اخبار الصناعة
0102030405
LVDS - تحقيق أمان وصلة النطاق الترددي العالي Gigabit في البيئة الصناعية وحل عنق الزجاجة في عرض النطاق الترددي للمقرنة الضوئية
2023-12-08
في عصر الأتمتة والرقمنة والجيل الرابع الصناعي، يلعب نقل الإشارات والبيانات دورًا متزايد الأهمية. إن ربط الآلات والأنظمة وحتى أجهزة الاستشعار الفردية في هذه التطبيقات داخل وخارج ورشة الإنتاج لا يتطلب بنية تحتية مستقرة فحسب، بل يتطلب أيضًا مسارات نقل آمنة وسريعة وعالية الدقة وعدم التداخل ونطاق ترددي عالي. اعتمادًا على التطبيق، قد يحتاج مسار النقل إلى تحمل الظروف البيئية القاسية للغاية.
يمكن أن تؤدي إضافة العزل إلى واجهات الارتباط عالية السرعة إلى تحسين الأداء في هذه البيئات القاسية، ولكنها لم تكن مهمة بسيطة. عندما يكون معدل البيانات أعلى من 250 ميجابت في الثانية، فإنه يتجاوز نطاق سعة المقرنات الضوئية ومعظم العوازل الرقمية، مما يجبر مصممي النظام على اعتماد تقنيات أكثر تعقيدًا، مثل الألياف الضوئية. يمكن لـ Icaupler الحاصل على براءة اختراع من Adi Technology عزل الطبقة المادية للإشارة التفاضلية ذات الجهد المنخفض (LVDS) عندما يتجاوز معدل البيانات 1 جيجابت في الثانية. إنه خيار فعال من حيث التكلفة، ويمكن أن يقلل من تعقيد الأنظمة التي تتطلب العزلة وعرض النطاق الترددي العالي في نفس الوقت. كيفية تحقيق عزل الإشارة عالية السرعة؟ هذه مشكلة LVDS هي واجهة عالية السرعة تستخدم عادة في المحولات ذات الأداء العالي وFPGA ذات النطاق الترددي العالي أو asici / O. يتمتع نقل الإشارات التفاضلية بقدرة قوية على قمع التداخل الكهرومغناطيسي الخارجي (EMI) (بسبب الاقتران المتبادل بين الإشارات المقلوبة والإشارات في الطور ). وفي الوقت نفسه، يمكنه أيضًا تقليل أي EMI ناتج عن إرسال إشارة LVDS. كما هو موضح على الجانب الأيمن من الشكل أدناه، تظهر مقارنة مستوى إشارة LVDS مع RS-485 وm-lvds. يوفر برنامج تشغيل LVDS الإخراج الحالي. عند توصيله من خلال مقاومة إنهاء 100 أوم، فإنه سيولد جهدًا تفاضليًا عند دخل جهاز الاستقبال. قيمتها النموذجية هي 350 ميجا فولت ونطاق الوضع الشائع هو 0 إلى 2.4 فولت. تعد إضافة العزل إلى واجهة LVDS حلاً شفافًا يمكن إدراجه في سلسلة الإشارة الحالية لتطبيقات القياس والتحكم عالية السرعة والدقة.
