不同电源,还有其他方法智能组网方法吗

通信电源组网中几个争议问题探讨_百度文库
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通信电源组网中几个争议问题探讨
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你可能喜欢四芯网线加电源线和八芯网线电源有什么不同?
四芯网线加电源一体线和八芯网线加电源一体线都是运用在监控系统的线缆。
两种线缆都是将电源线和网线合二为一,可以在布置网线的时候,同时将电源线也接好。
一次性综合布线,减少人工和时间,是目前使用最多的综合线。
而为了减少串扰,分隔式网线带电源一体线也出现在市面上。
而四芯和八芯的网线带电源一体线有什么不同呢?
1.由于线芯数量的问题,很明显,八芯网络综合线的外径是要粗过四芯网络综合线的外径的。
2.四芯网络综合线里面只有2对双绞线和两芯电源线,橙白,橙,绿白,绿,而八芯网线多了蓝,蓝白,棕,棕白四条线芯。
1.八芯网络综合线在传输信号上比四芯网络综合线更加稳定。
2.通常来说四芯网络综合线和八芯网络综合线,线芯是无氧铜
传输距离都能达到120米,甚至更远。
四芯网线的传输往往没有八芯网线来得稳定
所以一般布置在100米内最好。
3.综合线的无氧铜材质的电源线能通220V
………………………………
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今日搜狐热点电源分配网络(PDN)设计
&电源分配网络(PDN)
电源分配网络(PDN)设计
电路板设计
确定ZTARGET
计算电源轨的ZTARGET时,您应该知道以下信息:
系统中所有器件的最大瞬变电流要求,这些器件是由待考虑的电源轨供电的。您可以从相应器件的制造商那里获得这些信息。注意:Altera提供工具,来估算其所有FPGA和CPLD的功耗。
电源轨允许的最大AC波纹只是供电电压的百分之一。您可以从待考虑的电源轨供电的器件电源容限规范中获得这些信息。
如果有这些信息,那么,可以按照下面来计算ZTARGET:
ZTARGET= [VoltageRail (%Ripple/100)/MaxTransientCurrent]
例如,对于允许5%的AC波纹的1.1-v电源轨,希望最大瞬变电流是1.5 A,要对这样的电源轨可靠的去耦合,那么,目标阻抗是:
ZTARGET= [(1.1)(0.05)/1.5]=36.7mΩ
确定fTARGET
所需要的最大频率是指,增加了一定数量的去耦合电容后,不会使得电源轨阻抗(ZEFF)低于目标阻抗(ZTARGET)时的频率点,这是因为杂散平面的主要阻抗是扩散电感以及封装的贴装电感。一般而言,这一fTARGET范围是从50/60 MHz直至150/200 MHz。在这些频率之外,是由所选目标器件的封装和管芯电容来维持电源完整性的。
选择去耦合CAPS以满足ZTARGET
在所要求的整个频率范围内,为保持电源完整性,电源分配系统采用了电压调节器模组(VRM)、板上分立去耦合电容,以及平面间电容(来自电路板堆叠的电源地夹层电容)。对于上面的例子,设计人员必须进行合适的选择,这样,在整个所要求的频率范围内,有效阻抗保持低于36.7 Ω。
关于应用FDTIM的详细信息,请参考及其相应的。
电压调节器选择
PDN设计工具
Stratix V、Arria V、Arria II GZ、Cyclone V,以及Cyclone IV器件系列的器件相关电源传送网络(PDN)工具用户指南 (PDF)
对于高频,使用分立电容进行去耦合的效率不高。对于这些频率,使用电源平面电容对噪声去耦合。如图1所示,您可以看一下标准的并联平行极板电容,理解平面电容的概念。
