Problemas de sincronización con la señal de datos aislada ópticamente

He estado trabajando en un sistema que requiere transmisión de datos entre dos dispositivos alimentados por suministros separados. He basado mi diseño en la especificación de hardware MIDI, ya que me siento cómodo trabajando con esa configuración y la he implementado con éxito en otras áreas.

Sin embargo, estoy experimentando algunos problemas de tiempo extraños con este último diseño y parece que no puedo localizar el problema. La siguiente captura de pantalla muestra la entrada de datos (azul) y la salida aislada (rojo). La frecuencia de transmisión se ha reducido de 200 kHz a 30 kHz para intentar ayudar a la depuración:

Transmisión de datos aislados

Los niveles alto (1) y bajo (0) son como esperaba, pero no puedo entender de dónde viene el problema de tiempo o el "retraso". La parte descendente de la señal siempre se retrasa alrededor de 25 uS.

Estoy usando un optoaislador ACPL-247. Pero creo que el problema es más probable en la parte 2N3904 del circuito, ya que no he encontrado este problema en usos anteriores del mismo IC de optoaislador. Ejemplo de circuito a continuación:

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Gracias por leer, ¡cualquier consejo o sugerencia de literatura relevante será muy apreciada!

¿Tiene un rastro de la señal en la base de la NPN? intente aumentar RC1 a 10k y RI a 1k
Tener fuentes de alimentación separadas no significa necesariamente que necesite aislamiento en su señal de datos. ¿Hay alguna razón por la que los dos sistemas no puedan tener un terreno común?
@ThePhoton, es un sistema de señal mixta y me esfuerzo por eliminar la mayor cantidad posible de ruido digital del plano de tierra analógico.
@TomWilson, su circuito aún cambia 5 mA (al menos) a través de S_GND. Si desea reducir el ruido en tierra analógica, no debe usar el control PWM.
@ThePhoton, ¿qué alternativas podría sugerir? ¿O hay algún documento que recomendaría leer? Gracias, Tom.

Respuestas (2)

En cuanto a la hoja de datos de ACPL-247, el tiempo de inactividad suele ser de 40us. Por lo tanto, el aislador generalmente tarda 40 us en apagarse, en su configuración es más rápido y solo toma 25 us para disparar el BJT. Tenga en cuenta que no lo ve a tiempo porque se especifica 2us, aunque a 200 khz creo que aparecería... Entonces, ¿tiene una forma de onda de 200 khz?

Pruebe con otro aislador, estoy 99% seguro de que uno mejor resolverá su problema. Si realmente necesita 200 khz, considere algo con aislamiento galvánico o un aislador diseñado para señales lógicas digitales.

Vea la captura de pantalla a continuación para ver el resumen de la hoja de datos...

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Creo que estás justo aquí. La señal está a 30kHz, lo que explicaría por qué el 'tiempo de encendido' parece relativamente instantáneo en comparación con el tiempo de 40uS. Examinaré algunos aisladores capacitivos o galvánicos que están diseñados para una transmisión más rápida. ¿Podría recomendar algún circuito integrado? Gracias, Tom.
Ecnerwal cubrió algunas opciones en su publicación, he usado aisladores ópticos de alta velocidad y acoplados galvánicamente (esos se vuelven caros). En cuanto a Digikey, tienen ~1k partes clasificadas como "aisladores digitales" con menos de 1us Ton y Toff ( digikey.com/product-search/… ). De lo contrario, tienen ~ 500 "aisladores ópticos" de alta velocidad similares a lo que está haciendo con colector abierto, etc.

En su mayoría respondiendo al comentario: no tiene que usar un aislador no óptico, solo necesita usar un opto que sea de alta velocidad, que normalmente estará construido sobre un fotodiodo y un amplificador, en lugar de un fototransistor. Los fototransistores son más lentos que la muerte en comparación con los fotodiodos, según mi experiencia.

Una mirada rápida a algunas partes sugiere que es posible que también deba aceptar la inversión de salida; o posiblemente no, dependiendo de lo que realmente necesites. Si los estoy leyendo bien, todos estos optos tienen apagados del orden de 20-150 nanosegundos. Ninguna recomendación en particular, no asociada de ninguna manera, solo buscando cuánto mejor podría obtener mientras se queda con optos.

Buscando optos de alta velocidad surgen muchos resultados. Aquí hay algunos. https://www.fairchildsemi.com/application-notes/AN/AN-3012.pdf o http://www.avagotech.com/products/optocouplers/industrial-plastic/digital-optocouplers/high-speed-cmos/ hcpl-0723 o http://www.mouser.com/ds/2/408/TLP117_datasheet_en_20140901-739140.pdf

Editar, agregar: otro enfoque que se me ocurre sería usar un transmisor/receptor de fibra óptica de plástico TOSlink, que se especifica para una velocidad de datos de CC a 10 Mb/s y permitiría una mayor separación física de las cosas que está tratando de aislar sin volverse loco y sacar SFPs y fibra de vidrio. No tan rápido como el más rápido de los optos anteriores, pero posiblemente bastante rápido para su aplicación real.

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