または不一致のラインが信号を損なう方法

Dangerous Prototypesフォーラムで、ある長さから正常に機能しなくなったSPIバスの問題に関する 1つの議論に参加したことがあります。 私の経験から、2つのことがわかりました。1）電源の確認、2）反射のラインの確認。 それから、これはすべてのハムに共通の問題であることに気づきました。 データ行は複雑なトピックであり、この電子魔法から謎を取り除く時が来ました。

はじめに

LED、コントローラー、およびいくつかのロジックエンクロージャーから興味深いものを組み立てることは1つのことです。 そしてまったく別のこと-あなたの作品をケーブルで外界と接続し、それらを通してさまざまな低周波および高周波信号を送信しようとします。 物理学の法則は容赦なく、優れたデータラインの開発はそれ自体が重要な作業です。



私が長距離電話に初めて触れたのは、約20年前、長さ15〜25 mのケーブルで8 MHz CGAデジタルビデオ信号を伝送しようとしたときでした。 私はほぼ10年前に長い行列について学びましたが、実際にこの知識を使用したことはありません。 したがって、私は意図的に研究を掘り下げ、問題を理解しなければなりませんでした。



長い線の理論は十分理解できますが、アナログ電子工学に精通していない人を怖がらせることができます。 長い列に会うことは避けられないことを知ってください。 あなたは確かにあなたの活動のある段階でそれらに出会うでしょう、そしてあなたは生じる問題を解決しなければなりません。



幸いなことに、敗北から身を守るためにできる比較的簡単なことがいくつかあります。 長いラインに起因する問題は簡単に見ることができます（オシロスコープを使用します。-およそのトランスレーション ） 。そして、多くの写真を使って、異なる伝送ラインの異なる周波数の信号で何が起こるかを視覚的に示します。



ここで、たとえば、ケーブルの出力での信号の波形：





図1.特別な措置を講じていないラインの出力での信号。



私たちの美しい信号は、今では外観が損なわれています。

長い列とは何ですか？

どの接続も長い回線と見なすことができます。 ただし、特徴的な効果が常に観測されるとは限りません。 そのため、いくつかの定義があり、どの行を長く考慮する必要があります。 それはあなたが働いている地域によって異なります。 信号がケーブルの一方の端からもう一方の端まで移動するのに時間がかかることを理解する必要があります。 それがすべての塩です。



銅線では、信号は光の速度の約2/3の速度（約2・10 ⁸ m / s）で伝送されます。 つまり、ケーブルの20 cmごとに1 nsの遅延が発生します。 これらの数値により、トラブルが始まる前に回線をどれだけ延長できるかを評価できます。



特定の周波数でケーブルを介して交流信号を送信すると、入力電圧の位相がすでに変化しているが、信号がまだ出力に到達していないという状況が発生します。 実際、信号周期全体がケーブルに収まり始めるずっと前に問題が始まります。



通常、次の長い行の定義が使用されます。

• 波長を考慮しなければならないような高い周波数の信号を送信する回線（Wikipedia）;
• 半波以上がラインに沿って積み重なるような信号を伝送するライン。
• 波長の大部分が配置される長さに沿った線。

これで理論は終わりです。 実際に何が起きているのかを示して、最小限のデバイスと部品のセットを使用してみます。

設置の測定

OSAAは必要なすべての資料を親切に提供してくれました。 私が使用したものは次のとおりです。

• 5番目のカテゴリの20メートルの非シールドツイストペア。
• 同じツイストペアケーブルのもう0.5メートル（短いケーブルではそれほど単純ではないことを示すため）。
• 信号発生器;
• 帯域幅が100 MHzの2つのオシロスコープ。
• デュアル電源;
• ブレッドボード;
• 2つのRJ-45コネクタ。

次の回路が組み立てられました。





図2.低電流出力のライン電源回路



回路は、ケーブルに取り付けられた74HC04インバーターです。 電源電圧は5 Vです。オシロスコープNo. 1はポイントIN_SIG / IN_GNDに接続され、オシロスコープNo. 2はOUT_SIG / OUT_GNDに接続されています。 オシロスコープが共通のグランドに接続されていないことに注意することが重要です。 共通のワイヤを接続すると、回線が短絡します。 ターミネータと呼ばれるRterm抵抗は、接続または切断できます。 Rtermが無効になっている場合、回線はopenまたはnon-terminatedと呼ばれ ます 。



