när insignalen är 0V
Om den finns att få tag i vet jag inte.
http://www.intersil.com/data/fn/fn2853.pdf