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[参考译文] THVD8000：机场通信

admin
Guru**** 1788580 points
Other Parts Discussed in Thread: THVD8000, THS6222, THVD8010
请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/interface-group/interface/f/interface-forum/1423682/thvd8000-airfield-communication

器件型号：THVD8000
主题中讨论的其他器件： THS6222、 THVD8010

工具与软件：

根据应用手册 SLLA590、THVD8000是否能够通过可扩展至3000英尺的120/240 VAC 电力线进行可靠通信？

我的应用程序需要在机场环境中与多达22个照明控制柜通信。

提前感谢您的任何帮助！

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    TI__Guru**** 1788580 points
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    您好、Dean：

    因此、3000ft 的系统设置是高度可变的- 3000ft 通常不是问题所在-但它实际上取决于多个因素-即驱动器看到的有效阻抗、共享功率/数据线路的电缆属性(主要是电容和 DCR)、将通信节点与共享总线隔离的变压器有效阻抗、调制频率、系统 是伪差分还是真正差分、以及环境的噪声。   

    在这些高压应用中、THVD8000不充当驱动器(THVD8000需要在没有额外线路驱动器的情况下使用 RS -485总线设置、而对于120VAC 系统等高压系统而言是不现实的-至于我们添加额外线路 驱动器的原因)-它充当调制器和接收器、而 THS6222是实际的驱动器、但限制的最大长度超过 THVD8000 (THVD8000非常灵敏、因此信号摆幅不必如此大)  

    为了最大限度地增加距离、一般趋势是：

    1.为数据速率选择可能的最低调制频率-最大建议数据速率为调制频率/10。 125KHz 是可能的最低调制频率(允许高达12.5kbps 的数据速率)、它将更大限度地减少整个线路中的大多数交流损耗、然后您实际上只需要担心变压器和电缆 DCR 上的插入损耗。

    2.选择具有低 DCR 的电源线-屏蔽电缆也是一件好事-但经常不使用由于成本,所以它不需要。  

    3. 在通信节点上采用噪声过滤(SLLA590显示了它的外观)

    4.使用真正的差分设置- SLLA590使用伪差分设置-我们此处参考设计的设计指南： https://www.ti.com/tool/PLC010935BP 确实展示了真正的差分设置(参考设计指出它适用于光伏逆变器-但实际上、它是我们用于高电压(交流或直流)/低有效阻抗总线的通用 THVD8000 + THS6222指南。 除了在变压器上运行 THS6222的两个输出外、设计基本上相同。  

    综上所述、"是的、3000英尺易于实现"真的很难说、因为有多种因素会影响总线长度-但总的来说、我不担心调制速度较低、最高可达4000英尺/1.2km 左右-但存在很大的变化、因此我不保证-但我认为这可能取决于系统。  

    如果您有任何其他问题、请告诉我、我会看看我能做些什么。  

    此致！

    Parker Dodson

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    TI__Guru**** 1788580 points
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    您好、Parker、

    非常感谢您的专业知识。 您的信息非常有用。 我们将使用 THVD8000/THS6222来为照明柜提供2Hz 同步信号。 我们计划通过 ST7580 PLM 进行实际通信。 我有点担心2个设备之间的干扰、即使它们的载波频率不同也是如此。 我想只要它们不是彼此的整数倍,我们应该是可以的? 在如此低的速率下、3000英尺更有可能成功吗？  我不知道电力线的特点是什么,我相信他们不同的机场,即使物理安装应该相似. 这是一个愚蠢的问题,但它是否值得去几个站点,并试图表征一些安装的阻抗? 当它涉及到混乱的现场系统在一个活动的跑道上有巨大的问题。

    欢迎提供任何额外的指导。

    此致、

    Dean  

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    TI__Guru**** 1788580 points
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    您好、Dean：

    因此、在线路上使用多个频率可能具有挑战性、因为 THVD8000上的内部带通滤波器没有很高的选择性、这部分是由于器件具有成本效益且调制频率具有+/-25%的容差。 因此、为了在同一条线路上实现多个频段、我强烈建议 THVD8000调制频率与另一个通信信号之间留出尽可能大的空间-如果您使用125KHz 调制频率(我认为对于2Hz 同步信号应该足够)、我强烈建议以10MHz 为单位(1或2 MHz 可能仍会导致错误检测-但不太可能) -我还强烈建议不要跳过 THVD8000外部的可选带通滤波器-它应该被实施-可能值得在它中添加另一个级来帮助过滤来自节点的任何非 OOK 信号。  

