Pytanie:
Symulacja linii przesyłowej (fizyczna)
darron
2011-01-11 06:38:24 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Muszę być w stanie zasymulować komunikację z czujnikiem na dużej długości przewodu (0-10 km). Dotyczy to komunikacji o dość niskiej prędkości (maks. 10 kHz, zwykle 1-2 kHz). To byłby FSK ... ale w pewnym momencie być może będę musiał obsłużyć również sygnał podobny do RS232 o niskiej transmisji.

Głównie szukam spadku napięcia i zniekształceń sygnału. Opóźnienie nie ma większego znaczenia.

Jak byś się do tego zabrał?

EDYCJA:

Udało mi się ustalić, że kabel to rzeczywiście ( dość niestandardowy) typ kabla koncentrycznego. Znam teraz rezystancję i pojemność na jednostkę długości, geometrię przekroju i że rezystancja izolacji jest na tyle wysoka, że ​​nie ma znaczenia. Początkowo nie było jasne, czy linia powrotu była oddzielnym uruchomieniem, czy nie.

To byłaby konfiguracja testowa dla wielu urządzeń docelowych. Większość z nich to FSK z różnymi możliwościami wyboru częstotliwości poniżej 10 kHz, niektóre z nich to ASK (prawie można użyć standardowego UART po pasmowoprzepustowym / filtrowaniu). Wszystkie pracują na wysokim przesunięciu DC (komunikacja nad mocą).

W przeszłości widziałem ludzi budujących prosty przełącznik obrotowy, który zamienia rezystory, kondensatory i być może cewki indukcyjne, aby symulować daną linię długość. Czy to mogłoby być wystarczająco dobre?

Obecnie próbuję zbudować kilka symulacji w LTspice.

EDYCJA 2:

OK, jeśli wybiorę tylko dodanie rezystorów, kołpaków i cewek ... jak wygląda model? Poniższa sieć RLGC zakłada, że ​​podstawy mają ten sam potencjał, jak sądzę (bezpieczne założenie dla PCB z płaszczyznami uziemienia). Powrót w tym przypadku odbywa się przez zewnętrzną powłokę, a jej rezystancja jest prawdopodobnie 3 razy większa niż w przewodniku wewnętrznym. Czy to znacząco zmienia rzeczy? Czy po prostu dodaję kolejny rezystor na dolnej szynie i rozdzielę pojemność po obu stronach?

Czy zamierzasz używać FSK z nośną 10 kHz lub wysyłać dane z prędkością 10 kbodów? Co masz na myśli mówiąc o RS232; pasmo podstawowe czy tylko 1 bit / symbol?
Czy to coax, czy coś innego?
Trzy odpowiedzi:
vicatcu
2011-01-11 06:47:38 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Linie przesyłowe mają złożoną impedancję charakterystyczną. Charakterystyczna impedancja jest zwykle określana „na jednostkę długości” dla danej linii przesyłowej. Ze względów praktycznych można określić cztery wartości „na jednostkę długości” linii przesyłowej: rezystancję, pojemność, indukcyjność i przewodność. Jest dość obszerny artykuł na ten temat w Wikipedii, a „dla wysokich częstotliwości i małych strat” przybliżone równanie wygląda następująco:

alt text

gdzie:

  • x to odległość wzdłuż linii przesyłowej
  • t to czas, który upłynął
  • L to indukcyjność na jednostkę długości
  • C to pojemność na jednostkę długości
  • R to rezystancja na jednostkę długości
  • G to przewodnictwo na jednostkę długości

Prawdopodobnie jest to będzie to dla ciebie ograniczone, ponieważ jeśli czytam między wierszami, wygląda na to, że planujesz transmitować sygnał cyfrowy (tj. falę prostokątną). Krawędzie fali prostokątnej mają naprawdę „szerokie spektrum”. Dlatego większość systemów komunikacyjnych przechodzi przez etap modulacji i demodulacji, aby ograniczyć widmo sygnału „na linii”. Ale myślę, że powyższe równanie ma zastosowanie, ponieważ „sygnał” w fali prostokątnej jest analitycznie zawartością „wysokiej częstotliwości”.

