Modulul statiei baza

Modulul statiei baza

1.Introducere

Statia baza consta intr-un microcontroler PIC18F2680, un amplificator de LF (Low Frequency), o parte de receptie de joasa frecventa, una de receptie UHF (Ultra High Frequency) de 433.92MHz si sectiunea CAN/LIN de interfatare (tranceiver-ele). Sectiunea de receptie si cea a tranceiver-elor CAN/LIN sunt montate pe placa de circuit.

Anexa3: Poza modulului statiei baza

La alimentarea statiei baza si a transponderului, cele doua module vor incepe sa comunice intre ele. Statia baza trimite semnalul-comanda pe 125KHz, iar transponderul raspunde. Cand acesta se afla la aproximativ 3m de statia baza, cele doua module vor schimba informatii intre ele. Utilizatorul poate testa RSSI (Received Signal Strength Indicator prin miscarea transponderului in zona de actiune a campului statiei baza. Valoarea RSSI-ului va creste la apropierea de statia baza si va scadea la indepartarea fata de aceasta.

Codurile modulelor statiei baza respectiv transponderului pot fi usor modificate de utilizator cu ajutorul programului MATLAB.

2.Hardware-ul

Statia baza este alimentata cu o tensiune cuprinsa intre 8÷18V. In momentul alimentarii se va aprinde LED-ul D2 si sistemul incepe sa emita semnalul comanda pe 125KHz.

Sistemul asteapta deasemenea si aparitia unui raspuns de la transponder cu exceptia timpului in care emite comanda sa. La receptia unui raspuns valid de la transponder LED-ul D3 va clipi.

Tensiune de alimentare poate veni de la J1 (jack de alimentare), de la J3 (CAN) sau J4(LIN).

Pentru a reduce consumul, LED-ului ce indica prezenta tensiunii de alimentare poate lipsi.

Anexa4: Schema circuitului statiei baza

2.a.Modulul receptor pe 433.92MHz

Statia baza utilizeaza un modul receptor hibrid super-regenerativ pe 433.92MHz destinat receptionarii raspunsului transponderului. Acest modul este foarte stabil intr-o gama larga de temperaturi si vibtatii mecanice.

Sensibilitatea acestuia este de aproximativ 90dBm.

2.b. Microcontroler-ul PIC18F2680

A fost ales un microcontroler PIC18F2680 datorita gamei largi de periferice disponibile pe chip. Acesta are si interfata CAN si interfata LIN. Modelul CCP (Capture-Compare-PWM) este programat sa genereze un semnal dreptunghiular cu frcventa de 125KHz, ce reprezinta purtatoarea semnalului de joasa frecventa.

Microcontrolere Flash cu tehnologie ECAN si tehnologie nanoWatt

Moduri de operere:

Run-CPU on, perifericele on;

Idle-CPU off, perifericile on;

Sleep-CPU off, perifericele off;

Aproximativ 5,8 µA tipic in modul idle;

Aproximativ 0,1 µA tipic in modul sleep;

Oscilatorul timer-ului 1: 1,1 µA, 32KHz, 2V.

Structura flexibila a oscilatorului:

Suporta frecventa de pana la 40MHz;

Bucle PLL (Phase Lock Loop)-disponibile pentru oscilatoare interne;

Doua moduri RC pana la 4MHz;

Doua moduri externe pana la 40MHz;

Bloc oscilator intern:

8 frecvente selectibile de la 30KHz pana la 8MHz;

Asigura o gama larga de nivele ale clock-ului utilizand buclele PLL;

Pot fi acordate fin pentru compensarea driftului frecventei.

Monitorizarea semnalului de ceas (Fail-Safe Clock Monitor

Caracteristici speciale ale microcontroler-ului:

Arhitectura optimizata a oscilatorului cu set extins de instructiuni;

Memorie Flash cu 100.000 cicluri de scriere/citire;

Memorie EEPROM cu 1.000.000 cicluri de scriere/citire;

Autoprogramabil sub controlul softului;

Nivele de prioritati pentru intreruperi;

Programare IN-circuit serie cu ajutorul a doi pini;

Gama larga de tensiuni de alimentare: 2.0V÷5.5V.