لقد كانت Optocoupler دائمًا الخيار الأكثر شيوعًا لعزل الإشارات، ولكنها غير مناسبة لعزل الإشارات عالية السرعة لأن سرعتها بطيئة جدًا وعادةً ما يمكنها توفير معدل بيانات يصل إلى 25 ميجابت في الثانية فقط؛ يمكن للمحولات والمكثفات المنفصلة عزل الإشارات عالية السرعة، ولكن يجب تصميمها واختبارها لتطبيقات محددة لحل تأثيرها السلبي على سلامة الإشارة. تحتوي هذه الطريقة أيضًا على قيود في نطاق معدل البيانات المدعوم، وعادةً ما تتطلب ترميزًا متوازنًا للتيار المتردد، وتكون التكلفة مرتفعة أو تؤثر على منطقة ثنائي الفينيل متعدد الكلور؛ تعتبر تقنية الألياف الضوئية مناسبة جدًا لعزل الإشارات عالية السرعة. الآن تم استخدامه على نطاق واسع ويمكنه دعم معدل عشرات أو مئات جيجابت في الثانية ولمسافات طويلة جدًا. ومع ذلك، بالنسبة لمعدل البيانات من 1 إلى 10 جيجابت في الثانية عبر مسافة قصيرة، مع الأخذ في الاعتبار البروتوكولات والإشارات الحديثة، فإن الألياف الضوئية تعتبر مؤهلة بشكل أكبر قليلاً. بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام الألياف الضوئية لن يؤثر فقط على تكلفة النظام، بل سيؤثر أيضًا على حجم المنتج، لأنه يحتاج إلى استيعاب الموصلات المادية الكبيرة ودوائر الواجهة. الحل لعزل البيانات عالية السرعة هو رقمنتها. باعتبارها شركة رائدة عالميًا في مجال العزل الرقمي، تعتمد تقنية العزل الرقمي icoupler الخاصة بشركة ADI على محول مستوى الشريحة، مما يدعم معدل بيانات أعلى واستهلاك أقل للطاقة وأداء أكثر استقرارًا. ومن خلال التصنيع المباشر للمحولات على الرقاقة باستخدام عمليات على مستوى الرقاقة، يمكن دمج قنوات العزل الرقمية icoupler مع بعضها البعض ومع وظائف أشباه الموصلات الأخرى بتكلفة أقل. يمكن للتشفير التفاضلي المعزز الحالي أن يحقق معدل بيانات مرتفعًا للغاية يزيد عن 1 جيجابت في الثانية، كما يتمتع بمقاومة للضوضاء بسبب الخصائص التفاضلية للإشارة. وبالمثل، نظرًا لخصائص توازن الإشارة التفاضلية، يكون التداخل الكهرومغناطيسي منخفضًا جدًا حتى عند التردد العالي. أول عازل رقمي جيجابت في الصناعة مزود بتقنية icoupler المحسنة، وهناك مجموعة متنوعة من المنتجات في السوق لعزل واجهات LVDS. تعد سلسلة LVDS المعزولة من ADI حلاً فعالاً وموثوقًا للغاية، بما في ذلك dn4654 / adn4655 / adn4656. يمكنه العمل بمعدل بيانات يصل إلى 1.1 جيجابت في الثانية مع ارتعاش منخفض، ويلبي أيضًا القيمة القياسية لواجهة LVDS غير المعزولة. وفي المقابل، يمكن للعوازل الرقمية القياسية أن تصل إلى 150 ميجابت في الثانية فقط. نظرًا لاستخدام تقنية I Coupler، على الرغم من العزلة، يمكن للسلسلة تحقيق معدل بيانات مرتفع جدًا وتوفير عزل كهربائي لمشغلات وأجهزة الاستقبال LVDS المتوافقة مع معيار TIA / eia-644-a. يحتوي adn4654 / adn4655 / adn4656 على مجموعة متنوعة من تكوينات القنوات. تحتوي مستقبلات LVDS الموجودة على adn4655 وadn4656 على آلية آمنة من الفشل للتأكد من أن خرج محرك LVDS المقابل هو المنطق 1 عندما يكون الإدخال معلقًا أو قصير الدائرة أو منتهيًا ولكن لا