הבנת שינוי דלתא ב Depth

צורת הרדמה (DM) היא טכניקת המרה אנלוגית-לעת, אשר מקודמת את אות אנלוגי על ידי הקלטה רק את הסימן של ההבדל בין דגימות רצופות.בניגוד למודולציה קוד (PCM), אשר מעדכנת כל מדגם באופן עצמאי, DM משדר מעט בודד לדגימה, המציין אם האות עלתה או הצטמצם יחסית לערך הקודם.

למרות מגבלות אלה, DM יכול להיות מופעל על ידי עיצוב זהיר.התאמה של דלה מודולציה (ADM) מתייחס מדרדרון על ידי שינוי גודל הצעד מבוסס על דפוס ה bit האחרון, ביעילות להגדיל את הטווח הדינמי והיכולת מעקב. יישומים תעשייתיים רבים משלבים ADM עם מסננים פוסט-מעבדים דיגיטליים כדי לדכא רעש גרניטארי.ה בין צעד קבוע והתאמה יעילה DM תלויה במאפיינים ספציפיים ותנאים סביבתיים, כגון טמפרטורה פשוטה, או שינוי איטי.

אתגרים ייחודיים בסביבה התעשייתית הרודש

הגדרות תעשייתיות מציגות שפע של מתחים שיכולים להתפשר על ביצועי הפחתת המידות והאמינות של דלה.הבנת האתגרים הללו היא הצעד הראשון לקראת עיצוב חזק.

צומת חשמל ואלקטרומגנטי

רצפות המפעל, תת-קרקעיות כוח, ומכונות כבדות יוצרות שדות אלקטרומגנטיים אינטנסיביים. Motors, מופנים, ציוד מתפתל, ו משדרי רדיו מזרקים רעש רחב לתוך כבלים ולוחות מעגלים.רעש זה יכול להשחית את החלטת ה-conparator במערכת DM, מה שגורם לשגיאות קטנות המתורגמות לעיוות.

מגוון רחב של טמפרטורה

סביבות תעשייתיות לעתים קרובות לחוות תנודות טמפרטורה מ -40 מעלות צלזיוס ל +85 ° C או אפילו רחב יותר. Delta Modulation מעגלים מסתמכים על רכיבים מדויקים - מחסנים, מתנגדים, ופני מתח - אשר ערכים אלה נסחפו עם טמפרטורה. ⁇ טמפרטורה על פני אותות PCB יכול לגרום לסחף שונה, ובכך מגביר את האיזון של התוספתן ו integrator.

כישוף וזעזוע

רוטט מכונות, משדרים, עיתונות, ותחבורה כפופים לסטיות אלקטרוניות לתנודות רציפה וזעזועים לסירוגין. Vibration יכול לשחרר מחברים, מפרקים מכרים, ולגרום ליצירת קשר לסירוגין בממסרים או מתגים. במערכת DM, אפילו מעגל פתוח רגעי במסלול משוב יכול לגרום ל- integrator לסחף, וכתוצאה מכך שגיאות פלט גדולות.

קונסולות ומומנטור

אבק, שמן, אדים כימיים ולחות נפוצים בהגדרות תעשייתיות.אבק מוליכים יכול ליצור נתיבים של מחסור נמוך בין עקבות, בעוד לחות יכול להוביל קורוזיה אלקטרוליטית ועיגולים קצרים.עבור מערכות DM הפועלות בסביבות כאלה, חתומות, סינון, filtration, ו קורוזיון-resistant חיבור הם חובה.

גישה מוגבלת ותחזוקה

מתקנים תעשייתיים רבים הם מרוחקים או מסוכנים (למשל, צמחים כימיים, מכרות, פלטפורמות offshore), ביצוע תחזוקה שגרתית יקר או מסוכן.מערכת A delta Modulation יש לתכנן עבור אמינות גבוהה והתאמה מינימלית. תכונות אבחון עצמי, ערוצי אדום ויציבות ארוכת טווח של רכיבים הם מטרות עיצוב מפתח.

אסטרטגיות ל- Robust Implementation

1.מגן ואדריכלות

מגן יעיל מתחיל עם המתחם: מקרה מתכתי מתמשך מבחינה חשמלית ומתחבר לאדמה.כל מגיני הכבלים צריכים להיפסק בנקודה אחת כדי להימנע לולאות קרקע, רצוי במקור האות או בכניסה לסגר.עבור אותות אנלוגיים, FLT:0twisted-pair מוגן מפני כבלים מגנים, 1LT:1 הפחתה שונה של איסוף רעש או בתוך מעגל אנלוגי (או קווי מתכת) בין שני רצפה בודדים).

דוגמה מעשית: במערכת ניטור במפעל, ה-DM מסמן קרוב לחיישן בקופסת צומת מוגן.האות הדיגיטלי מועבר דרך כבל מעוות-pair למקלט מרכזי המשתמש בסימן אות שונה (RS-485) כדי לדחות רעש משותף-מודד. סידור זה מצמצם את אורך האות האנלוגי ומבודד את הקצה האנלוגי הרגיש מהסביבה הדיגיטלית רועשת.