    是的、通过使用最低调制频率、您将有充分的机会实现距离最大化-在标准应用中、125KHz 的传输距离可以高达1500m、超过3000ft -但这是在标准 RS -485"型总线设置中、不存在变压器插入损耗问题-因为这是我的主要问题。 从本质上讲、总线是如何从驱动器的角度"看待"的-许多电源总线可以近似为5欧姆 -虽然它确实取决于特定的系统-但总的来说、它相当低。 我们测试了如何驱动低至1欧姆的负载、而没有太大问题(不过、线路驱动器中的功耗可能相当大)。 根据我们使用110 VAC 进行的测试、我们得到的是125KHz 时总线接收端信号的大约1/4 (最初为~8Vp-p、现在约为2Vp-p)(SLLA590中的图5-5至图5-9)-该测试主要研究插入损耗-但它没有将电缆表征为我们的电缆、而可能相当标准的电源线只有大约一英尺长。 如果唯一真正请求高频电流的设备是接收器、则通信信号的电流将非常低、从而降低损耗。 好消息是电源线的 DCR 通常非常低、因此我认为3000英尺不能满足您所需的低有效数据速率的要求、但这取决于变压器的插入损耗。

    我不知道在每个站点测量阻抗有多大的价值-许多电源线不受阻抗控制、因此可能有很多不同的情况、在一个站点进行测量不一定会影响另一个站点的测量。 重要的是-有效阻抗是什么、如125KHz 信号所示-关于电缆的阻抗更小(DCR 最好知道-因此单位长度的电阻-但实际上、在电源电缆上、它通常低于标准 RS -485电缆、因此我在这里不是超级关注) -但更多什么是从主电压源请求电流-因为 OOK 电流是什么影响插入损耗-所以知道功率是如何分配的,它的负载是什么样子-即是否有滤波,将使它看起来更高的阻抗到125KHz 信号等..  

    我知道这有点不能回答-很抱歉-但现实是、许多系统参数会影响该子系统的工作方式-此处最大的参数是125KHz 信号的有效阻抗-通常交流损耗很可能非常小、从电缆的角度来看、电缆的 DCR 将是最大的影响-但系统的外观 -与它的所有负载-作为一个阻抗将是一个必要的事情来理解。 本质上、让我们说、在正常条件下、它为120VAC、负载约为5A、阻抗类似于20欧姆-如果我们从60Hz 更改为125KHz、负载仍然为5A -更高频率下的有效电流消耗决定了驱动器看到的总线阻抗-以及究竟什么将决定插入到系统中的损耗。  

    如果您有任何其他问题、请告诉我、我会看看我能做些什么！

    此致！

    Parker Dodson

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    TI__Guru**** 1788580 points
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    你好、帕克！ 再次感谢您提供的所有宝贵信息。 就调制频率而言、ST7580载波频率范围介于9kHz 到250kHz 之间、因此125kHz 调制频率可能是个问题。 ST7580有两种基本调制模式、FSK 和几种 PSK 模式。 也许 PSK 模式不是一个问题? 此外、使用有源带通滤波器与使用无源滤波器是否有优势？ 当您谈论变压器插入损耗时、这是否仅适用于耦合变压器？ 从我看到的安装原理图中可以看出、不涉及配电变压器。 在交流线路的阻抗方面,每个(最多) 21个照明控制柜都有瞬态/浪涌线路保护,其次是一个符合 MIL-STD-461 CE102标准的传导发射滤波器。 我没有实际滤波器的原理图、但下面的图像可以很好地表示实际滤波器。 我是在 Vicor 应用手册中获得的。 我会联系我们所用滤波器的制造商、以获取更多信息。

    以下是 CE102限值表。

    我希望滤波器在调制频率下提供足够高的阻抗。

    我必须做更多研究才能了解峰值/平均电流是什么样子。 照明柜控制低压氙灯闪烁灯。 我相信你已经见过他们在主要的机场。 它们是名为 ALSF-2的大型照明系统的一部分。 我还想知道添加这些频率会如何影响 CE102合规性、因为它们的电压水平从数百毫伏到伏不等。

    如有任何进一步的反馈、将不胜感激。

    此致、

    Dean Munson

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    您好、Parker、

    该表将 dBuV 转换为毫伏。 它来自同一个应用手册。

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    您好、Parker、

    我和我的 FAA Liasson 谈过、他说不需要电力线通信来满足 CE102、因此减少了一件事需要考虑。  

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    您好、Dean：

    由于 STM 器件在低频段工作、因此会使事情变得复杂。  

    根据我们的最佳理解、您可以认为 THVD8000设置为125KHz 的主通带大约介于60kHz 和270KHz 之间-因此当设置为125KHz 时、THVD8000有可能检测到该范围内的任何东西(THVD8000非常敏感)-这也不是保证-但根据设计的仿真、实际的器件可能与此规格略有不同。 不像我们在数据表中发布的规格那样直接定义。  