Periferice:

Trei pini de intreruperi;

Modul CCP (Capture-Compare-PWM

Modul CCP-avansat (capsula 40/44 pini );

1, 2 sau 4 iesiri PWM;

Polaritate selectabila;

Auto-shutdown si auto-restart;

Modul MSSP (Master Synchronous Serial Port)-suportand interfata SPI si C;

Portul USART avansat-adresabil:

Suporta RS-485, RS-232 si LIN 1.3;

Interfata RS-232 utilizeaza un oscilator intern;

Auto Wake-up la bitul de start;

Detectare automata a ratei de taransfer (bord rate).

Convertot ADC cu 11 canale pe 10 biti si capabilitate de autoarhizare;

Comportare analogica cu intrari multiplexate.

Caracteristicele modelelor ECAN:

Rate de transfer de pana la 1Mb/s;

Compatibile cu interfata CAN 2.0.3;

Trei moduri de functionare: Legacy, Enhanced Legacy si FIFO;

Doua buffere dedicate de receptie;

6 buffere de emisie, programabile;

Sisteme avansate de manevrare a erorilor:

Diferite scheme bloc cu microcontrolere sunt prezentate in figura1:

Figura1

Tehnologia nanoWatt

Aceasta noua tehnologie permite reducerea semnificativa a consumului de energie si include:

Moduri alternative de operare: prin folosirea clock-ului intern al timerului in locul oscilatorului extern se reduce consumul din timpul executiei codului cu pana la 90%;

Mai multe moduri idle: controlerul poate rula cu MCU-inchis dar cu perifericele active. In aceasta stare, puterea se reduce la aproximativ 4% din puterea normala de operare;

Schimbarea modurilor On-the-fly: modurile de functionare in ceea ce priveste consumul pot fi diferite si de utilizator la dezvoltarea softului;

Reducerea consumului in modulele cheie: puterile necesare timer-ului1 si circuitului Watchdog au fost reduse cu pana la 80%, cu valori tipice de 1,1µA si 2,1µA;

Set de instructiuni restrans: in completarea celor 75 de instructiuni standard ale microcontrolerului PIC18F2680 au fost adaugate instructiuni noi (8);

Optiuni multiple ale osciloscopului, aceastea includ:

Patru moduri pentru cristale de cuart externe;

Doua moduri de functionare ale clock-ului extern:

cu doi pini;

cu un singur pin, celalalt devenind pin general I/O.

Doua moduri de functionare a clock-ului extern RC-cu aceleasi optiuni;

Un bloc oscilator intern, ce poate asigura un clock de pana la 8MHz (2% precizie) si o sursa INTRC (aproximatiz 31KHz) stabilizata cu temperatura;

Sase frecvente de ceas selectibile intre 125Khz-4Mhz. Aceasta optiune elibereaza pinii pentru clock-ul extern, acestia devenind pini generali I/O;

In multimplicarea de frecventa PLL-disponibil pentru ambele oscilatoare (extern si intern). Utilizand oscilatorul intern se pot obtine frecvente de la 31KHz la 32MHz fara a folosi clock-ul extern.

Blocul osciloscopului intern este o referinta stabila ce asigura familiei de microcontrolere caracteristici superioare pentru o operare rapida, cum ar fi: monitorizarea clock-ului, aceasta optiune monitorizeaza constant semnalul de clock in raport cu o referinta interna asigurata de blocul oscilator. Daca apare o eroare a semnalului de clock controlerul constata pe oscilatorul intern permitand continuarea operatiilor la o viteza mai mica sau permitand inchiderea circuitelor si salvarea datelor.

Alte caracteristici speciale:

Memorie robusta-celulele de memorie flash avansate, atat pentru programe cat si pentru EEPROM sunt proiectate sa suporte mii de cicluri stergere/scriere (100.000 pentru memoria de programe si 1.000.000 pentru EEPROM). Datele pot fi stocate fara refresh peste 40 de ani;

Autoprogramare-aceste dispozitive pot scrie singure programul in memorie, sub controlul softului intern. Prin utilizarea unui Bootloader localizat intr-un bloc protejat al memoriei, este posibila crearea unui program ce se poate adapta singur.