2番目の回路は、大電流出力のカスケードです。 いくつかの74HC04インバーターが並列に接続され、それぞれに10オームの電流制限抵抗が装備されています。 これにより、最大数百ミリアンペアの電流が供給されます。 この回路は、特別なドライバーのマイクロ回路からのラインの電源をシミュレートします。





図3.大電流出力のライン電源回路



注：図は説明のみを目的としています。 実際には、この記事で後述する追加の要件が回路に課せられる場合があります。



組み立てられたインストールは次のようになります。





図4.インストールの測定





図5.開発ボードとコネクター



図5に示すように、RJ-45コネクタは特別な方法で接続されました。 ケーブルは4つのツイストペアで構成されているため、異なるペアのケーブルを直列に接続すると、長いラインを調査できます。 コネクタのジャンパはペアを次々に接続します。つまり、有効なケーブル長は4倍になります。 20メートルのケーブルから、80メートルの伝送ラインが得られます。



ほとんどの機器が寄付されたため、同じブランド、モデル、バージョンの2つのデバイスを見つけるのは問題でした。 測定に使用したオシロスコーププローブのケーブルの長さは、互いに30 cm異なりました。 上記のように、これはケーブルを通る信号伝搬に遅延をもたらします。 そのため、1つのオシロスコープを異なるプローブと同じ信号ソースに接続すると、結果にわずかな違いが見られます。





図6.ワイヤ長の30センチメートルの差によって生じる信号伝搬の遅延



測定された遅延は1.6 nsでした。 これは少し思えるかもしれませんが、時間的に互いに遠くない2つの信号を一致させようとするときは、ケーブル長を考慮する必要があります。



注：オシロスコープには、異なるチャンネルの2 V / divおよび0.2 V / divのY軸分解能が表示されます。 どちらのプローブにも1:10のディバイダーがありますが、オシロスコープの1つだけにプローブのタイプを認識し、垂直解像度を正しく表示できる特別なマークが付いています。 実際、両方のチャンネルの解像度は同じです。



最初の測定では、80メートルのケーブルによって生じる遅延を示しています。 ここでは、入力信号と出力信号は同じオシロスコープに接続されています。 これは、1つのオシロスコープを使用することが許される唯一の測定です。この場合、前述のように、ラインの共通ワイヤが短絡しているためです。 ただし、この方法では、信号遅延を簡単に表示できます。





図7. 80メートルケーブルでの信号伝搬の遅延（上部チャネル-入力、下部-出力）



拡大画像（図7、右）は、402 nsの遅延を示しています。これは、2・10 ⁸ m / s・402・10 ^-9 s = 80.4 mのライン長に対応しています。結果は許容範囲です。

ロングライン測定

インストールの準備ができたら、実際の測定を開始できます。 100 kHzの方形波を80メートルのケーブルに適用するとどうなりますか？ 回答：回線でどの程度同意したかによって異なります。





図8.ケーブル80 m、信号100 kHz、低電流ラインパワー。

一番上の行：終端されていない線、左が入口、右が出口。

下段：終端線、左-入口、右-出口



ここで何が起こっていますか？ 終端処理されていないケーブルは、出力と入口の両方で大量のゴミを発生させます。 ケーブルに100オームの抵抗を接続すると、すべてが正常に見えます。 答えは、長い行列の特性にあります。 信号をケーブルに送ると、エネルギーがケーブルに伝達されます。 このエネルギーは、最後まで到達するまで広がり、 時間がかかり 、ケーブルから出なければなりません。 ただし、ケーブルの端に高い抵抗がある場合、エネルギーはケーブルから出られず、入力に反射されます。 （抵抗（短絡）が低すぎる場合、エネルギーはラインの終端でも反射され、反射信号の位相のみが異なります。



物理学のクラスでロープの実験を見たことがある人もいるかもしれません。 ロープを取り、一端を壁に固定し、自由端を引っ張ってスイングします。 ロープに沿って送られた運動量が壁に向かって跳ね返り、跳ね返って戻ってくることがわかります。 長い列は、電気のみで同じことをします。



長いラインには、ラインの波動インピーダンスと呼ばれるパラメーターがあります。 ケーブルの長さに関係なく、ケーブルのインピーダンスは同じです。 ケーブルを介して伝送されるエネルギーを取り出すには、端末インピーダンスがラインの波動インピーダンスと等しくなければなりません。 ツイストペアの場合、これは100±15オームです。 どのケーブルでも、インピーダンスは既知であるか、測定可能です。