图1.并联平面电容
当电源平面与地平面接近时,会出现电场。图1中上面的区域显示了电源岛,即电源平面,下面的区域显示了地平面,箭头表示电场电力线。这一电场提高了电容,由下面的公式表示其大小:
C=(εοεrA)/h
εο = 自由空间的介电常数
εr = 所使用电介质的相对介电常数
A = 重叠区域
h = 单独的平面
电源岛的两侧如果都有地平面,那么,需要计算每一侧的电容,加起来以确定总电容。
平面电容是高频时去耦合的主要方法,因此,这是所有高速设计都要采用的。在高频,分立电容的作用并不明显。
例如,考虑下面。
实例:确定FR-4绝缘材料叠层(εr = 4.5)1平方英寸面积的并联平行极板电容,隔开了4 mils。
解决方案:
h = 4mils = 1.016 * 10-4 m
εο = 自由空间的介电常数 = 8.85 * 10-12 F/m
A = 1平方英寸 = 6.4516 * 10-4 m2
把这些数值应用到上面的电容公式中,得到C = 253 pF。因此,典型FR-4电路板叠层间隔4 mils,每平方英寸的电容大约是253 pF。数值与间隔距离成线性反比,与面积成线性正比。Altera在多种电路板上成功应用了平面电容。
减小杂散电感
电源分配系统(PDS)的目的是为每一器件的电源和地焊盘提供并维持所要求的目标恒定电压。为能够高效的实现这一目标,PDS采用了电压调节器模组(VRM)、体电容和去耦合电容(Decaps),以及电源和地平面夹层结构(平面电容)。在各种瞬变的负载条件下,这些元器件能否有效的帮助维持恒定电压主要取决于它们相关的杂散电感。
作为一阶近似,VRM可以简单的建模为串联的电阻和电感,如图1所示。
图1. VRM的串联阻抗模型
在几十个KHz的低频范围内,VRM主要是电阻,具有极低的阻抗,因此,在低频时能够满足瞬时电流要求。但是,超出几十KHz之后,VRM阻抗主要是电感,无法再满足瞬变电流要求。您可以从VRM制造商那里得到VRM的ESR和ESL值,为获得最佳瞬变性能,选择较低的ESR/ESL调节器。
板上分立去耦合电容必须能够满足从几十KHz到几百MHz (最大)的低阻抗要求,这取决于电容ESR和ESL,以及电路板贴装和扩散杂散电感。即使选择了具有极低ESR和ESL规范的去耦合电容,由于杂散贴装和扩散电感会限制这些电容的作用,因此,仅有这些电容还不够。由此,设计高效的PDS时,必须仔细的减小与电路板设计相关的各种杂散电感。
贴装电感是指在PCB上贴装了电容后带来的相关串联电感。这一杂散电感增加了电容供应商公开的ESL值。可以通过选择较小的电容封装,对PCB上的电容进行适当的布板,减小贴装电感。图2显示了与PCB平面和BGA器件相关的贴装去耦合电容的横截面。
图2. 去耦合电容贴装
使用下面的公式来估算贴装电感:
Lmnt = Ltrace + Lvia
Ltrace = 128*[(2xLenpad)+Lencap]*(htop/w) pH
Lvia = 10*htop*ln(2s/D) ph
Lenpad = 电容焊盘长度加上从焊盘到过孔的走线长度(mils)
Lencap = 电容长度(mils)
w = 电容焊盘和过孔之间走线的宽度(mils)
htop = 顶层和最近的电源/地平面之间的距离(mils)
s = 电容电源过孔中心和地过孔中心之间的距离(mils)
D = 过孔外层直径(mils)
hplanes = 电源和地平面之间的距离 (mils)
b = 电容和封装电源/地过孔之间距离的一半(mils)