2.בחירתם של איכרים תעשייתיים

כל הרכיבים הפעילים והפסיביים חייבים להיות מוגדרים למגוון טמפרטורה מורחב, עמידות לרטוט, ולחיים ארוכים.עבור דגימה, לבחור מכשירים עם סחף נמוך, שיעור סלולים גבוה (כדי להתמודד עם שינויים שלב ADM), וטווח אספקה רחב יותר. Capacitors צריך להיות קרמיקה (X7R או C0G) עבור יציבות, הימנעות אלקטרוליטיקה קריטית ב- integrators קריטיים, אלא אם כן יש צורך; אם כן, אם כן, אם כן, אם כן, אם כן, שימוש גבוה, אם כן, בתנאי טמפרטורה נמוכה יותר, או חלבון CFgol (Fcfluate) עבור טיפול יעיל יותר, עדיף על מנת לקבל טיפול בטמפרטורה גבוהה יותר, עדיף על מנת לקבל טיפול בטמפרטורה גבוהה (pcflucfluate) עבור microgol).

דוגמאות של רכיבים מתאימים כוללות אנליגנו מכשירים של סדרת ADuC במדויק microcontrollers או טקסס Instruments' MSP430FR סדרה עם ADC משולב עבור יישומים בעלי כוח נמוך.עבור ה- LM311 או LTC6752 הם מועדים תעשייתיים בשל התגובה המהירה שלהם וטווח האספקה הרחב שלהם. Aller מפרקים צריך להשתמש בתהליכים הנמכרים גבוה (למשל, IPC, I.

המונחים: Signal Conditioning and Filter

לפני האות מגיע מודולטור דלה, זה חייב להיות מנוקה ומותנת. מסנן נגד דל-פס עם תדירות חיתוך רק מעל תדירות האות הגבוה ביותר מסיר רעש גבוה כי יכול לגרום שגיאות מעט. עבור סביבות קשות, מסנן RC פסיבי הוא לעתים קרובות מעדיף על מסננים פעילים עקב ספירה נמוכה יותר וחסינות רעש טוב יותר.

מסנן נוסף ניתן לבצע דיגיטלית לאחר ה- DM decoder. לדוגמה, מסנן נע או מסנן Kalman יכול להחליק את האות המשוחזר, צמצום רעש גרניט. במערכות ADM, אלגוריתם הסתגלות בגודל הצעד עצמו פועל כצורה של סינון על ידי הפקת צעדים גדולים יותר במהלך מעברי אותות וצעדים קטנים יותר במהלך גיל ההתבגרות, ביעילות להפחית את המרדר מעל רעש גרניטרית בו זמנית.

עיצוב Power Supply

(הופנה מהדף אספקת החשמל יכולה להיות מיידית לתוך הנספח ו- integrator. Use of the FLT:0) ,dropout הרגולטורים (LDOs) 1FLT:1 עם יחס אספקת חשמל גבוה (PSRR) מומלץ. בנפרד אנלוגי ומטוסי חשמל דיגיטליים, עם fer beads ו decoupling capacitors בכל IC, לעזור רעש מקומי עבור סוללות מרוחקות או מפולת, באמצעות מפולת של כוח.

תיקון שגיאות ותיקון שגיאות

במערכות DM מודרניות רבות, הקידוד והדה-ההה מבוצעות בקושחה על מיקרובקר או FPGA.זה מאפשר זיהוי שגיאות מתוחכמת ותיקון.לדוגמה, המקלט יכול לפקח על זרם הקטן של דפוסים אטומיים (למשל, ריצות ארוכות של פיסות זהות שעולים על מדרון השגיאה והתיקון הצפוי ביותר) ולהפוך לאחזור או להתאמה מחדש של הגרסאות של ה-repertialization של ה-repertrepertreativeing inteerativeer inteer inteerativelyer.

טכניקה נוספת היא להטמיע parity או CRC ביט לתוך זרם הנתונים (באמצעות שיעור דגימה גבוה יותר מהנדרש) כדי לזהות שגיאות שידור. בעוד DM הוא מטבעו זרם חד-ביט אחד, פרוטוקול ברמה גבוהה יותר יכול לחלק מספר DM ביטים לתוך חבילות עם בדיקת שגיאות.זה שימושי במיוחד כאשר הנתונים מועברים על כבלים ארוכים או קישורים אלחוטיים כפופים להפרעה.

שיקולים לטווח ארוך

ניהול ארס

למרות שעיגולי DM הם כוח נמוך, עלייה בטמפרטורות בתוך המתחם החתום עדיין יכולה עדיין להדגיש רכיבים.שימוש באמצעים תרמיים, תנורי חום על הרגולטורים, ומחזור אוויר מאולץ (שם מותר) מרחיבה את חיי הרכיב.עבור סביבות חיצוניות או גבוהות, לבחור אולמות עם IP66 או דירוג גבוה יותר, ולבחון קירור פעיל אם טמפרטורות מסובכות מעל 60 מעלות צלזיוס.