ターミネータ抵抗がラインインピーダンスと等しくなければならない理由は、最大電力定理（ヤコビ定理）に基づいています。 最大電力を送信するには、エネルギーのソースとレシーバーの内部抵抗が一致する必要があります。 抵抗がラインの波動インピーダンスに等しくないターミネーターでは、エネルギーの一部が反射してケーブルに戻ります。



反射がなくなるまで、ターミネーターの抵抗を変更する（可変抵抗器を使用する）ことにより、ケーブルのインピーダンスを測定できます。 使用したケーブルの場合、この手法により114オームの結果が得られました。 ケーブルの仕様によると、これは正常範囲内です。



「無限のインピーダンスのケーブルを使用できないのはなぜですか」と思う場合、ケーブル内の信号の減衰はそのインピーダンスに関連しているため、私はあなたを失望させます。 ケーブルのインピーダンスが高くなるほど、ケーブルを介して信号を送信することが難しくなります。 エネルギーはケーブルに吸収されますが、何も出力されません。 反対に、ゼロに等しい波の抵抗は、ケーブルに減衰なし（損失なし）を与えるため、出力は短絡を生成する必要があります。つまり、出力電圧はゼロになります。



ご注意 perev。：上記は完全に真実ではありません。 減衰係数はインピーダンスに依存しません。 これらのパラメータは両方とも、線の幾何学的寸法と、作成される材料の特性に依存します。 理想的な導体と絶縁体を使用すると、任意のインピーダンスで減衰することなくラインを作成できます。 一方、実際の素材を使用する場合、抵抗の高いケーブルほど減衰が大きくなり、他のすべての条件は等しくなります。 高すぎる抵抗線が使用されない別の理由は、それらを信号源と一致させるのが難しいことです。



図8からわかるように、それほど高周波数ではない100 kHzの信号でさえ乱雑です。 周波数を1 MHzに上げて、何が起こるか見てみましょう。





図9. 80 mケーブル、1 MHz信号、低電流ラインパワー。

一番上の行：終端されていない線、左が入口、右が出口。

下段：終端線、左-入口、右-出口



高周波では、新しい効果が観察されます。 信号の前部はもはや急ではありませんが、適切に一致していても指数関数的な形状です。 単一のゲートにいるドライバーは、エネルギーをケーブルにすばやく伝達できません。 各ケーブルには独自の容量があり、通常はメートルまたはキロメートルの長さごとに示されます。 仕様によれば、5番目のカテゴリのケーブルの容量は52 pF / mです。 長さが80 mの場合、静電容量は4.16 nFです。



図9（右下）を注意深く見ると、フロントスタートが急勾配でほぼ直線的であることがわかります。 最初の1.8 Vまでの電圧上昇は、40 nsでほぼ直線的に発生します。 この短い時間の間に、インバーター出力バッファーは電流I =（U・）/ T =（4.16 nF・1.8 V）/ 40 ns = 187 mA（！）を生成します



次に、曲線の指数部分をたどります。 その形状は、ドライバーのパラメーターと、ケーブルの抵抗、静電容量、およびインダクタンスに依存します。 この曲線の正確な計算は、この記事の範囲外の複雑な積分計算です。



ケーブル容量を克服し、再び波形を「正常」に見せるためには、非常に高い電流を供給できるソースが必要です。 そのため、再び高電流回路の低周波数と高周波数で測定を行います（図3）。





図10.ケーブル80 m、信号100 kHz、大電流電力線。

一番上の行：終端されていない線、左が入口、右が出口。

下段：終端線、左-入口、右-出口



強力な回路を使用すると、2つの結果が生じます。 まず、ケーブルに注入されるエネルギーがはるかに高くなります。 したがって、大量のエネルギーがケーブルの不整合に反映されます（図10、右上）。 出力電圧が5 Vよりもはるかに高いため、これによりユニットが損傷する可能性があります。



第二に、適切なマッチングにより、信号エッジは再びシャープでクリアになります。 また、電圧が3.8 Vのデジタル回路で許容可能なレベルにあることもわかります（図10、右下）。



