Frage:
Verminderte Datenrate mit Optoisolator mit Logikausgang
calcium3000
2019-09-24 23:57:06 UTC
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Ich verwende einen Optoisolator vom Typ Logikausgang ( H11L1S) mit einer nominalen Datenrate von 1 MHz, aber in der Praxis kann ich nicht einmal 100 kHz erreichen.Wo gehe ich falsch?Ist diese maximale Datenrate nicht erreichbar?

Hier ist die relevante Schaltung:

Schematic

Ich treibe die LED mit 2,8 mA an, was deutlich über dem minimalen Einschaltstrom von 1,6 mA liegt (plus 10% Schutzband, wie im Datenblatt vorgeschlagen).Q18 ist ein vorgespanntes NPN mit 2K2-Basiswiderstand und 47K-Pulldown-Widerstand.Unten finden Sie eine Scope-Erfassung des Taktsignals ( ADC_SCK , gelb) und der LED-Kathode (blau).Sobald der Transistor ausgeschaltet ist, benötigt die Kathodenspannung mehr als \ $ 5 \ mu s \ $ span>, um + 3V3 zu erreichen - dh die LED erlischt sehr langsam -, so dass dieDer Empfänger registriert die Zustandsänderung nicht.

Clock, opto signals

Dies bedeutet, dass die Hot-Side-Schaltung ( ADC_SCLK , blau) einen sehr langsamen Takt sieht:

Received clock

Wofür ist das ganze FET-Geschäft?Steuert dies letztendlich einen einzelnen Logikeingang?Wäre es tatsächlich einfacher und schneller, es direkt mit einem CMOS-Logikeingang zu koppeln?
@pjc50 Guter Punkt - es wird nur direkt an einen einzelnen IC-Eingang angeschlossen.Ich hatte es dort in der Hühnerkratzphase, aber es hätte entfernt werden sollen.
Sie haben vergessen, die Werte für die Komponenten (Widerstände?) In der Nähe des ADC_SCK-Eingangs anzugeben.
@DmitryGrigoryev In der Tat - fertig.
Fünf antworten:
brhans
2019-09-25 00:03:45 UTC
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Sehen Sie sich das Datenblatt noch einmal genauer an, insbesondere den 'empfohlenen' R L sub> Pull-up-Widerstandswert.
Das sind 270 Ohm, während Sie 15k verwenden.

Dieses Gerät liefert nur sehr wenig (wenn überhaupt) Strom, wenn der Ausgang hoch geht, sodass die Anstiegszeit, die Sie sehen, direkt proportional zu dem R L sub> Pullup-Widerstand ist, den Sie verwenden (kombiniert mitdie Gate-Kapazität Ihres Q40 und etwaiger Parasiten).

Ah, guter Anruf.Aber das sollte die langsamen LED-Abfallzeiten nicht beeinflussen, oder?Benötige ich dort eine Gegentaktschaltung?
Die Übergangszeit der LED-Spannung ist nicht wichtig - es ist der Strom, der zählt.Der Spannungsabfall ist nahezu konstant, wenn die LED leuchtet. Die langsame Anstiegszeit ist also, wenn sie bereits ausgeschaltet ist.
CL.
2019-09-25 15:13:54 UTC
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Die Schaltzeit-Testschaltung aus dem verknüpften Datenblatt zeigt, dass die LED mit einem Push / Pull-Treiber mit einer Anstiegs- / Abfallzeit von 10 ns gesteuert wird:

Everlight H11L1 switching time test circuit

Ihr Open-Collector-Treiber kann das nicht verwalten.Verwenden Sie stattdessen einen logischen Wechselrichter (z. B. (SN) 74AHC1G14).

Darüber hinaus verwendet die Schaltung einen Beschleunigungskondensator.Der Anwendungshinweis von Fairchild Hochgeschwindigkeits-Optokoppler und seine Schalteigenschaften H11LxM, H11NxM zeigen, dass er 470 pF betragen sollte.Sollte jedoch für 100 kHz nicht benötigt werden.

Der Ausgangs-Pull-up-Widerstand sollte kleiner sein.Q40 invertiert nur das Signal;Sie können es weglassen, wenn Sie einen nicht invertierenden Puffer zum Ansteuern der LED verwenden (oder wenn Sie ein PNP zum Ansteuern der Anode verwenden).