הנחיות PCBout

PCB מעוצב היטב הוא קריטי.חלקים אנלוגיים ודיגיטליים עם מטלית ברורה או פיצול קרקע. שמור אותות דיגיטליים במהירות גבוהה הרחק מ קלטות אנלוגיות. השתמש במטוסי קרקע כדי לספק נתיבי החזרה דלת חינוך נמוך.עבור ה- integrator capacitor, להציב אותו קרוב ל- Op-amp ולהימנע מ- routing עקבות אחרים ליד זה כדי למזער capacitance parasitic.

רדיפת וסבלנות

עבור יישומים קריטיים המשימה, ליישם ערוצי DM אדומים. מעגל הצבעה (או לוגיקה קושחה) יכול להשוות פלטים ולבחור את הערך החציוני, מחיקת החוצה טרייר הנגרמים על ידי תקלות טרנסיות. גישה זו נפוצה באווירה ניטור צמחי גרעיני שבו כישלונות חד-נקודות אינם מתקבלים על הדעת.בנוסף, זמניים במבחנים עצמיים בנויים (ISTB) יכולים להזריק אותות ידועים ולוודא את המערכת, דוחות לפני שהם גורמים לשיבושים.

בדיקה ואימות בתנאי תעשייה

סימולציה עיצובית לבדה אינה מספקת.בדיקות מעבדה חייבות לשכפל את המתח הסביבתי: רכיבה על אופניים בין -40 מעלות צלזיוס ו- +85 ° C עם מעברים מהירים, פרופילי רטט מחקים מכונות (sinusoidal ו אקראי), ובדיקות אלקטרומגנטיות לחסינות קרינה אלקטרומגנטית ל- IEC 61000-4-3.עבור סחף , השתמש במדד IEC 61000-4-6.F:0Environal Stress (S) מסייעות לאבחון של מתח גבוה של מחלות חום (F) זיהוי של מחלות חום לתינוקות (R) ב-125 שעות).

בתחום, ניטור רציף של פרמטרים מרכזיים (למשל, מתח פלט אינגרה, שיעור שגיאות bit) מספק התראה מוקדמת של השפלה.כמה פרוטוקולים תעשייתיים, כגון HART, מאפשרים אבחון להיות מועבר לצד תהליך משתנה, המאפשר תחזוקה חיזוי.

דוגמא מעשית: ניטור ויברציה על משאבה

שקול מערכת מודולציה דלתא מותקנת על משאבה תעשייתית עבור ניטור רטט.החיישנים הוא accelerometer עם טווח תדירות של 10 הרץ עד 5 kHz. הסביבה הקשה כוללת טמפרטורה 70 מעלות צלזיוס, רטט עד 10 גרם, וחשיפה לערפל שמן.

  • (FLT:0)Sensor ממשק: FLT:1 A low-noise מטען עם מסנן של 4th-order Butterworth Anti-aliasing להגדיר ב 5 kHz.
  • (FLT:0)Delta Modulator: FLT:1 , גודל הסתגלותי המיושם ב-FPGA כדי להתמודד עם מגוון דינמי רחב של תקלות נושא (בעיות בלתי מוגבלות יש קטן, פגמים מתקדמים גדול amplitude).
  • (ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) ,Enclosure: 1FLT:1 קופסא אלומיניום IP67 עם בלוטות כבל חתומות ו- PCB מצופה.
  • אספקת חשמל:0 (FLT:1 Wide-input 8-36 VDC LDO עם 50 מיקרוV ripple.
  • (FLT:0) אבחון-דיגנוסטים: ⁇ F1) FPGA מזרקת טון מבחן ידוע 1 kHz כל שעה, ובודקת את האות המשוחזר לשגיאות שלב ושגיאות שלב.

ניסויים בשטח הראו כי מערכת כזו שומרת על עיוות הרמוני של פחות מ-1% על טווח טמפרטורה של -20 מעלות צלזיוס ל- +80 מעלות צלזיוס, עם זמן ממוצע בין כישלונות (MTBF) מעל 50,000 שעות.

מסקנה

צורת דלתא, בעוד פשוטה בתפיסה, ניתן להנדס כדי לבצע באופן אמין בסביבות תעשייתיות התובעניות ביותר.הצלחה מסתמכת על שילוב של בחירה זו של רכיב זהיר, הגנה וקרקע, מיזוג אותות מתקדמים ואלגוריתמים קושחה אינטליגנטיים.האסטרטגיות המתוארות - גודל צעד מכריע, שידור מבודד, ציפוי רצף, ערוצי תחזוקה כוונון, ובדיקה קפדנית - לספק מסגרת מקיפה עבור מהנדסים.