Set extins de instructiuni-au fost adaugate 8 noi instructiuni la nivelul de 75 standard;

Modul CCP1 avansat-in modul PWM acest mod asigura 1.2 sau 4 iesiri modulate pentru controlul half-bridge sau full-bridge. Alte functii includ auto-shutdown pentru blocarea semnalului PWM la intrerupere;

Portul USART performant-acest modul de comunicatie seriala suporta protocoalele RS232 si asigura suport pentru protocolul LIN. Alte imbunatatiri includ detectarea automata a ratei de transfer. Cand microcontrolerul utilizeaza oscilatorul intern EUSART asigura functia stabila a aplicatiilor ce comunica cu exteriorul;

Convertorul A/D de 10 biti-acest mod incorporeaza tipul de achizitie programabil, selectia codului si a conversiei ce va fi initiata;

Timer Watchdog extins-aceasta versiune avansata incorporeaza un prescaler pe 16 biti, permitand un time-range de la 4 ms la 131s.

Intrarile configurabile

Pentru trigger sunt prevazute doua intrari de 12V. Ambele tipuri de circuite pot fi reconfigurate pentru o varietate de semnale de intrare.

Exemplu: referindu-ne la anexa4, putem alege una din intrari sa fie un microswitch ce da un zero logic. Pentru aceasta:

inlocuin R2 cu un strap;

indepartam pe R3 si D3;

inlocuim D2 cu o rezistenta de 30KΩ.

2.c.Emitatorul de joasa frecventa

Un MosFet de putere (TC4422) este comandat cu un semnal PWM (Pulse Width Modulation) generat de un microcontroler care la randul lui comanda circuitul rezonant format din bobina de emisie (L1) si C2. Acest circuit genereaza un camp magnetic si o tensiune de pana la 320(varf la varf).

Proiectarea emitatoarelor electromagnetice de joasa frecventa

Comunicatiile electromagnetice de joasa frecventa este o alternativa viabila in ceea ce priveste comunicatia "wireless" in raport cu traditionalele unde de RF (Radio Frequency) sau comunicatia in inflarosu.

Dintre avantaje amintim:

Proiect: Lucrare de licenta marketing si afaceri economice internationale - dezvolatrea mixului de marketing in cadrul companiei sc.petrom. sa Proiect: Modelul comunicarii in negocieri - modelul structural

capabilitate de penetrare magnetica sporita. Poate penetra materiale nonmagnetice precum apa, betonul, plasticul;

raza de actiune limitata si precis controlabila. Acest lucru poate fi un dezavantaj cand este nevoie de o raza de actiune sporita dar, pentru anumite aplicatii este un mare avantaj cand este nevoie de o raza de actiune precisa. De exemplu in domeniu comunicatiilor auto sau privind siguranta in jurul piscinelor;

sunt posibile modele "low power" mai ales pe partea receiver-ului. Aceasta proprietate le face foarte atractive pentru domenliul PKE (Passive Keyless Entry) unde acesta "asculta" in mod constant pentru un cod valid si trebuie alimentat de la o mica baterie ce trebuie sa reziste cativa ani. Se utilizeaza in montajele TPM (monitorizarea presiunii pneurilor) unde senzorul este "trezit" de un semnal de joasa frecventa pentru a reduce consumul de energie;

transferul de energie: este posibila limitarea unui receiver de la un camp magnetic. Un bun exemplu este RFID-ul (Radio Frequency Identification);

const redus: un tranceiver la un pret redus se poate implementa utilizand un rezonator LC si un microcontroler.

Lucrarea de fata acopera unele aspecte de baza ce trebuie luate in considerare in proiectarea partii emitatoare a comunicatiilor electromagneice de joasa frecventa, precum:

o descriere a componentelor ce alcatuiesc legatura comunicatiilor electromagneice de joasa frecventa;

explicarea bazelor magnetismului si a presupunerilor facute in lucrare;

calcularea puterii campului magnetic generat, ce este invers proportional cu patratul distantei;

o metoda practica de generarea a campului magnetic este de a creia un modul de rezonanta serie;

transferul de date se face in functie de amplitudinea modulatiei campului magnetic;

tipuri de date, utilizate in aplicatiile ce utilizeaza acest tip de comunicatie;

o descriere a circuitelor utilizate in generarea campurilor magnetice de joasa frecventa.