設置の出力電圧は、ケーブルの抵抗とDC負荷によって制限されます。 ケーブル全体のDC抵抗は2・80 m・0.188 Ohm / m = 30 Ohmです。 ケーブル抵抗は、それぞれ80 mの2本のワイヤの抵抗の合計であることに注意してください。 ケーブルと100Ωターミネータは、分圧器を形成します。 分周器の出力の最大電圧は5 V・100オーム/（100オーム+ 30オーム）= 3.85 Vです。測定値は理論値に非常に近いです。 ニーハイビルドには悪くありません。



ケーブル抵抗は、IN_GNDとOUT_GND端子を一緒に短絡できない理由の1つです（図2および3を参照）。 OUT_GNDからIN_GNDへのリターンパスには15オームの抵抗があり、約0.58 Vの電圧降下があります。



アースを閉じると、ケーブルの一部が作業から除外され、実際にアースループが作成されます 。 逆電流の一部はケーブルを流れ、一部は障害点を流れます。 ただし、問題は、ケーブルと短絡セクションの長さと特性が同じではなく、これら2つのパスに沿った信号伝搬の違いが重要な役割を果たすことです。 つまり、互いに地球を閉じると、 Nasty Stuck™が発生します。



大電流ドライバーを使用した1 MHzの信号を考えてみましょう。





図11.ケーブル80 m、1 MHz信号、高電流電力線。

一番上の行：終端されていない線、左が入口、右が出口。

下段：終端線、左-入口、右-出口



図11からわかるように、大電流電源を備えたケーブルの出力での信号は、マッチングが実行された場合に許容可能な形状を持っています。 推定ピーク電流は（4.16 nF・2.5 V）/ 20 ns = 520 mA（！）です。 信号を送信するときにドライバーに大きな負担がかかることを想像できます。



ケーブルを介して信号を伝送するのに必要な大きなサージ電流が、ラインおよびバスドライバーという特殊なマイクロ回路が使用される理由です。 これらのマイクロ回路は、燃え尽きることなく短時間で非常に高い電流を供給するように設計されています。 また、これらの回路に適切なデカップリングコンデンサが提供されていることを確認する必要があります。

短いケーブル、大きな問題

これまで、長いケーブルのみを考慮してきました。 ただし、長いラインの特性は、その波動インピーダンスが長さに依存しないことです。 人間の言語への翻訳：短いケーブルを使用しても、リラックスすることはできません。



20メートルのケーブルを取り外し、半分のメートルの部品と交換して、信号の伝播遅延を測定します。





図12. 2.3メートルラインでの伝播遅延（上-入力、下-出力）



4×0.5 mの長さのケーブルで予想される遅延は約10 nsであるはずですが、測定値は計算された値からは遠く離れた値を示しています。 これにはいくつかの説明があります。

• プローブワイヤの長さは異なります：1.6 nsエラー。
• コネクタは、長さ15 cmのワイヤでボードに接続されます。各0.75 nsの2倍。
• ドライバーからケーブルへの紫色のワイヤー（図5左）の長さは10 cmです：さらに0.5 nsのエラー。
• ケーブル内の信号速度は、光の速度の2/3未満です。 ケーブルの仕様によると、約0.64秒：4％のエラー。
• ツイストペアは、導体がらせん状になっているため、ケーブル自体よりも電気的長さが長くなっています。量的な違いは不明です。

最後のエラーを除いてこれらのエラーを合計し、ケーブル長とリード線（2.3 m）を仮定すると、12.7 nsの推定遅延が得られます。これは2.4 mのライン長に相当します。



このそれほど長くないラインに沿って100 kHzの信号を送信するとどうなりますか？





図13. 2.3 mケーブル、100 kHz信号、高電流電力線。

一番上の行：終端されていない線、左が入口、右が出口。

下段：終端線、左-入口、右-出口



回答：ケーブルを調整しないと、多くの高周波「リンギング」が発生します。



図13（右上）からわかるように、各フロントの後に出力に多くのノイズが現れます。 このノイズは、ケーブルに沿って往復する信号であり、ケーブルの両端から繰り返し反射されます。



2.3メートルのケーブルは、80メートルのケーブルと同じインピーダンスです。 100オームの抵抗を接続すると、リンギングはほとんどなくなります。これは、ケーブルで受け取ったエネルギーが自由に離れることを意味します。



