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ラインドライバ出力をフォトカプラでIsolate

LinuxCNCで使うMesaAnything I/O CardsのDサブ25ピンのドーターカードである、7I85Sがラインドライバ入出力であったため、I/Oドーターカードから先、どうしようかと思い検索してたら、オリエンタルモーターの「オープンコレクタとラインドライバの違いってなんですか?」とゆうページに辿り着きました。

産業用に使われるStep/Dirのパルス列制御で使われるモータードライバの多くは、オープンコレクタや、ラインドライバ入力に対応しています。オープンコレクタ出力は、機器間での、電源電圧の違いを吸収出来たりと良い所はあるのですが、やはり差動入出力の方が断然にノイズに強く信頼性が有ります。

基本的にラインドライバ入出力はRS422の規格に準じており、使い方により相当な距離の信号の転送が可能です。
また、少々規格自体が違いますが、USBやLANの信号転送も差動入出力です。

今回は、AM26LS31、AM26LV31等のRS422準拠のラインドライバICの差動出力を使い、6N137とゆう割と安価で高速でロジック出力なフォトカプラの入力LED側の駆動をしてみました。

やさしい データ転送基礎講座5.絶縁とそのドライバ/レシーバのページの記述によると、差動の信号は平衡といい、ラインドライバの差動出力をフォトカプラで受ける事は厳密には擬似平衡 回路とゆうようです。
このページの[図.17] 両側絶縁と片側絶縁の図、(b)のように、フォトカプラと対抗させて電源が反転した時にフォトカプラを破損させないように対としてダイオード1N4148を入れ、抵抗も必要な抵抗値を半分とし、上下にひとつづつ取り付け、抵抗値は上下に120Ωで240Ωと120Ωを並列にし60Ωとしたものを上下に120Ωとしたものを試してみました。

この抵抗値、AM26LS31のデータシートにはHighレベル出力電圧は最低値しか書いて無く、また、AM26LV31のデータシートには一応typicalは載っているのですが、出力電流によって変動しそうなので、一応電源電圧以上になならないであろうとゆう憶測^^;で抵抗値を算出してみました。
データシート上では100Ω程度の終端抵抗を使用した時を基準としているようです。


6N137のデータシートに載っているRLは1kΩ、パスコンは0.1μFを使いました。


差動出力の出力信号のみで、グランドはフォトカプラのLED部分には繋いでませんが出力を確認しました。
シグナルグランドをフォトカプラの出力側に繋いでいないとゆうことで、ラインドライバ出力、フォトカプラのLED側の入力を入替えることで、ロジックの反転が可能です。
また、NCコントローラー、パルスジェネレータ側が3.3Vでモータードライバ側に5V欲しい、、、とゆうような時でも、フォトカプラ側の電流制限抵抗を入替えることによりロジックレベル変換も容易です。逆に、NCコントローラー側への信号入力時などには、差動ドライバは使用せず、フォトカプラだけを使用して入力電圧に合ったフォトカプラのLED入力側の電流制限抵抗を使用することによってロジックレベル変換が可能です。

もちろんフォトカプラを使うことによって信号の遅延も起きますが、オシロスコープで見た感じ100nS程度。
全てのモータードライブ用の信号にフォトカプラを使用すると全体的に同じように遅延するので、問題ないレベルだと思います。

もし、モータードライバへの信号を長く取るような場合、差動信号をツイストペアとなる信号線を使うとよりノイズに強くなると思います。

通常、モータードライバの電源電圧はモーションコントローラーや、パルスジェネレーター等の電源電圧より高いはずなので、フォトカプラ等で絶縁しておくと万が一の時にPC、モーションコントローラー、パルスジェネレーターを保護してくれます。また、絶縁することでカレントループを小さく、、。

DiffdrivePhotoCuppler.jpg

こうゆう保護回路的なもの、色々とコストアップに繋がるので最近のオープンソース系のモノには付いていない場合が多いですが、差動転送や、絶縁などなど、時と場合によってはとても重要になることも有ります。




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たぶん記事は一般的な人には殆ど必要のない事ばかりなの、かも。

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