O legatura a campului magnetic de joasa frecventa este, in forma sa cea mai simpla un camp magnetic sursa (emitator) si un camp magnetic senzor receptor)-sensibil la campul emitator. De aceia, este nevoie de o directie de propagare a campului ce leaga emitatorul de receptor. Mediul de propagare joaca un rol important in ceia ce priveste performantele comunicatiilor.

Trebuie mentionat insa, comportamentul campului magnetic nu este acelasi cu cel al undelor electromagnetice asociate comunicatiilor de radiofrecventa. Undele electomagnetice se propaga pe distante foarte mari si sunt susceptibile fenomenelor de reflexie si distorsiuni. Liniile campului magnetic sunt insa mai putin susceptibile distorsionarii si este cunoscut faptul ca pot penetra apa cu usurinta. Un camp magnetic este atenuat mult mai rapid in comparatie cu o unda electromagnetica.

Aceasta lucrare se axeaza in principal pe circuitele rezonante, ca sursa principala de generare a campurilor magnetice emitatoare. Aceste circuite sunt constituite dintr-o bobina cu miez "aer" si un condesator. Detectia semnalelor se face de obicei cu circuite rezonante paralel.

Pentru a creste sensibilitatea trebuie sa ne asiguram ca frecventele de rezonanta ale emitatorului (TX) si ale receptorului (RX) sunt aceleasi.

Un alt aspect important este acela ca sensibilitatea este dependenta de pozitia bobinei in raport cu liniile de camp magnetice. Sensibilitatea maxima se observa atunci cand liniile de camp magnetice sunt perpendiculare pe suprafata bobinei, cum este prezentat in figura2.  

Figura2

Sursa Linii de camp Instrument de masura

Putem sa ne gandim la cele doua bobine ca fiind un transformator cu un cuplaj slab, datele fiind transmise prin modularea campului magnetic sursa si detectia acestuia la receptor.

Bazele magnetismului

Este importanta observarea diferentelor dintre un camp magnetic sau electric fata da o unda electromagnetica.

Un camp magnetic este rezultatul unei sarcini electrice in miscare sau a unui dipol magnetic. Un camp magnetic poate fi reprezentat prin linii de camp ce formeaza bucle care nu se intersecteaza intre ele.

Pe de alta parte un camp electric este rezultatul unei sarcini distribuite. Atat campul electric, cat si cel magnetic au in comun faptul ca puterea ambelor campuri se atenueaza cu 1/ cand sursa se considera punctiforma, ceea ce inseamna ca intensitatea la distanta 2X fata de sursa, scade la o optime fata de intensitatea masurata la distanta "X".

O unda electromagnetica reactioneaza in mod diferit fata de un camp magnetic sau electric. Ne putem imagina o unda electromagnetica cu o sfera ce se propaga din centrul sursei punctiforme cu viteza luminii, cu energia undei distribuita pe suprafata exterioara a sferei.

Intrebarea este: ce legatura exista intre campul magnetic sau electric si o unda electromagnetica? Pentru aflarea raspunsului trebuie sa enumeram cateva din proprietatile campului magnetic si electric:

un camp electric variabil in timp genereaza un camp magnetic sau reciproca-un camp magnetic variabil in timp genereaza un camp electric. Prin urmare, un cimp variabil (magnetic sau electric) induce sau intareste un camp de alt tip;

daca lungimea de unda a semnalului (magnetic sau electric) se apropie de dimensiunea antenei, campul electromagnetic devine suficient de puternic si permite propagarea undei. Deci pentru o antena mult mai mica in comparatie cu lungime de unda a semnalului, unul dintre campuri nu are suficienta putere, scazand cu 1/r, in schimb celalalt creste cu 1/.Celalalt este neglijabil cand antena este de foarte mici dimensiuni in raport cu lungimea de unda a semnalului. De exempu, pentru 125KHz lungimea de unda este de 2.4km.