より高い頻度で実験を繰り返すと、「リンギング」の原因をよりよく理解できます。





図14. 2.3 mケーブル、1 MHz信号、高電流電力線

一番上の行：終端されていない線、左が入口、右が出口。

下段：終端線、左-入口、右-出口



終端されていない回線では、共振振動が発生します。 図14の右上の波形はこれを示しています。 この場合、行の両端に一貫性はありません 。 ケーブルで受け取ったエネルギーは、ケーブルの端から反射され、最初に戻り、再び反射されます。 これにより、ケーブル内で共振波が発生します。 この波は、ケーブルでの減衰によりすべてのエネルギーが消散するまで存在します。



図14によると、共振周波数は約20 MHzです。 これが周波数である理由は、ケーブルの長さです。 以前に測定した信号の伝播遅延は12.7 nsです。 共振振動の周期は50 ns、つまり、ほぼ正確に4倍長く、測定誤差をプラスまたはマイナスします。



共振周波数は信号の波長に対応します（文字「ラムダ」で示されます：λ）。 この「リンギング」は、ケーブル内の定在波として想像できます（定在波は、2つの対向する進行波の重ね合わせです。-およその変換 ） 。 振動システムを駆動すると、波長がケーブルの長さに対応する周波数で共振します。 共鳴には、1/4λ以上の倍音が必要です。 有用なアドバイス：このように回線を「鳴らさない」ようにしてください。回線が損傷する可能性があります。



出力電圧は、正しく一致している場合（図14、右下）、「通常」の5 Vです。80メートルのケーブルとは異なり、DCへのライン抵抗は非常に小さくなっています（約0.86オーム）。 したがって、長いケーブルで目立つ分圧器の効果は、ここではそれほど顕著ではありません。 ただし、大地の入力導体と出力導体は同じポイントではないため、それらの接続は避けてください。

信号回復

ケーブルに信号を送信するのは戦いの半分に過ぎませんが、出力信号を理解可能なものに戻す必要があります。 以下は、長い回線を通過した後の信号に関する3つの主な問題です。

1. signalい信号前線;
2. 信号の不均衡;
3. グラウンドレベルオフセット。

最初の問題は、バッファーを追加することで解決します。 信号の送信中に未定義の状態が発生する可能性を避けるため、このバッファーにはシュミットトリガーが含まれている必要があります。



2番目の部分はもう少し複雑です。 デジタル技術の信号バランスは、「0」と解釈されるものと「1」と解釈されるものに関連しています。 論理レベルは電圧範囲に対応しており、非常に厳密であり、ロジックのタイプ（CMOS、TTL、TTLShなど）に依存します。 80メートルのケーブルを使用した実験では、出力電圧の振幅が大幅に減少することが示されました。 すべてのロジックレベルは、分圧器によって比例的に低減され、該当するチップの標準を満たしなくなりました。 シュミットのトリガーは、レベルが厳密に設定されている場合にのみ、受信側で信号を正しく復元できます。 偏差がある場合、受信信号のデューティサイクルの変化に現れます。



3番目の問題は、前述したように、ソースランドとレシーバアースが同じポイントではないということです。 80メートルのケーブルの場合、ケーブルの両側に独自の独立した電源があるため、これは多くの場合問題ではありません。 ただし、短いケーブルを使用する場合は、共通の電源が使用されることが多いため、共通のグランドが使用されます。



長い線に関しては、アースコンダクターの結合はNasty Stuck™であると既に言われています。電源回路は、「ホット」コンダクタとアース^（*）の両方に沿って2つの別個の領域に分離する必要があります。長い回線からの信号を復元するには、電源を切断するだけでよいことに注意してください。 1つのグローバルアースがある場合もありますが、データ回線用に設計されたローカルアースコンダクタを扱う必要があります。



（*）：自分が何をしているかについて明確な考えを持っている場合、例外があるかもしれません。これは高度なスキルを必要とするため、友人のラジオの第一人者にアドバイスを求めてください。





図15.シュミットトリガーと個別の電源領域を使用した信号回復



注：図15の回路では、信号の位相を保存するためにのみ2つのインバータが使用されています。



ケーブルの出力の信号は、「0」と「1」の電圧レベルに対応するように「上昇」する必要があります。これは、ケーブル出力のバイアス電圧がシュミットトリガーのしきい値の中間にあるように、Rterm抵抗を調整することによって行われます。 5 Vから給電される場合の74HC14のしきい値電圧は次のとおりです。V _{T +} = 2.4 V、V _T- = 1.4 Vです。