يتم تشغيله. للتشغيل عالي السرعة في ظل ظروف الارتعاش المنخفض، تعتمد دوائر LVDS والعازل على مصدر طاقة 2.5 فولت. يمكن لمنظم التسرب المنخفض (LDO) المتكامل الموجود على الشريحة توفير الجهد المطلوب بقدرة 2.5 فولت من خلال مصدر طاقة خارجي بقدرة 3.3 فولت. هذه الأجهزة مناسبة تمامًا للاستخدام في نطاق واسع من درجات الحرارة الصناعية، وذلك باستخدام SOIC ذو جسم عريض ذو 20 سنًا مع عزل RMS بقدرة 5 كيلو فولت_ حزمة W، أو حزمة SSOP ذات 20 سنًا مع عزل RMS بقدرة 3.75 كيلو فولت & nbsp; يعتمد حل العزل الرقمي الخاص بـ ADI لـ HDMI على adn4654، وهو حل فيديو HDMI معزول تمامًا. لقد تم الاعتراف بموثوقيتها وقوتها على نطاق واسع في السوق الصناعية. في هذا الحل، يستخدم adn4654 شبكة اقتران لتحويل CML وLVDS ذهابًا وإيابًا، والتي يمكن استخدامها لعزل بيانات TMDs وإشارات الساعة التي يستخدمها HDMI. يمكن لمعدل البيانات البالغ 1.1 جيجابت في الثانية تحقيق دقة 720 بكسل على هذا الرابط المعزول. تشمل البدائل الأخرى التي تدعم دقة أعلى بروتوكولات العزل باستخدام قنوات LVDS المتوازية، أو FPGA SerDes باستخدام عوازل متعددة. تم التحقق من أن جودة الفيديو على شاشة العرض المعزولة لا يوجد بها فقدان للجودة. يحقق حل العزل الرقمي هذا باستخدام adn4654 نقل عزل فيديو HDMI معزول بدقة 720 بكسل. تطبيقاتها النموذجية هي الواجهة البصرية الصناعية والأداة والمنظار. تتضمن بعض التطبيقات الرئيسية التي تتطلب عزل نطاق ترددي عالي التحكم في محركات محركات التيار المتردد والروبوتات، وأجهزة سطح المكتب والمعدات الميدانية، والحصول على البيانات الصناعية، وآلات الطباعة وآلات القطع. من أجل حماية الواجهة الأمامية التناظرية أو اللوحة الإلكترونية المعززة الصناعية الخارجية / منفذ الاتصال في بيئة قاسية من أجل تحسين درجة الأتمتة، يلزم عزل تعزيز المتانة. ومع ذلك، فإن المحولات الحالية وواجهات ASIC التسلسلية عالية السرعة يصعب تحقيق العزلة في عرض النطاق الترددي الكافي لتحقيق القياس والتحكم الدقيق. باستخدام المعزل الرقمي المباشر icoupler LVDS يحقق العزل دون أي إلغاء تسلسل أو أعمال تصميم إضافية وتكييف الإشارة، وذلك لتحقيق تصميم نظام نقل آمن ومثالي للبيانات والإشارات الصناعية.
يمكن أن تؤدي إضافة العزل إلى واجهات الارتباط عالية السرعة إلى تحسين الأداء في هذه البيئات القاسية، ولكنها لم تكن مهمة بسيطة. عندما يكون معدل البيانات أعلى من 250 ميجابت في الثانية، فإنه يتجاوز نطاق سعة المقرنات الضوئية ومعظم العوازل الرقمية، مما يجبر مصممي النظام على اعتماد تقنيات أكثر تعقيدًا، مثل الألياف الضوئية. يمكن لـ Icaupler الحاصل على براءة اختراع من Adi Technology عزل الطبقة المادية للإشارة التفاضلية ذات الجهد المنخفض (LVDS) عندما يتجاوز معدل البيانات 1 جيجابت في الثانية. إنه خيار فعال من حيث التكلفة، ويمكن أن يقلل من تعقيد الأنظمة التي تتطلب العزلة وعرض النطاق الترددي العالي في نفس الوقت. كيفية تحقيق عزل الإشارة عالية السرعة؟ هذه مشكلة LVDS هي واجهة عالية السرعة تستخدم عادة في المحولات ذات الأداء العالي وFPGA ذات النطاق الترددي العالي أو asici / O. يتمتع نقل الإشارات التفاضلية بقدرة قوية على قمع التداخل الكهرومغناطيسي الخارجي (EMI) (بسبب الاقتران المتبادل بين الإشارات المقلوبة والإشارات في الطور ). وفي الوقت نفسه، يمكنه أيضًا تقليل أي EMI ناتج عن إرسال إشارة LVDS. كما هو موضح على الجانب الأيمن من الشكل أدناه، تظهر مقارنة مستوى إشارة LVDS مع RS-485 وm-lvds. يوفر برنامج تشغيل LVDS الإخراج الحالي. عند توصيله من خلال مقاومة إنهاء 100 أوم، فإنه سيولد جهدًا تفاضليًا عند دخل جهاز الاستقبال. قيمتها النموذجية هي 350 ميجا فولت ونطاق الوضع الشائع هو 0 إلى 2.4 فولت. تعد إضافة العزل إلى واجهة LVDS حلاً شفافًا يمكن إدراجه في سلسلة الإشارة الحالية لتطبيقات القياس والتحكم عالية السرعة والدقة. لقد كانت Optocoupler دائمًا الخيار الأكثر شيوعًا لعزل الإشارات، ولكنها غير مناسبة لعزل الإشارات عالية السرعة لأن سرعتها بطيئة جدًا وعادةً ما يمكنها توفير معدل بيانات يصل إلى 25 ميجابت في الثانية فقط؛ يمكن للمحولات والمكثفات المنفصلة عزل الإشارات عالية السرعة، ولكن يجب تصميمها واختبارها لتطبيقات محددة لحل تأثيرها السلبي على سلامة الإشارة. تحتوي هذه الطريقة أيضًا على قيود في نطاق معدل البيانات المدعوم، وعادةً ما تتطلب ترميزًا متوازنًا للتيار المتردد، وتكون التكلفة مرتفعة أو تؤثر على منطقة ثنائي الفينيل متعدد الكلور؛ تعتبر تقنية الألياف الضوئية مناسبة جدًا لعزل الإشارات عالية السرعة. الآن تم استخدامه على نطاق واسع ويمكنه دعم معدل عشرات أو مئات جيجابت في الثانية ولمسافات طويلة جدًا. ومع ذلك، بالنسبة لمعدل البيانات من 1 إلى 10 جيجابت في الثانية عبر مسافة قصيرة، مع الأخذ في الاعتبار البروتوكولات والإشارات الحديثة، فإن الألياف الضوئية تعتبر مؤهلة بشكل أكبر قليلاً. بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام الألياف الضوئية لن يؤثر فقط على تكلفة النظام، بل سيؤثر أيضًا على حجم المنتج، لأنه يحتاج إلى استيعاب الموصلات المادية الكبيرة ودوائر الواجهة. الحل لعزل البيانات عالية السرعة هو رقمنتها. باعتبارها شركة رائدة عالميًا في مجال العزل الرقمي، تعتمد تقنية العزل الرقمي icoupler الخاصة بشركة ADI على محول مستوى الشريحة، مما يدعم معدل بيانات أعلى واستهلاك أقل للطاقة وأداء أكثر استقرارًا. ومن خلال التصنيع المباشر للمحولات على الرقاقة باستخدام عمليات على مستوى الرقاقة، يمكن دمج قنوات العزل الرقمية icoupler مع بعضها البعض ومع وظائف أشباه الموصلات الأخرى بتكلفة أقل. يمكن للتشفير التفاضلي المعزز الحالي أن يحقق معدل بيانات مرتفعًا للغاية يزيد عن 1 جيجابت في الثانية، كما يتمتع بمقاومة للضوضاء بسبب الخصائص التفاضلية للإشارة. وبالمثل، نظرًا لخصائص توازن الإشارة التفاضلية، يكون التداخل الكهرومغناطيسي منخفضًا جدًا حتى عند التردد العالي. أول عازل رقمي جيجابت في الصناعة مزود بتقنية icoupler المحسنة، وهناك مجموعة متنوعة من المنتجات في السوق لعزل واجهات LVDS. تعد سلسلة LVDS المعزولة من ADI حلاً