λ = [m]

c = 3 x [m/s]

O antena de aceasta dimensiune nu este practica, dar la 500MHz lungimea de unda este : λ = 60[cm

Nota: Pentru aplicatiile comunicatiilor electromagnetice de joasa frecventa - o comanda mica din totalul de energie este sub forma unui camp electromagnetic, dar aceasta se neglijeaza in raport cu energia campului megnetic la 125KHz.

2.d.Calcularea intensitatii campului magnetic

Pentru cele mai multe aplicatii ale comunicatiilor electromagnetice de joasa frecventa, la calcularea campului magnetic (a intensitatii acestuia), un cimp magnetic este generat de un curent oscilant ce strabate un circuit RLC la o frecventa de rezonanta tipica de 125KHz. Curentul ce trece prin bobina genereaza un camp magnetic conform legii lui Ampere. Utilizand ecuatia de mai jos putem calcula intensitatea absoluta a campului magnetic B, intr-un punct P fata de sursa (bobina).

Puterea de calcul a campului magnetic

Figura3

Sensul curentului                          Bobina

Intensitatea campului este proportionala cu:

numarul de spire (N);

Curentul (I);

Aria buclei/spirei (

La indepartare fata de sursa cu o raza de r>>a, ecuatia simplificata ne arata caracteristica egala cu 1/. Din motive practice, proiectantul poate utiliza tensiunea bobinei () la calcularea intensitatii campului utilizand ecuatia de mai jos:

unde:

pentru r>>a.

Din ecuatia de mai sus, stiind tensiunea bobinei la o anumita distanta aflam ca "B" este invers proportional cu N (numar de spire). Aceasta datorita faptului ca prin spirele bobinei curentul creste cu o rata de 1/. A fost descris numai cazul bobinei cu miez aer, dar putem utiliza si bobine cu miez de ferita. Bobinarea pe miez de ferita are ca efect cresterea suprafetei efective, astfel se reduce dimensiunile fizice ale bobinei.

Rezonanta serie

Un circuit tipic de rezonanta este prezentat in figura4.

Circuit de rezonanta

Figura4

Formulele (*) prezinta calculul circuitului RLC;

i.

ii.

iii.

iv.

v.

Scurta descriere a fiecarei ecuatii;

i. -se utilizeaza la calcularea frecventei de rezonanta a circuitului;

ii. -arata curentul maxim in functie de tensiunea aplicata si de rezistenta R;

iii. -ne arata ca tensiunea pe condensator si cea pe bobina sunt egale cu Q inmultit cu tensiunea sursei pe rezistenta;

iv. -ne arata toate formele de calcul a factorului de putere (Q) al circuitului;

v. -se utilizeaza la calcularea benzii de frecventa la 3dB.

Figura5 ne prezinta curba de raspuns pentru un circuit rezonant serie tipic:

Figura5

Tolerante de fabricatie

O modalitate de mentinere in limita de 3dB, tinand seama de tolerantele componentelor este aratata in ecuatia de mai jos:

unde:,-sunt tolerantele condensatorului respectiv bobinei:

Pentru tolerante de 2%, un factor de calitate de 20 este acceptat. Pentru componente cu tolerante mai mari, scade sensibilitatea si se induce raza de actiune.

Formatul datelor

In proiectarea sistemelor ce privesc comunicatiile electromagnetice de joasa frecventa trebuie sa ne decidem in ceia ce priveste implementarea unuia dintre tipurile de modulatie.     On-Off Keying (OOF) este un mod practic si sigur de realizare a modulatiei, astfel semnalul este modulat prin simpla pornire sau oprire a sursei circuitului RLC.

Un exemplu de raspuns dinamic al unei semipunti se arata in figura6 ce ne arata raspunsul circuitului cand acesta este pornit si dupa un timp este oprit.

Figura6

Se observa ca amplitudinea oscileaza, creste rapid in momentul pornirii si ajunge la o amplitudine maxima conform formulelor (*). Timpi de crestere sau de scadere sunt factori principali in alegerea ratei de transfer (baud rate). Alti factori sunt mai interesati de aspectul receptorului si alegerea tipologiei AGC (Automatic Gain Control). LFte este o perioada elementara utilizata in comunicatiile de joasa frecventa avand o valoare tipica de 400µs sau mai mare. PWM-ul(Pulse Width Modulation ) Manchester si formatul de date PPM sunt aratate in figura7:

Figura7

Conectarea in PWM pe de alta parte simplifica decodarea la receptor si sa reduca erorile.