分圧器を1.9 Vの変位（しきい値の中間）に設定するのは論理的ですが、これは実験的に確認する必要があります。 1.9 Vに設定すると、ターミネーターの合成抵抗は82オームになり、これは必要な100オームよりもわずかに小さくなりますが、それでも許容範囲です。交流電流に対する電源の抵抗は非常に小さいため、分圧器の上下の端子は交流電流によって相互接続されていると見なすことができます。ケーブルの端での信号に関して、ディバイダーの上下のアームは並列に接続されています。 1.9 Vのオフセットは、肩の抵抗に対応します：217オーム-電力導体と133オーム-接地。





図16.レベルオフセットを使用した信号回復では、パルスデューティサイクルが歪まない



2番目のポイントに戻り、信号のバランスを取ります。図16（右上）は、矛盾した回線で何が起こるかを示しています。ソースからのパルス持続時間251.4 nsは、シュミットトリガーの出力での持続時間と等しくありません。出力パルスは40 ns長いか、ほぼ16％です。複数の伝送ラインをカスケード接続すると、信号のいくつかのカスケードに何も残りません（つまり、デューティサイクルが100％に達し、パルス間の休止がなくなります。-およその転送）。



デューティサイクルの変更は、信号周波数とライン長に大きく依存することに注意することが重要です。頻度の小さな変化は大きな影響を与える可能性がありますが、他の変化は目立たない場合があります。問題が目に見えないという事実は、常に問題がないことの兆候ではありません。



オフセット付きのターミネータを追加すると（図16右下）、パルス幅が完全に一致します。デューティサイクルを復元するには、1.81 Vのバイアスレベルを設定します（理論上の1.9 Vの代わりに）。これはおそらく、抵抗が公称値からわずかにずれているためです。



実際には、いくつかの構造テストを行ってから、すべての値を再計算して、それらが正しいことを確認します。設計の最終バージョンでは、抵抗を調整する必要はありません。通常は必要ありません。ほとんどのスキームは、適切に設計されていれば、数パーセント以内の偏差で正常に機能します。

共鳴効果

, . 17 , 80- 1/8 λ, 1/4 λ, 1/2 λ, 3/4 λ 1 λ.



, 1/4 λ. , , . , (1/4 λ, 3/4 λ...), — (1/2 λ, 1 λ...). ( . 1/4 λ , . — ご注意perev。）



この問題は、ケーブルの端に電圧波腹がある場合に発生します。出力電圧は、入力電圧と共振波電圧の重ね合わせです。波電圧の振幅は、ケーブルの品質係数（Q）に大きく依存します。次に、品質係数は、ラインの抵抗、容量、およびインダクタンスによって決まります。高いQ係数（Q> 1）では、定在波の波腹の電圧が入力電圧を大幅に超えることがあります。



高出力無線信号の分野では、共振波によるケーブル損傷の事例が知られています。波腹の電圧は、ケーブルの絶縁を貫通するような値に達しました。





17. . — , — . — , —



, λ, . 402 , 2,5 . 17 ( ) , .



, «», ( , . — . . ) . .



図17を見ると、信号回復は非常に確実に機能していると言えます。ただし、ケーブル出力の高電圧に対処することを余儀なくされる場合、機器の寿命が長くなることを期待しないでください。

ライン入力マッチング

長い線は本質的に対称です。調整の観点から見ると、これは次のことを意味します。ラインの出口について言われたことは、入口にも当てはまります。正しい行の一致は次のとおりです。

1. 信号源の出力インピーダンスは、ラインの波動インピーダンスに等しい。
2. 波動インピーダンスは、ラインの全長に沿って一定です。
3. 負荷抵抗（ターミネータ）は波の抵抗に等しくなります。

, 2 3. , , 1 2.





18.



( 74HC04) ( 5 ). 100- Rterm .





19.



, . , . 19 , IN_SIG .