一般而言,为减小贴装电感,应保持电容电源和地过孔尽可能靠近相应的焊盘,使用宽连接走线和较大的过孔直径。电源和地平面对应靠近安装了电容的表面,以减小过孔电感的影响。此外,把过孔放在电容的同一侧(侧面过孔配置),而不是电容末端的对端(末端过孔配置),减小了电流环路面积,减少了穿过环路的磁通量,从而减小了电感。图3显示了各种电容布板拓扑,而表1对比了大小不同的电容各种电容布板类型的贴装电感。
图3. 各种电容布板拓扑
图4. 产生较低贴装电感的过孔布局类型
扩散电感是电源地平面对,以及从去耦合电容到目标BGA器件电源地球角之间的距离所围成的环路面积构成的电感。结果,这一电感与电源地夹层构成的平面间电容电感直接相关。下面的平面间电容部分详细解释了这一电感。
平面间电容
作为一阶分析,可以把PCB电源地平面对简单的建模为串联的电阻、电感和电容,如图5所示。注意,这一简单的模型忽略了趋肤效应和介质吸收等频率相关效应。
图5. 电源地平面夹层简化的阻抗模型
图5中的ESL一阶公式如下所示:
ESL = (μ0ohol)/w
μ0 = 自由空间的磁导率(32 pH/mil)
h = 电源和地平面之间的距离,以mils表示。
l = 电源平面长度,以英寸表示。
w = 电源平面宽度,以英寸表示。
您可以把电源地平面夹层的ESL解释为去耦合电容所看到的扩散电感,因为该电容为BGA器件提供电流。因此,从上面的ESL公式中,把去耦合电容尽可能靠近目标BGA器件放置,可以减小扩散电感(减小从电容到BGA器件的距离l)。此外,电源地夹层使用薄绝缘介质材料(减小h)和宽平面对(增大w),有助于减小去耦合电容看到的有效扩散电感。
为能够成功的设计高效的PDS,应理解会影响PDS性能的各种杂散电感。本文档解释了您在设计PDS时必须要考虑的三种杂散电感。讨论了VRM杂散电感、去耦合电容贴装电感,以及电源平面扩散电感,介绍了减小这些电感的方法。关于更详细的信息和工具,Altera还在上提供了和。
(OPDN1100) 0.5小时在线课程一种线型组网的三线制数据测量方法
  0 引言
  现场测量中,常遇到测点呈线状分布的情形,例如,输电线路,输油管道,河流沿线,城市管网等,这类监测数据有如下特点:
  (1)间隔距离各不相同。例如:石油输送管道的流量压力,监测点可1 km 一个;城市路灯损坏监测25 m一个。
  (2)对传输速率要求不高。例如:路灯是否损坏的监测,煤矿坑道倾斜度监测,可以几分钟一次,河流沿线水质,温度信息甚至可以每小时一次。
  (3)测点物理顺序可以作为监测点的逻辑次序,只要顺序检测各点的数据即可,不要求某个编号的数据单独传送。
  (4)测点数量众多,例如10 km 长的路灯监测点就有400个。
  对于这些现场常遇到的线状分布测点,如果采用总线式的组网结构,可以很好的简化布线形式,所有测点连接到总线上即可。实际上,已经有很多这类总线可供选择,例如,CAN 总线,485 总线,IEEE1394 总线,Profi-bus总线,HART 总线,甚至有自成总线的器件,如数字温度传感器DS18B20.但是这些方案都不是针对上述数据特点量身定做的,有的追求高可靠性,有的追求网络速度,还存在成本高、协议复杂、需要逐个测点编址等问题[3]。所以,本文提出了一种基于单片机构成的针对线状测点的三线制组网方案,它具有自带电源、协议简单、灵活多变等特点,可以极大简化电路设计和系统设计。
  1 系统构成及原理
  1.1 硬件构成
  1.1.1 系统总体构成
  三线制测量系统的构成图如图1所示,由一个主机和若干单元构成,三线分别定义为电源、信号、地线。主机能控制单元的供电,由开关J1 完成,它可以是继电器的硬触点,也可以是VDMOS管软触点。当主机需要采集数据时,首先闭合J1,使所有单元上电,然后通过信号线R/T来控制各个单元依次上传数据。其中1,2,&,N代表N 个测量单元。
