ZHCADP8A January 2024 – July 2024 TMUX7308F , TMUX7309F , TMUX7348F , TMUX7349F , TMUX7411F , TMUX7412F , TMUX7413F , TMUX7436F , TMUX7462F
3 EFT 突發(fā)測(cè)試的系統(tǒng)級(jí)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試程序和結(jié)果
在本實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中，5kHz、5% 占空比信號(hào)作為模擬 EFT 突發(fā)發(fā)送到線路上。由于實(shí)驗(yàn)室波形發(fā)生器的限制，該測(cè)試僅著眼于針對(duì)在信號(hào)線上鉗位 TVS 二極管后產(chǎn)生的電壓的保護(hù)。雖然本實(shí)驗(yàn)中未使用 TVS 二極管，但請(qǐng)注意，器件的 OVP 特性會(huì)阻止故障保護(hù)多路復(fù)用器可接受輸入范圍 (±60V) 內(nèi)的任何鉗位電壓，并提供 EFT 突發(fā)保護(hù)。其他限制包括：需要根據(jù)測(cè)試期間的供貨情況選擇無(wú)源器件；在 PLC 通信系統(tǒng)中，當(dāng)突發(fā)脈沖發(fā)送到導(dǎo)線屏蔽層時(shí)，需要使用交流電容器來替代電容耦合。
圖 3-1 EFT 突發(fā)測(cè)試設(shè)置圖 3-1 顯示了使用 XTR300 放大器在 Vout 模式下向模擬信號(hào)線發(fā)送 10V 電壓時(shí)，此 EFT 突發(fā)測(cè)試的設(shè)置。首先，RC 負(fù)載為放大器提供穩(wěn)定性，并在多路復(fù)用器開關(guān)期間保持線路上的 10V 信號(hào)。RC 負(fù)載代表模擬輸出模塊的一部分。
該開關(guān)的恢復(fù)時(shí)間要比 EFT 突發(fā)脈沖的間隔時(shí)間短，從而阻止鏈路放電。如果此器件的故障恢復(fù)時(shí)間超過脈沖的間隔時(shí)間，則開關(guān)保持開路狀態(tài)，并且不會(huì)重新連接信號(hào)線，以避免導(dǎo)致信號(hào)鏈路線上的電壓損失。這會(huì)導(dǎo)致模擬輸入和輸出模塊之間的通信出現(xiàn)故障。
典型的 PLC 系統(tǒng) RC 負(fù)載范圍為 1nf 至 10nf 和 100kΩ 至 1MΩ。因此，我們可以看到系統(tǒng) RC 時(shí)間常數(shù)的范圍為 100us 至 10,000us。這些時(shí)間常數(shù)表示信號(hào)鏈路放電所需的時(shí)間。這意味著開關(guān)能夠更快地恢復(fù)并在信號(hào)能夠在線路上放電之前為信號(hào)再充電，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè) 10V 的一致信號(hào)鏈路，在 EFT 突發(fā)期間幾乎看不到任何信號(hào)衰減。
模擬輸出模塊的下一部分是低通濾波器，其作用是在 EFT 突發(fā)信號(hào)到達(dá) ADC 輸入之前提供保護(hù)/平滑處理。這款低通濾波器是 PLC 保護(hù)方案的另一個(gè)重要部分，可以直接設(shè)計(jì)，也可以集成在一些 ADC 內(nèi)部。預(yù)期的行為是鏈路不會(huì)中斷，并且允許在系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員指定的范圍內(nèi)更改線路上的值。圖 3-2 顯示了 EFT 突發(fā)測(cè)試設(shè)置及探頭位置。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)槲覀兛梢允褂?TI 的故障保護(hù)多路復(fù)用器了解系統(tǒng)的行為。
圖 3-2 EFT 突發(fā)測(cè)試設(shè)置和探頭位置以下圖像展示了 EFT 突發(fā)測(cè)試的波形。觀察 TMUX7462F 的圖像（圖 3-3 和圖 3-4），可以看到故障保護(hù)多路復(fù)用器按預(yù)期運(yùn)行，并且在突發(fā)脈沖之間快速重新連接信號(hào)線，可實(shí)現(xiàn)從多路復(fù)用器的漏極引腳向低通濾波器發(fā)送連續(xù) 10V 信號(hào)。淺藍(lán)色線與紫色線之間的差異稱為失調(diào)電壓，這是由低通濾波器使 EFT 突發(fā)平滑的結(jié)果。
圖 3-3 5kHz 仿真 EFT 突發(fā)測(cè)試 TMUX7462F 放大圖