In proiectarea sistemelor ce priveste comunicatiile electromagnetice de joasa frecventa trebuie sa tinem seama de mediul in care va lucra dispozitivul , respectiv de zgomote si interferente, asadar trebuie implementat un sistem de corectare a erorilor si o schema de detectare a acestora cand realizam protocolul de comutatie.

2.e.Circuitele de comanda (Driverele TC 4421/4422)

Una dintre cele mai eficiente metode de a comanda circuitul rezonant este circuitul de clasa D fie in intregime sau semi punte. Figura8 arata un modul tipic semipunte ce are rezultate bune, pret de cost redus si usurinta in inplementare.

Figura8

Urmatoarea parte ne explica de ce unul dintre cele mai utilizate circuite rezonante este cel RLC-serie. Un circuit rezonant serie RLC cu un factor de calitate Q ridicat prezinta un minim al impedantei la rezonanta.

Curentul ce trece prin bobina-antena din figura8 este constituit in principal din componenta fundamentala, chiar daca circuitul de comanda utilizeaza un semnal dreptunghiular, bogat in armonici de rang superior.

Circuitul din figura8 da aproximativ 135RMs pe condensator la un consum de 0,5A/12V, rezultand un consum tipic de 250mA pentru un cod Manchester.

Un circuit economic si practic se arata in figura9.  

Figura9

Semnalul de comanda PWM, se poate genera direct de catre microcontroler. Pentru un microcontroler la 20MHz frecventa de clock, se poate obtine un semnal de 125KHz, setand prescalerul times-ului 2 la valoarea 1. Printr-o perioada de 8µs se poate obtine registrul PR2 la 39. Pentru un factor de umplere de 50% se seteaza CCPR1L la 14 si CCP1CON <5÷4> la <0÷0>. Aceste setari asigura o purtatoare constanta a semnalului. Pentru a modela datele, se moduleaza semnalul de comanda ON/OFF prin setarea si stergerea bitului CCP1RIL.

Se poate utiliza mai multe tipuri formate a datelor transmise, dar trebuie sa avem in vedere timpii de crestere si cadere a circuitului rezonant.

Raspunsul circuitului aratat in figura9 este reprezentat in figura6. Driver-ul a fost modulat cu semnalul dreptunghiular cu o perioada de 400µs.

Drivere-le cu MOSFET-uri de putere de la Microchip, cum ar fi TC 4421/TC 4422 (figura10) sunt recomandate pentru asemenea aplicat Acestea incorporeaza toate dispozitivele necesare realizarii tranzitiilot logice avand ca rezultat un raspuns rapid si eficient, reducand astfel costurile si pierderile.

Figura10

Aceste dispozitive mai prezinta avantajul de a fi comandate direct de nivele logice (semnal dreptunghiular). Trebuie sa utilizam condensatori de foarte buna calitate, cu tolerante mici si sunt relativ stabili cu temperatura.

TC 4421/TC 4422

Drivere MOSFET de mare viteza-capabilitate de curent de 9A.

Caracteristici tehnice:

curentul de iesire de varf-9A;

gama larga de tensini de alimentare-4,5÷18v;

curent de iesire in mod continu 2A max;

Timpi de crestere si de scadere:

30ns cu o sarcina de 4,7pF;

180ns cu o sarcina 47pF;

timpul de propagare: 30ns (tipic);

curenti de poarta scazuti: intraea "1" logic de 200µA (tipic);

curenti de poarta scazuti: intrare "0" logic de 55µA (tipic);

impedanta mica de iesire: 1,4Ω;

protectia "latch-up" suporta pana la 1,5A din curentul invers de la iesire;

compatibil pin la pin cu TC 4420/TC 4429;

capsula DFN pe 8 pini,6X5.

Aplicatii:

drivere de linie, pentru linii supraancarcate;

generatoare de semnal;

drivere pentru tranzistori MOSFET de putere si IGBT-uri;

ca switch ON/OFF;

drivere pentru motoare si bobine.