  如果需要传送模拟信号,则要另外增加模拟信号总线,单元结构如图2所示。
  1.1.2 单元结构
  单元的内部组成,根据测量参数不同各有所异,这里给出一个倾角测量的例子,使用倾角传感器,原理图如图2所示。上电测量是自动进行的,完成后等待输入端R接受启动脉冲,然后进入本单元数据发送,这期间本单元与主机是直通的,当本单元数据传送完成后,则等待输入端的结束脉冲,然后本单元向下单元发送启动脉冲,随后本单元进入透传(或称传话筒)模式,相当于直通,主机可以跟下个单元进行通信,依次类推。
  在单元示结构意图中,还增加了2 条模拟信号线,因为倾角传感器既有数字量输出(通过SPI接口)也有模拟量输出(通过Vf端)。如果想直接采集到单元的模拟量,则增加模拟开关和模拟信号总线,当单元处于工作状态时,闭合模拟开关,把模拟量送到总线上。
  1.2 工作原理
  主机启动一次数据采集时,首先闭合开关J1,总线VCC 得电,所有单元同时上电,单元内的单片机开始工作。单元的工作分为待机、工作、透传3种模式。上电后,所有单元进入待机模式,主机先向距离最近的1#单元发出启动脉冲,1#单元由&待机&转为&工作&模式,它会启动传感器,点亮指示灯L1,表示本单元是活动的,这时,主机可以与1#单元进行直接的通信,命令1#单元的进行测量并读取数据,完毕后,主机发送结束脉冲,命令1#单元结束活动态。1#单元在向2#单元发送启动脉冲后进入透传模式。于是,收到1#发出的启动脉冲,2#单元成为活动单元,点亮指示灯L1,进入工作模式。由于1#单元的透传作用,主机可以直接跟2#单元通信,直到2#单元收到结束指令后,它启动下个单元,然后自己变成透传,这样依次类推,各个单元逐个变成活动单元,主机总是透过已经变成透传模式的单元,直接与活动单元进行通信,获取数据,直到全部单元都完成数据采集。
  因此,在整个三线制网络中,只有一个是活动单元,活动单元前面,是完成了数据采集变成透传模式的单元;在活动单元后面,是等待启动的待机单元。主机能够直接与活动单元联系,使用灵活约定的协议和速率,是本文提出三线制线状组网的一大优势。
  主机与活动单元通信时,可以直接使用单片机的串口通信模式,在数据量小的时候,约定使用较低的波特率可以获得较远的传送距离。用来启动和停止单元工作的脉冲命令,可以有2种形式:
  (1)直接使用串行通信来改变单元的工作模式,只要约定主机下发给单元的串行数据命令字即可,例如约定0X55为启动命令,0XAA为停止命令;(2)使用脉冲宽度控制,只要命令脉冲与通信波特率通信脉冲有明显区别不产生混淆就可以,例如波特率使用1 200,启动和停止脉冲使用宽度为30 ms的低电平。
  1.3 特点分析
  总结上述阐述,本文提出的三线制线状组网具有如下特点:
  (1)自带电源:三线中有一根电源线,所有单元可以直接授电;(2)功耗低:工作过程中,只有一个单元是活动的,处于待机和透传模式的单元,可以关闭所辖传感器的供电,只让单片机带电,如果使用MSP433 超低功耗单片机,100个单元的功耗也不会超过1 mA.
  (3)协议灵活:主机是通过透传单元直接与活动单元通信,允许系统搭建者使用自己约定的通信协议;(4)传送距离远:主机是通过接力与每个单元通信的,只要每个单元之间能有效传送,多个单元构成的整个系统就能正常工作。
  (5)扩展方便:当需要模式量传送时,只要再增加一条总线,每个单元增加模拟开关,活动单元把模拟开关闭合,该单元的模拟量就可以上传到总线上,送给主机。
  (6)无需单元编号:主机是顺序与各个单元建立联系的,所有单元完全一样,没有地址编号环节,适合批量生产制作。
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