Método para enviar múltiples (16) canales de señal modulada por ciclo de trabajo a distancias medias y largas

Problema

¿Cuál es el mejor método o solución estándar de la industria para transmitir múltiples canales (13 señales, 3 de tierra) de señales moduladas cíclicas hasta 25 pies? Los datos serán transmitidos por una computadora (BeagleBone Black) y recibidos por un Panel LED a 5V y 800kHz y las señales son moduladas por ciclo de trabajo , con un 0 de 250 ns de largo y un 1 de 600 ns de largo, y 1250 ns entre pedacitos La comunicación es unidireccional - BeagleBone Black a panel LED - y habrá 4 longitudes de ~25 pies. La solución propuesta debería leer la señal de 16 canales del cable plano BeagleBone Black, transmitir la señal ~25 pies y convertir la señal nuevamente en el cable plano de 16 canales para que la consuma la placa LED.

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Fondo

Estoy construyendo una pantalla LED usando un BeagleBone Black que ejecuta el software LEDScape de código abierto para que una escuela local lo use con fines educativos. Los paneles LED utilizan señales moduladas de ciclo de trabajo de 800 kHz . Actualmente, durante el desarrollo, BeagleBone Black se comunica con los paneles LED (16 paneles) a través de cables planos de 6 pulgadas y 16 canales. Esto funciona muy bien para el desarrollo, pero necesito montar las pantallas LED en 4 lugares diferentes alrededor de una habitación a un máximo de 25 pies de distancia del BeagleBone Black. La solución de cable plano no puede escalar a los 25 pies requeridos. (En cada una de las 4 ubicaciones, habrá cadenas de 4 paneles; las cadenas están lo suficientemente cerca como para usar los cables planos de 6 pulgadas).

La imagen a continuación es el estado actual, pero los 4 conjuntos de 4 paneles deben distribuirse en esquinas separadas de una habitación.

Imagen de la pantalla LED de trabajo en curso

Dirige

En mi investigación, descubrí varias pistas útiles de la comunidad. Éstas incluyen:

  • Uso de cables CAT5e/6 : en determinadas implementaciones del software LEDScape (con menos canales de datos), se utilizan varios cables Ethernet. Me gusta esta idea, pero usan el chip MAX3040 . Usando este chip, la cantidad de chips y pares trenzados se sumará rápidamente para transmitir los 16 canales.
  • Bus Buffers : este artículo de hackaday (si lo interpreto correctamente) sugiere usar un chip como el P82B96 para habilitar una mayor capacitancia y un voltaje aumentado. Este está en la parte superior de mi lista, pero me gustaría preguntarle a la comunidad si hay chips populares que tengan más de 1 canal para reducir la complejidad y el precio. (Solo necesito transmitir datos, no recibir, de los paneles LED)
  • Búferes de bus diferenciales : el mismo artículo de Hackaday sugiere usar un chip como el PCA9615 para codificar los datos en pares diferenciales. La razón por la que (todavía) no he seleccionado esta solución es el nivel de esfuerzo (y costo) que se requerirá para instalar 4 pares de chips transceptor-receptor, cada uno con 16 pares diferenciales (32 cables).

Restricciones

  • Debido a las especificaciones del panel LED, los datos deben transmitirse a 800 kHz.
  • Debido al proyecto de aficionado, me gustaría usar chips que están disponibles en formato DIP para poder usarlos con una placa de pruebas.
  • Debido a que este es un esfuerzo voluntario y puede reproducirse cuando publique las instrucciones de compilación, me gustaría que la solución priorice la asequibilidad (~ $ 100- $ 200). Menos es mejor.

Haré todo lo posible para responder cualquier pregunta, pero tenga en cuenta que mi experiencia es en software y algunas preguntas de EE pueden pasar por alto. Gracias de antemano por cualquier ayuda.

Sugeriría un ejemplo de LVDS: DS92LV040A de 4 canales y, por lo tanto, un par para el puente LED.