W każdym razie na wysokim poziomie „stanu ustalonego” sygnału wejściowego, zakładając, że odbiornik ma wysoką impedancję, sygnał widzi jako dzielnik napięcia oparty na charakterystycznej rezystancji i przewodności. Więc powinieneś zobaczyć (w przybliżeniu) Vout / Vin = G / (R + G), w oparciu o model:

alt text

Edycja 1

Brakowało mi wcześniejszego komentarza FSK (Frequency Shift Keying). Miałem też inną myśl. Możesz użyć czegoś takiego jak Matlab Simulink do modelowania charakterystyki przenoszenia obwodu i zasilić model reprezentatywnym przebiegiem wejściowym, aby zobaczyć, co wychodzi z drugiej strony ...

Ponadto, jeśli chcesz wiedzieć, jaki spadek napięcia zobaczysz, dla sygnału sinusoidalnego nadal masz skuteczny dzielnik napięcia z górną nogą o efektywnej impedancji długości * (R + jwL) i impedancja dolnej części nogi (G długość || 1 / (jwC długość)). Możesz wykonać złożoną matematykę, aby znaleźć rzeczywistą część tej funkcji transferu przy danej częstotliwości (w = 2 * pi * f).

Edycja 2

W odpowiedzi na wyjaśnienie, co rozumiałeś przez symulację fizyczną, jeśli próbujesz fizycznie wprowadzić efekt linii transmisyjnej, po prostu skonfiguruj obwód na rysunku z odpowiednimi wartościami kondensatorów, cewek i rezystorów - zgodnie z właściwościami i długością linii transmisyjnej, którą próbujesz naśladować.

Próbowałem określić, czy ten skupiony model jest do tego odpowiedni, w porównaniu z modelem rozproszonym (gdzie dzielisz sieć RLGC na znacznie mniejsze sekcje serializowane). G to podobno setki megaomów nawet przy 10 km (ponad 5 mm izolacji)
Moim głównym zmartwieniem w tym miejscu jest prostokątny kształt sygnału ASK. Nie jestem pewien, czy mogę po prostu zignorować te stosunkowo szybkie przejścia, czy nie. Pamiętam okropne dzwonienie obserwowane lata temu ... ale domyślam się, że było to bardziej prawdopodobne z powodu bardzo słabego dopasowania impedancji.
@darron, Myślę, że skupiony model jest w porządku, o ile zależy ci tylko na tym, co wychodzi z drugiej strony linii, a nie na tym, co dzieje się w punktach po drodze. Nieskończony szereg jest użytecznym modelem do rozwiązywania pola czasoprzestrzennego w linii.
@darron,, powinieneś móc wygodnie zignorować G, jeśli jest >> niż R w modelu. W takim przypadku straty będą głównie spowodowane skutecznym filtrem R-L-C widocznym w modelu w punkcie pracy częstotliwości. Będzie to wyglądało jak filtr dolnoprzepustowy do wszystkich celów i celów. Spodziewaj się więc pewnego zmiękczenia krawędzi.
@darron, sprawdź http://sim.okawa-denshi.jp/en/RLClowkeisan.htm
krapht
2011-01-11 06:58:29 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Producenci kabli podają, jak bardzo sygnał będzie tłumiony na jednostkę długości, biorąc pod uwagę częstotliwość sygnału.

Jeśli chodzi o zniekształcenia sygnału, nie znam niczego istotnego, o ile używasz ekranowanego kabel. Ale nie wierz mi na słowo.

Przesyłanie sygnałów poziomu RS232 przez tak długi odcinek kabla będzie trudne.

Brian Carlton
2011-01-11 09:58:22 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Gdybym chciał to zrobić naprawdę, użyj standardowego modemu telefonicznego i generatora napięcia sieciowego, jeśli to konieczne. Do symulacji @krapht ma rację. Użyj STP lub kabla koncentrycznego.



To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 2.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...