    通常、PSK 可以使用比 FSK 更低的带宽-但如果在60kHz 和270KHz 之间存在信号(品质因数~0.59 -这在各种调制频率上应该相当恒定)、则无论使用何种调制技术、总线上的其他电力线通信设置都有可能被探测到。  

    我会担心要采用更高的调制频率、否则3000ft 将更难满足-因为在1MHz 调制频率下几乎无法达到3000ft/~900m -在标准应用中、我们将其上限设置为750kHz、持续900m -但标准应用电源线的电容很可能比更高的电压线低、因此更高电压总线上的交流损失可能更大。 然而,您可能需要至少处于1MHz -但即使这样,也可以检测到来自其他在线数据的谐波。  

     对于电力线上的标准 EMI 滤波-这非常好地表明总线被视为具有针对 OOK 频率的更高阻抗-大多数 EMI 滤波器都非常擅长从进一步的下游中删除 OOK 数据。  

    在发射方面-我们实际上并没有关于此器件发射的庞大知识库-这只是我们使用此器件遇到的问题。   通常、我们并不会认为该器件存在辐射发射风险、因为它的频率相对较低-但是对于传导发射、我们的基本指导是在主电源总线上添加一个 EMI 滤波器-与您已共享的滤波器类似-这通常会消除绝大多数信号-很显然、它将取决于特定的组件值-但一般来说、架构看起来是我们建议的有助于防止的 发射问题。  

    如果您有任何其他问题、请告诉我、我会看看我能做些什么！

    此致！

    Parker Dodson

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    您好、Parker、

    再次感谢您的反馈。 我想还有一个问题、有源带通滤波器是否比设计指南 TIDUF48A 中使用的无源器件更好？

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    TI__Guru**** 1788580 points
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    您好、Parker、

    另一个问题：可以通过改变 FSET 电阻器来"调谐"调制频率吗？

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    TI__Guru**** 1788580 points
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    您好、Dean：

    之所以选择无源带通滤波器、纯粹是因为它实现 起来通常更便宜、并且可以在所有频率上实现至少~50%的衰减。 我认为有源带通滤波器一般更好、您可以在没有任何电感器的情况下制作二阶有源带通、并且通常仍然可以在中心频率实现0.5增益。 成本效益是主要因素的原因是、与其他类似 PLC 型通信方案相比、THVD8000是非常具有成本效益的器件-因此我们确实希望限制我们参考设计中包含的硅数量、但它可以是有源或无源-一般来说、如果没有其他原因不考虑它、我可能会倾向于有源-这 是因为避免电感和更容易 我通常不喜欢添加电感器、除非绝对必要。  

    对于第二个问题-是的、您可以针对调制频率对 FSET 电阻器进行"调优 "-但其中有一个非常大的警告、那就是、任何给定 FSET 值下的调制器频率都有+/-25%的容差。  

    使用数据表中的表8-1、我们可以绘制一条非常接近表值的趋势线。  

    Y = 7871.8 x^(-0.946)

    其中 x 是 FSET 电阻值、单位为千欧、y 是频率、单位为 kHz

    ^、如果我们使用77kOhm 电阻、其 y = 7871.8 * 77 k Ω(-0.946)= 129kHz - 77k 将得出125kHz (根据表8-1)、因此回归不完美、但这是我们可以进行的最佳估算。

    因此 RFSET =(FMOD/7871.8)^(-1/0.946) ->这将使您进入设计值的范围内-但也需要考虑25%的容差。  

    因此、我们通常建议仅使用表8-1 -但可以调整调制频率。  

    如果您有任何其他问题、请告诉我、我会看看我能做些什么！

    此致！

    Parker Dodson

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    您好、Parker、

    那么、如果我使用一个电位计来根据需要调节频率、它是漂移25%还是宽容差与扩频时钟有关？

    在我们的产品中、包含校准程序的生产测试程序很常见。 这是 FAA 的世界、因此底线是功能和可靠性、而不是太多成本。 如果我可以使用低漂移电位器将调制频率调整到理想值的几个百分点以内、那么我可以设计非常窄的有源带通滤波器、帮助降低电力线器件频率的相互步进。 你怎么看？