Respuestas (1)

Primero aclaremos la terminología. Existen enlaces físicos entre dispositivos, es decir, líneas de comunicación. Y hay canales de comunicación lógicos . Un enlace físico (por ejemplo, bus RS-485) puede admitir múltiples canales de comunicación, sin embargo, compartirán el ancho de banda del enlace.

Lo que esto significa es que no puede transmitir datos diferentes a varios receptores simultáneamente. Y su aplicación en particular no se amplía para dividir el tiempo, ya que requiere un flujo de datos prácticamente continuo para que PWM sea efectivo.

Por lo tanto, si desea controlar todos sus paneles desde un escudo, la única opción es encontrar un enlace físico adecuado que pueda entregar 13 bits de datos paralelos a 800 KHz a más de 25 pies. Los chips LVDS se pueden usar para esto, como sugirió @Umar. Algo así como SN65LVDM1677 , que te da 16 líneas diferenciales. CAT5e/6 admite 4, por lo que debe conectar 4 cables a cada panel. Un poco engorroso pero fácil de implementar con solo unas pocas partes.

Una segunda opción es serializar 13 bits de datos usando algo como DS92LV16 y enviarlos a través de un solo par trenzado. De esta manera, solo necesita un cable CAT5e por panel LCD. De hecho, puede montar dos conectores RJ45 interconectados en cada PCB serializador y conectar en cadena hasta 4 paneles con un cable, cada panel recibe la entrada de un par trenzado. En mi opinión, esta es la opción más simple.

Finalmente, un enfoque algo más complejo es crear canales de comunicación lógicos y, en lugar de pasar una señal PWM de gran ancho de banda, transmitir solo datos gráficos en formato RGB. Esto requiere que tenga MCU como su BeagleBone en cada ubicación del panel. La MCU se conectará al panel con un cable plano como en su configuración de desarrollo actual. Estas MCU se conectarán en red con una MCU "maestra" que les indicará qué mostrar.

Con BeagleBone tiene una amplia selección de opciones de red. Sugiero usar CAN incorporado, pero también se pueden usar otras interfaces de bus con chips extensores adecuados (como en los artículos de sus enlaces).

Gracias por la respuesta completa y la aclaración de la terminología. Revisé sus sugerencias y creo que su sugerencia del SN65LVDM1677 funcionará perfectamente bien. Diseñaré una placa que facilite el cambio entre TX y RX, según el lado del enlace. Una pregunta para usted: 3 de los 16 canales están conectados a tierra: ¿deberían pasar por alto el chip o debería tratarlos como canales de comunicación lógicos (enviar la señal a través del chip) también?
La tierra debe ir directamente al cable. Es la misma tierra que se conecta a los pines Gnd en los chips. Sugiero usar un par trenzado en 3 de 4 cables para esto. No debe tratarlos como conexiones a tierra separadas; de hecho, es mejor conectarlos todos juntos junto a las tomas. Otra opción es usar uno de esos 3 pares trenzados para suministrar +5V a los chips del lado del panel, ya que no hay alimentación en el cable plano y no es recomendable tener un chip encendido mientras que el chip del otro lado no. tener energía (si el suministro del panel no está enchufado)
¿Puedo preguntar por qué se decidió en contra de SerDes? Habría simplificado mucho el cableado. Además, tengo curiosidad por saber cómo se envían los datos a los paneles encadenados. La documentación en su enlace dice que es posible pero no brinda información sobre cómo, y dice que la biblioteca no lo admite.
Si bien aún no me he comprometido, me inclino por la solución de chip LVD simplemente porque es potencialmente más fácil de depurar. Para mí, el costo/desorden de algunas tiradas adicionales de cable CAT bien vale la capacidad de comprender realmente lo que sucede dentro del chip. Con una tecnología con la que no estoy 100 % seguro, me gusta la idea de poder mover lentamente canales de datos del cable plano al cable CAT mientras observo los cambios. Si hubiera trabajado antes con los chips SerDes y supiera que funcionaría de inmediato con estos paneles, sin duda lo elegiría.
Método para enviar múltiples (16) canales de señal modulada por ciclo de trabajo a distancias medias y largas
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