Dieser Puffer hat auf der LED-Seite sicherlich den Trick gemacht!
Dmitry Grigoryev
2019-09-25 19:00:50 UTC
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Sobald der Transistor ausgeschaltet ist, dauert es mehr als 5 μs, bis die Kathodenspannung + 3V3 erreicht - d. h. die LED erlischt sehr langsam

Das Problem hierbei ist, dass der Transistor nach der Sättigung nicht sofort ausgeschaltet wird.Sie können den Effekt reduzieren, indem Sie entweder den Basiswiderstandswert verringern, einen kleinen Beschleunigungskondensator parallel zum Basiswiderstand schalten oder eine Baker-Klemme verwenden:

enter image description here

Der FET trägt ebenfalls zur Verzerrung des ADC_SCLK-Signals bei, sodass ich sehen würde, ob es vermieden oder durch einen Puffer- / Inverter-IC ersetzt werden könnte, wenn Sie das Fan-Out erhöhen müssen.Die Verwendung eines empfohlenen Pull-up-Widerstands am Opto-Isolator-Ausgang ist ebenfalls wichtig, wenn Sie erwarten, dass die Frequenz nahe dem nominalen Maximum liegt.

Justme
2019-09-25 00:44:13 UTC
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Der FET kann hochziehen, aber nicht runterziehen.Es muss nur der 15k-Widerstand heruntergezogen werden.Es ist die fallende Flanke bei R187, die langsam ist.

rdtsc
2019-09-25 01:01:31 UTC
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Um die Eingabe des Optos zu beschleunigen, können zwei Dinge getan werden.

  1. Verringern Sie R189 auf 150 Ω, um die LED mit ~ 10 mA zu versorgen, wenn ADC_SCK aktiv ist. (3,3 V - 1,15 V) / 10 mA = 143,3 Ω
  2. Fügen Sie eine kleine "Beschleunigungs" -Kapazität über R189 hinzu. Für Z = 50 Ω und R189 = 150 Ω sollte Xc sein:
  3. ol>

    \ $ 150Ω || X_C = 50Ω \ $ span>

    \ $ \ frac {1} {150Ω} + \ frac {1} {X_C} = \ frac {1} {50Ω} \ $ span>

    \ $ 0.00 \ overline 6 + \ frac {1} {X_C} = 0.02 \ $ span>

    \ $ 0.02 - 0.00 \ overline 6 = 0.01 \ overline 3 \ $ span>

    \ $ \ frac {1} {0.01 \ overline 3} = 75Ω \ $ span>

    \ $ X_C = \ frac {1} {2 \ pi fC} \ $ span>, 1 MHz für \ $ f \ $ span>,

    \ $ 75Ω = \ frac {1} {2 \ pi \ cdot 1M \ cdot C} \ $ span> und Auflösen nach C:

    \ $ 75Ω \ cdot 2 \ pi \ cdot 1M = \ frac {1} {C} \ $ span>

    \ $ 471,238,898.038 = \ frac {1} {C} \ $ span>

    \ $ C \ ca. 2.2 \ $ span> nF

    Sie können auch eine kleine Beschleunigungskappe über den unbeschrifteten Widerstand an der Basis des Q18-A anbringen. Beachten Sie jedoch im Datenblatt, dass es das Maximum \ $ t_ {on} \ $ span> und \ $ t_ {off} angibt. \ $ span> von 4µs. \ $ \ frac {1} {4µs} \ $ span> = 250 kHz, nicht 1 MHz!

Vielen Dank!Ich werde die Beschleunigungskappe ausprobieren.Q18 ist ein dualer, vorgespannter NPN, sodass der Basiswiderstand nicht verfügbar ist.Und ich habe gesehen, dass \ $ 4 \ mu s \ $ auf dem Datenblatt!Sehr verwirrt darüber, wie sie 1 MHz beanspruchen können - ich dachte, sie hätten vielleicht einen Trick wie: "Nun, unsere Ausgangsschaltung kann mit 1 MHz schalten - die LED kann einfach nicht so schnell schalten. Aber stellen Sie sich vor, wenn es könnte!"
@calcium3000 Es ist nichts Falsches daran, dass die Ton / Toff-Zeiten länger als die Datenratenperiode sind. Es bedeutet einfach, dass das Ausgangssignal verzögert wird.Eingang.Zusätzlich ist die 1-MHz-Datenrate eine ** typische ** Bewertung, während die Ton / Toff-Zeiten für den ** schlimmsten ** Fall angegeben sind.


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