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    您好、Dean：

    所以我只是检查了我们针对此规格的仿真-我们保证25%容差是保守的(因为在您看来、很可能永远不会看到与编程值相差25%的容差)-但在绝大多数应用中(在工作温度范围内)仍然可能存在10%到20%漂移的最坏情况 而且这不包括30kHz 展频–因此、即使是低漂移电位器–也很难保证 10%到20%范围内的频带(25%是我们保证的水平、但这种情况很不可能发生(超出了我们的 µ+/- 5σ 仿真范围-但这不是硅测试)。  即整个温度范围(-40C 至125C)内 -所以它可能不像在这个特定的应用中那么明显,因为我认为照明控制柜不会达到125°C -如果我不得不冒一个风险,我想象如果柜产生大量热量,它可能会达到125°C 的一半-这是你可能有一个更好的猜测-但这可能会降低调制器的容差-但我们 不要有对这个问题非常有帮助的数据-因此任何更严格的控制都必须在您身边进行测试/认证-这对您来说可能不是一个有吸引力的选择。  我要补充的一点是、即 POT 不能低于1.5k 或高于77k、如果这样、您可能会导致 THVD8000进入未定义的功能模式、这些模式未经 OOK 调制 (最初、此器件将能够执行标准 RS -485或 OOK 调制 RS -485 -标准 RS -485无法正常工作、因此数据表中未提及、因为该器件实际上不应该用作标准 RS -485)-但是如果电阻超出77k 至1.5k 范围( 电阻器容差高达2%)、您将看到非常意外的行为。  

    我想让大家尽量针对这类应用来测试 THVD8000 + THS6222、因为我仍然认为它可能会充分发挥作用、以令人满意地满足系统目标-在实际系统测试和验证中必须消除一些重大风险、我无法善意地告诉您、这是一个完整的灌篮动作、100%保证不会失败 -我认为有一种可能-但我主要关心的是总线上的其他数据流和较大的可能调制器输出频率容差-我会说有许多不同的 PLC 技术,更注重精度比这一(几乎所有其他 PLC 类型-这是一个我最熟悉的,尽管有很大的余量)  -此器件最初设计用于基于低电压 HVAC 的应用、其中精度不是主要问题(虽然成本较高)-这也是它基于 RS -485的原因、遗憾的是、它仍然缺少 RS -485通常所缺乏的精度。 对于采用 THVD8000和 THS6222的非数据表高电压应用、主要问题是"它是否起作用"、但这些测试是在假设总线上有1个数据流的情况下完成的、因此从应用的角度来看、调制器容差不是那么大问题。

    我非常乐意帮助您解决任何其他问题-因为正如我所说的、我不认为这是不可能的、但我没有足够的数据或已知用例可以自信地说、这将确保工作正常、如果您也想查看其他选项、这将是可以理解的。

    此致！

    Parker Dodson  

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    您好、Parker、

    我们有一个温度室、因此可以对几个器件采样。 温度要求为工业温度(-40°C 至+70°C)。 闪光灯控制柜由120/240 AC 供电。 您认为将  THVD8000 + THS6222放在一个相位上、将 ST7580放在另一个相位上是否会有所帮助？ 我猜电源线之间可能会有一些电容耦合、但我不能想象会有多大电容耦合、但我不确定。 使用这种方法的主要原因是原始设计使用两条半双工 RS485线路、一条用于命令/状态、另一条用于2Hz。 通过保持类似的布置、可以更轻松地利用现有 MCU 代码。 我绝对想尝试这种方法、但对 THVD8000使用更高的调制频率。 我刚才看的是 THVD8010的接收器规格。 由于接收器的灵敏度较低、尽管调制频率限制为300kHz、但它可能是更好的选择？  

    此致、

    Dean

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    您好、Dean：

    是否可以在温控箱内进行测试、那将会非常有用。  

    如果是三相电源系统(保持不同相位上的信号很可能起作用)、则唯一需要注意的是在安装期间、通信节点始终保持在正确相位(即始终在 A-B 上传输2Hz 信号) -我提出这个问题的唯一原因是因为我看到了3个阶段的应用程序与这部分-但安装一直是我听说过的一个问题-如果这个问题在这种情况下得到缓解,那么这将是一个更好的系统设置,因为有两个不同的通信流。  这可能会相互干扰。  

    THVD8010的灵敏度要低得多、因此在嘈杂 环境下使用时效果更好-我不推荐使用它的原因是、您可能需要高达1.3V 的电压才能读取接收到的信号-因此信号可以在不可读之前处理较少的衰减-在3000英尺处、由于总线上的衰减、您可能需要更敏感的接收器。 您可以增加差动放大器(THS6222)的增益、因为我们的指导基本上将增益设置为1、所以较高的增益可以更好地处理距离并保持较高的电压-但我们从未在单位增益以上进行过测试、因此我不能直接深入了解这么做有多大帮助-但我会非常担心放大器上的单位增益始终达到3000ft 标记。  

    此致！

    Parker Dodson

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    您好、Parker、

    感谢您的耐心等待以及您提供的宝贵信息和支持。 我想我有入门所需的所有信息!

    此致、

    Dean