فعالاً وموثوقًا للغاية، بما في ذلك dn4654 / adn4655 / adn4656. يمكنه العمل بمعدل بيانات يصل إلى 1.1 جيجابت في الثانية مع ارتعاش منخفض، ويلبي أيضًا القيمة القياسية لواجهة LVDS غير المعزولة. وفي المقابل، يمكن للعوازل الرقمية القياسية أن تصل إلى 150 ميجابت في الثانية فقط. نظرًا لاستخدام تقنية I Coupler، على الرغم من العزلة، يمكن للسلسلة تحقيق معدل بيانات مرتفع جدًا وتوفير عزل كهربائي لمشغلات وأجهزة الاستقبال LVDS المتوافقة مع معيار TIA / eia-644-a. يحتوي adn4654 / adn4655 / adn4656 على مجموعة متنوعة من تكوينات القنوات. تحتوي مستقبلات LVDS الموجودة على adn4655 وadn4656 على آلية آمنة من الفشل للتأكد من أن خرج محرك LVDS المقابل هو المنطق 1 عندما يكون الإدخال معلقًا أو قصير الدائرة أو منتهيًا ولكن لا يتم تشغيله. للتشغيل عالي السرعة في ظل ظروف الارتعاش المنخفض، تعتمد دوائر LVDS والعازل على مصدر طاقة 2.5 فولت. يمكن لمنظم التسرب المنخفض (LDO) المتكامل الموجود على الشريحة توفير الجهد المطلوب بقدرة 2.5 فولت من خلال مصدر طاقة خارجي بقدرة 3.3 فولت. هذه الأجهزة مناسبة تمامًا للاستخدام في نطاق واسع من درجات الحرارة الصناعية، وذلك باستخدام SOIC ذو جسم عريض ذو 20 سنًا مع عزل RMS بقدرة 5 كيلو فولت_ حزمة W، أو حزمة SSOP ذات 20 سنًا مع عزل RMS بقدرة 3.75 كيلو فولت & nbsp; يعتمد حل العزل الرقمي الخاص بـ ADI لـ HDMI على adn4654، وهو حل فيديو HDMI معزول تمامًا. لقد تم الاعتراف بموثوقيتها وقوتها على نطاق واسع في السوق الصناعية. في هذا الحل، يستخدم adn4654 شبكة اقتران لتحويل CML وLVDS ذهابًا وإيابًا، والتي يمكن استخدامها لعزل بيانات TMDs وإشارات الساعة التي يستخدمها HDMI. يمكن لمعدل البيانات البالغ 1.1 جيجابت في الثانية تحقيق دقة 720 بكسل على هذا الرابط المعزول. تشمل البدائل الأخرى التي تدعم دقة أعلى بروتوكولات العزل باستخدام قنوات LVDS المتوازية، أو FPGA SerDes باستخدام عوازل متعددة. تم التحقق من أن جودة الفيديو على شاشة العرض المعزولة لا يوجد بها فقدان للجودة. يحقق حل العزل الرقمي هذا باستخدام adn4654 نقل عزل فيديو HDMI معزول بدقة 720 بكسل. تطبيقاتها النموذجية هي الواجهة البصرية الصناعية والأداة والمنظار. تتضمن بعض التطبيقات الرئيسية التي تتطلب عزل نطاق ترددي عالي التحكم في محركات محركات التيار المتردد والروبوتات، وأجهزة سطح المكتب والمعدات الميدانية، والحصول على البيانات الصناعية، وآلات الطباعة وآلات القطع. من أجل حماية الواجهة الأمامية التناظرية أو اللوحة الإلكترونية المعززة الصناعية الخارجية / منفذ الاتصال في بيئة قاسية من أجل تحسين درجة الأتمتة، يلزم عزل تعزيز المتانة. ومع ذلك، فإن المحولات الحالية وواجهات ASIC التسلسلية عالية السرعة يصعب تحقيق العزلة في عرض النطاق الترددي الكافي لتحقيق القياس والتحكم الدقيق. باستخدام المعزل الرقمي المباشر icoupler LVDS يحقق العزل دون أي إلغاء تسلسل أو أعمال تصميم إضافية وتكييف الإشارة، وذلك لتحقيق تصميم نظام نقل آمن ومثالي للبيانات والإشارات الصناعية.