Descriere generala

TC 4421/TC 4422-sunt drivere cu mare capabilitate de curent, capabile sa comande cele mai mari MOSFET-uri de putere si IGBT-uri.

Dispozitivele sunt practic imune la perturbatii exceptand suprastarea directa. Pot accepta fara a se distruge curenti inversi de orice polaritate pe iesirile lor de pana la 1A. In plus toate tensiunile sunt protejate ESD electrostatic discharge pana la 4KV.

Intrarile dispozitivului pot accepta semnale TTL sau CMOS (3 pana la 18V) Figura11. In plus iesirile prezinta un histerezis de 300mV asigurand imunitate la zgomote si permitandu-i dispozitivului sa fie "condus" de semnale cu timpi de crestere sau scadere mari.

Este disponibil in doua tipuri de capsule: SMD sau normale si cu patru game de temperaturi de functionare. Familia TC 4421/4422 este potrivita pentru o gama variata de aplicatii sau acolo unde este nevoie de o capacitate mare intre poarta si linie.

Schema bloc de functioare

Figura11

Caracteristici electrice

tensiunea de alimentare- 20V (maxim);

tensiunea pe intrari- +0.3V pana la (GND-5V

curentul maxim de intrare- 50mA.

Puterea de disipatie a capsulei (

TO- 220 (5 pini)-1.6W/12.5W cu radiator;

PDIP-730mW;

SOIC-750mW.

Puterea disipata a capsule (

TO-220 (5pini)-12.5W.

Descrierea pinilor

Descrierea pinilor este prezentata in tabelul de mai jos:

Pinul de alimentare (

este pinul de intrare pentru driverul MOSFET-ului si care prezinta o tensiune cuprinsa intre 4,5V ÷18V, in raport cu masa. Acesta trebuie sa fie cuplat cu un conductor ceramic. Valoarea condensatorului trebuie aleasa in functie de satcina capacitiva, o valoare indicata fiind cea de 1µF.

Intrarea de control

Intrarea driverului pentru tranzistorii MOSFET prezinta o impedanta ridicata, compatibila TTL/CMOS. Intrarea prezinta un histerezis de 300mV, intre pragurile "High" si "Low".

Iesirea CMOS Push-pull

Iesirea MOSFET-ului este una de joasa-impedanta, tip push-pull capabila sa actioneze o sarcina ce prezinta curenti de varf de pana la 9A. Circuitul poate suporta curenti inversi cu intensitatea de pana la 1,5A.

Pinul GND

Pinii de masa, sunt pini ce asigura scurgerea curentului de descarcare a condensatorului de sarcina. Trebuie evitate buclele de masa, acestea trebuind sa aiba tresee cat mai scurte.

Descrierea partii metalice

Circuitul prezinta o parte metalica (metal pad), ce nu este conectata intern la nici un potential. Prin urmare se poate atasa pe un radiator, pentru o mai buna disipare a caldur

Pentru un raspuns mai rapid

Timpii de crestere si de scadere sunt factori ce limiteaza utilizarea in privinta generarii campului. Pentru a creste rata de transfer (baud rate), trebuie accelerat raspunsul circuitului. Figura12 ne prezinta o modificare a circuitului tipic (figura8) ce asigura timpi de raspuns mariti.

Schema modificata a circuitului tipic

Figura12

Circuitul prezentat anterior ii trebuie aproximativ 130µs pentru a stinge 70% din valoarea maxima a amplitudin Timpi de start pot fi scazuti prin pornirea circuitului rezonanz in mod "full bridge" (punte), mentinand rezonanta in semipunte odata ce amplitudinea maxima este stinsa. Conceptul poate fi implementat, utilizand doua semipunti in montaj "full bridge". Circuitul este pornit, utilizand cele doua semipunti comandate cu semnale defazate cu , intre ele avand o tensiune aplicata, aproape dubla (fata de montajul in semipunte). In momentul in care amplitudinea maxima este atinsa, o semipunte este adusa la masa (GND). Unui circuit bazat pe 2X TC442XFET ii trebuie aproximativ 40µs pentru a atinge valoarea maxima, ceia ce se traduce printr-o crestere semnificativa a vitezei.