圖 3-4 TMUX7462F 縮小圖觀察 TMUX7309F（圖 3-5 和圖 3-6）時(shí)，可以看到系統(tǒng)如何按預(yù)期運(yùn)行，并且在突發(fā)脈沖之間快速重新連接信號(hào)鏈路可實(shí)現(xiàn)持續(xù)不間斷的通信。TMUX7309F 測(cè)試期間的失調(diào)電壓誤差與 TMUX7462F 測(cè)試類似。請(qǐng)注意，當(dāng)完成 EFT 突發(fā)測(cè)試時(shí)，兩個(gè)器件都將放大器信號(hào)從漏極傳遞到源極而不會(huì)中斷。
圖 3-5 5kHz 仿真 EFT 突發(fā)測(cè)試 TMUX7309F 放大圖
圖 3-6 TMUX7309F 縮小圖表 3-1 顯示了有關(guān)兩種系統(tǒng)設(shè)置的失調(diào)電壓的更多信息。
| TMUX7309F | TMUX7462F | |
|---|---|---|
| 突發(fā)測(cè)試偏移測(cè)量 (5kHz) | 0.94V | 0.9V |
此外，圖 3-7 顯示了在 TMUX7462F 上執(zhí)行 100kHz 仿真 EFT 突發(fā)測(cè)試。請(qǐng)注意，此測(cè)試具有與之前的 5kHz 測(cè)試相同的設(shè)置和探頭位置。由于兩項(xiàng)測(cè)試具有相同的占空比，因此誤差非常類似。這張放大的圖片顯示了開關(guān)何時(shí)重新連接并在大約 5us 后使鏈路恢復(fù)到穩(wěn)壓狀態(tài)。
圖 3-7 100kHz 仿真 EFT 突發(fā)測(cè)試 TMUX7462F最后，失調(diào)電壓（淺藍(lán)色線和紫色線之間的差異）來自 EFT 突發(fā)信號(hào)，該信號(hào)在線路上注入能量，顯示為即使在低通濾波器之后也是增加的直流值。預(yù)期失調(diào)電壓基于施加到信號(hào)線上的 EFT 突發(fā)信號(hào)的占空比。
要了解失調(diào)電壓的原因以及如何使用標(biāo)準(zhǔn) EFT 突發(fā)曲線減小該電壓，我們可以查看以下示例。如果我們?cè)?10V 信號(hào)線上發(fā)送 0V 到 18V 和 5% 占空比的信號(hào)來模擬 EFT 突發(fā)，我們會(huì)看到線路上大約增加了 0.9V (18*0.05)，并在模擬輸出或低通濾波器的輸出上顯示為誤差。若要查看在采用標(biāo)準(zhǔn)突發(fā)曲線進(jìn)行 EFT 突發(fā)測(cè)試期間線路上的注入電壓，請(qǐng)按照以下方法操作。
- 首先，求出 EFT 突發(fā)信號(hào)的占空比（圖 1-2 和圖 1-3）。
- 100kHz EFT 突發(fā)的脈沖間隔時(shí)間 (TP) = 10us，5kHz EFT 突發(fā)測(cè)試的脈沖間隔時(shí)間 (TP) 為 200us，脈沖持續(xù)時(shí)間 (tp)= 50ns
- 接下來，求出在突發(fā)數(shù)據(jù)包中發(fā)送 EFT 突發(fā)信號(hào)的占空比，如（圖 1-3）“測(cè)試重復(fù)時(shí)間”中所述。
- EFT 突發(fā)的占空比 = 50ns/10us = 0.5%，突發(fā)數(shù)據(jù)包占空比 = 0.75ms/300ms = 0.25%（100kHz 測(cè)試）
- EFT 突發(fā)的占空比 = 50ns/200us = 0.025%，突發(fā)數(shù)據(jù)包占空比 = 15ms/300ms = 5%（5kHz 測(cè)試）
- 最后，乘以不同的占空比，看看標(biāo)準(zhǔn) EFT 突發(fā)曲線會(huì)引入哪些誤差。
- 標(biāo)準(zhǔn) EFT 突發(fā)信號(hào)的占空比
- 100kHz 測(cè)試 = 0.5% * 0.25% = 0.00125%
- 5kHz 測(cè)試 = 0.025% * 5% = 0.00125%
因此，如果 18V 是 EFT 突發(fā)信號(hào)的峰值電壓，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以看到在 10V 信號(hào)線上增加了 (18 x 0.00125% = 0.000225V)，即 0.225mV。如果我們將該誤差與客戶設(shè)計(jì)通常可接受的誤差（1% 至 2%）進(jìn)行比較，可以看到，0.225mV 可提供比客戶允許的 100mV 至 200mV 誤差更好的性能。
請(qǐng)注意，故障保護(hù)多路復(fù)用器本身不會(huì)引入失調(diào)電壓誤差，本報(bào)告中的 PLC 通信系統(tǒng)符合性能標(biāo)準(zhǔn) A 性能處于規(guī)格范圍內(nèi)，因?yàn)樵黾拥?EFT 突發(fā)信號(hào)誤差對(duì)于客戶應(yīng)用來說是可以接受的。