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设计说明118:IR LocalTalk链路具有优越的距离和环境抑制

来源:analog 发布时间:2024-01-11

摘要: LT1319是一种灵活的通用构建模块,它包含除了光电二极管本身之外构建接收器所需的所有有源电路。

红外链路在便携式计算机、pda(个人数字助理)、台式计算机和外围设备之间的无线点对点通信中变得越来越流行。在处理这些信号以获得最小误差率和最大范围的关键因素是光电二极管接收器。接收器的功能是将调制的光电二极管电流转换成电压,并在将其转换回数字信号之前对该电压进行处理。处理包括放大、滤波、箝位和阈值。LT1319是一种灵活的通用构建模块,它包含构建接收器所需的所有有源电路,除了光电二极管本身(1)。

LocalTalk 是由Apple Computer, Inc.开发的用于硬连线外设连接的230kb,双相编码串行通信标准。红外LocalTalk使用改进的脉冲位置调制(PPM)在8.7µs长的时间框架内编码两位信息。PPM是一种通过将其值编码为脉冲在时间间隔内的位置来调制数据的方法。扩展数据链路的最大范围,同时最小化错误,IR LocalTalk改进了简单的PPM。改进是通过发送窄脉冲而不是单个脉冲来实现的。每个脉冲由一组四个125ns脉冲组成,间隔125ns。发送突发而不是单个脉冲也减少了LED占空比,允许更高的峰值电流,从而更大的范围。由于突发具有比简单脉冲更复杂的结构,数字模式识别(在数字解码器中完成)可用于提高最小可识别信号电平并拒绝假信号,从而增加链路的最大无差错范围。

与工业标准IrDA-SIR(红外数据协会串行红外)相比,IR LocalTalk串行链路提供优越的范围,数据速率和抑制环境光干扰。红外串行链路使用的频谱充满了来自阳光、电视遥控器和荧光灯的干扰。新型高效荧光灯由于其开关模式有源镇流器电路,在40kHz至80kHz频率范围内是一个重要的光干扰源。表1总结了比较IrDA-SIR和IR LocalTalk的测试结果。

表1
调制范围数据速率环境被拒绝
红外LocalTalk2米230 kbps在25cm处拒绝15W 80kHz荧光
IrDA-SIR1米115 kbps在1.1m处拒绝15W 80kHz荧光

如图1所示,时间框架被分为四个2.18ms的部分。由于IR LocalTalk的波特率固定为230kBd,因此每4.35µs传输1位信息,在完整的8.7µs帧中传输2位信息。每一帧都以一个用于同步的突发开始。帧内后续突发的位置(或缺失)对要传输的两个比特进行编码。要注意的一个重要的事情是,这个波形的占空比是相对恒定的。这一点很重要,因为接收器是交流耦合的。一个非常宽的占空比范围将使它很难选择一个好的折衷的高通中断频率。当信号转换为数字电平时,交流耦合时间常数和接收脉冲占空比之间的不匹配会导致基线偏移和误触发。


图1所示。脉冲位置编码的IR LocalTalk。

图2是LT1319和构建IR LocalTalk链接所需组件的框图。LT1319旨在在广泛的应用中发挥作用,但由于篇幅有限,本文将仅关注IR LocalTalk。低噪声(2pA/√)赫兹),由前置放大器及其相关元件组成的高带宽(7MHz)电流-电压转换器将来自外部光电二极管的反向电流转换为电压。虽然前置放大器的7MHz带宽支持4Mbit数据速率,但前置放大器输出端的低通滤波器用于将带宽减小到所需的量,以降低噪声。适当的滤波和前置放大器的低噪声允许两米或更长的链路。


图2。红外LocalTalk红外接收机。

如图2所示,电容C(F1)将前置放大器周围的交流高通环路的断开频率设置为180kHz。这个回路拒绝不必要的环境光污染,包括太阳光、白炽灯和荧光灯。

前置放大器级之后是两个独立的通道,每个通道包含一个高阻抗滤波器缓冲器,两个增益级,高通环路和一个比较器。两个通道之间的唯一区别是比较器的响应时间:25ns和60ns。对于IR LocalTalk的125ns脉冲,使用25ns比较器及其主动上拉输出。具有开路集电极输出(5k欧姆内部上拉)的低频比较器适用于更温和的速度,如1.6µs脉冲或IrDA-SIR。每个增益路径都有一个与前置放大器类似的交流耦合环路。电容C(F5)将IR LocalTalk的高通角设置为140kHz。环路在这里的附加目的是通过迫使差分增益级的直流电平为零来维持比较器的准确阈值。

由于前置放大器输出被带出,两个比较器通道的输入被缓冲,用户可以自由地通过仔细选择外部组件来构建应用程序所需的精确滤波器。R(F1)、C(F2)、C(F3)、R(F2)、C(F4)、R(F3)组成一个带通滤波器,中心频率为3.5MHz, 3dB点分别为1MHz和12MHz。加上前置放大器中的高通交流环路和前置放大器的7MHz响应,这形成了IR LocalTalk的最佳滤波器响应。

参考电路

(1) LT1319设计具有很大的灵活性,以适应刚刚出现或尚未定义的通信标准。改变外部光电二极管的能力有助于完成这项任务,允许用户为应用选择理想的光电二极管。由于同样的原因,LED发射器也在LT1319的外部。

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