Pentru un timp de stingere redus

Figura13 prezinta un circuit de accelerare a timpului de stingere. Pentru a descarca circuitul RLC se utilizeaza un triac fiind posibila o descarcare aproape instantanee.

Figura13

Triacul este de obicei "deschis" la trecerea prin 0, reducandu-se astfel zgomotele.

Circuitul de comanda (driver-ul) cu PWM este in faza cu sarcina electrica ce strabate circuitul, daca acesta este bine acordat. Curentul si tensiunea prin circuitul rezonator serie RLC sunt defazate cu , fapt aratat in figura14.

Figura14

Circuitul "turn off clamp" are avantajul ca reduce la 0 campul magnetic remanent dupa stingere. Acest lucru simplifica proiectarea receptorului.

Circuitul AGC al receptorului trebuie sa dinstiga intre o data valida si un camp magnetic remanent la stingere, in caz contrar va fi interpretat ca fiind un logic "gigh" continuu.

Aprindere sincronizata

In figura15 se arata secventa corespunzatoare "turn on" din punct de vedere al semnalului PWM.

Figura 15

Circuitul de "clamping turn off" se redreseaza prin descarcarea circuitului RLC prin R1, R2 si triacul Q1 a carei tensiune minima este de 600

Triacul Q1 este un model Q6X3 in montaj SMD fabricat de catre Techcore Electronics. Tensiunea ridicata a circuitului RLC rezonant serie necesita prezenta lui R1 si R2. Un singur tranzistor pnp-T1 formeaza circuitul de poarta si este activat cu un zero logic de la pinul RB7. Circuitul "clamping" asigura absenta oricarei energii reziduale a circuitului RLC simplificand proiectarea receptorului.

2.f.Modul de alimenatare

Circuitul consuma aproximativ 500mA cand transmite continuu in mod semipunte. El cosuma aproximativ dublu in timpul celor 40µs de strat-up.Consumul tipic pentru un cod Manchester este de aproximatiz 250mA, iar consumul instantaneu de varf de 1,2A. Puterea aproximativa consumata in modul de transmitere continua este de aproximativ 3W. C4 este principalul condensator de filtrare (netezire a riplului). Se utilizeaza un condensator de la Panasonic 25V/500µF deoarece suporta curenti de riplu de putere 1,2A.

Comunicatia

Comunicatia seriala se face prin portul UART al microcontrolerului PIC16F628 iar translarea nivelului logic cu un circuit MAX232.

3.Softwer-ul

Trenul de impulsuri aratat in Figura16 se transmite cand este detectat un semnal de intrarea al trigger-ului. Dupa cum se arata si in figura modulul va astepta 50ms un raspuns din partea modulului receptor RF. Aceasta notificare se transmite pe interfata LIN. Daca nu primeste nici un raaspuns de la modulul RF, va mai transmite acelasi mesaj de doua ori, apoi intra in modul "power down" asteptand un nou impuls de trigger.

Figura16

In anexa5 este prezentat programul statiei baza.

Mesajul de joasa frecventa este compus din purtatoarea de 125KHz dupa cum urmeaza:

4ms ON;

500µs OFF;

2ms ON urmat de 2ms OFF pentru a valida filtrul de iesire;

16 biti LSB ce reprezinta codul;

50ms OFF asteapta un raspuns din partea receiver-ului RF.

Cu 16 biti ai mesajului, ce reprezinta codul sutn generati pentru a fi siguri ca doar codurile memorate vor fi recunoscute. Alte module asemanatoare aflate in vecinatate nu vor receptiona codul. Codul de siguranta poate fi extins sau redus in functie de cerintele aplicatiei.

Pentru acest circuit cei 16 biti sunt suficienti.

4.Concluzii

Alegerea unui microcontroler PIC16F628 cu modul PWM este solutia buna in proiectarea practica a unui circuit de joasa frecventa emitator.

Principalele avantaje ale utilizarii campului magnetic de joasa frecventa in comunicatii sunt:

O buna penetrare a campului magnetic;

Control precis al razei de actiune;

Consum de energie scazut;

Pret de cost scazut.