繰り返される信号反射の条件がないため、ケーブルに共振はありません。したがって、出力電圧は常に安定しています。



このスキームの主な利点は、そのシンプルさです。 2番目の利点は、エネルギー消費が削減されることです。ドライバには常に100オームの抵抗が負荷され、これによりピーク電流が50 mA（5 Vで）に制限されます。ただし、ケーブル容量をすばやく「スイング」することはできないため、電力の低下も欠点です。これは、回線の帯域幅が制限されることを意味します。



この回路のもう1つの欠点は、ラインドライバの出力インピーダンスが低く、反射信号に対処する必要があることです。実際には、過電圧を制限するために保護ダイオードが必要になる場合があります。



説明したソリューションに関するいくつかの注意事項：

• 負荷抵抗は、ラインの波動インピーダンスよりもはるかに大きくする必要があります。信号の反射は人為的に誘発されるため、これは重要です。シュミットトリガーを使用する場合（図18）、これは問題を引き起こしません。負荷抵抗が低すぎると（ただし、波動インピーダンスよりも高い）、終端抵抗の必要な値に影響します。
• 高抵抗分圧器を使用して、ケーブル出力で信号のバランスを設定できます。
• このインストールでは、前述のとおり、土地の流通の問題は解決されていません。個別に解決する必要があります。
• 設置は、共振周波数付近で発生する問題の影響を受けません。

二国間交渉

, , , . ?



. , 80 100- 3,85 - . 5 · 100 / (100 + 100 + 30 ) = 2,17 . (2,4 ) , .



2,5 , .



デジタル信号伝送では、ケーブル出力での最小振幅が仕様に従っている必要があります。追加の回路を使用して信号を増幅する以外に、これを達成する方法はありません。

フードインターチェンジ

この記事では、土のループの問題が何度か強調されました。接地導体に短絡が生じると、さまざまな周波数で制御されない「リンギング」が発生する可能性があります。残念ながら、この問題は単純に定式化されていますが、単純な解決策はありません。



最善の解決策は、シャーシ、シールド、または外部グランドを介しても、アース線が接続できないようにすることです。ただし、このソリューションは常に実用的であるとは限らず、もちろん、安くはありません。電源が信号回路の接続と連動して接続されている場合、電源とそのグランドを切り離す非常に簡単な方法があります。





図20.チョークによる電力絶縁



電力線の各分岐は、チョーク（またはフェライトビーズ）を通過します。プラスとマイナスの両方のワイヤを撚り合わせる必要があります。インダクタの巻線は、正と負の導体の磁場が互いに打ち消し合うように巻かれており、永久磁化はありません。



インダクタは差動交番信号に対して非常に高い抵抗を持っているため、交番信号が存在する共通の長いラインワイヤが電源バスと通信しないことが保証されます。インダクタの各側のコンデンサは、高周波で抵抗が低いため、各電力領域をローカル絶縁ソース（AC）と見なすことができます。



チョークとコンデンサに必要なインダクタンスは、送信信号の周波数に依存します。低い周波数は、高い値を使用することを意味します。それは設計全体に完全に依存します。



図20に示す電力線の分離は、理想的なアースの分離を提供しません。たとえば、接地導体のDC抵抗は、引き続き接地配線パターンに依存します。この抵抗を変更すると、分圧器のパラメーターが変更され、信号の絶対レベルがシフトしますが、これにより特別な問題が発生することはなく、役立つ場合もあります。

バランスライン

複雑な地球の分配スキームを使用する代わりに、基準点としての地球の使用を停止し、信号レベルを自由にフローティングのままにすることができます。



コモンレベルのゼロレベルとしての拒否は、ソースとレシーバーの間に「正」および「負」の接続を適用することによって実行されます。信号は、「+」と「-」の導体間の電位差によってエンコードされますが、これらの電位の絶対値は考慮されません。このようなシステムは、差動ペアと呼ばれます。



平衡伝送ラインの例は、RS-485、CAN、USB、およびLVDSです。



平衡線は、長い線に関連するすべての問題を解決するわけではありません。他のケーブルのように、それらはまだ適切に一致する必要があります。ただし、平衡線路の利点には、非常に優れたノイズ耐性、共通配線の欠如、および広い帯域幅が含まれます。これの代償はトランシーバー回路の複雑さです。

おわりに

あなたはまだデータラインのトピックについてたくさん話すことができます。ケーブル工事と長い行列の複雑さについて多くの本が書かれています。上記の例の助けを借りて、いくつかの問題を理解できたと思います。将来の開発のために伝送線路を設計する際のヒント：

• 信号が正しく送信され、反射されていないことを確認してください。
• ターミネーターを置くことを忘れないでください。
• ドライバーが反射信号に耐えられる場合は、ライン入力にターミネーターを取り付けます。
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