Belirti: Kare dalgada basamaklar veya ara seviyeler — kısa devre kanallar ve sürücü çakışması

Kare dalgadaki bir basamak genellikle birbirine kısa devre olmuş iki çıkış veya birbiriyle çatışan iki push-pull sürücüden kaynaklanır; ara seviye çıkış direnci gerilim bölücüsüyle belirlenir: V_mid ≈ V_H·R_L/(R_H + R_L). Bu makale basamak seviyesi ile çıkış empedansı arasındaki ilişkiyi türetir, basamağın neden diğer kanalın anahtarlandığı yerde göründüğünü açıklar ve kanal kanal ölçüm adımları ile diski dışlama ölçütlerini verir.

Osiloskopta enkoderin A kanalı kare dalgasının yüksek seviyesi düz bir çizgi değil: ilk yarısı yalnızca 2–4 V, ancak ikinci yarısı 5 V’a ulaşıyor; düşük seviye de biraz yükselmiş. Basamak her periyotta sabit bir konumda görünüyor. Bazıları kirli bir kod diskinden veya arızalı bir okuma kafasından şüphelenir, ama bir disk dijital bir çıkışa asla ara seviye koyamaz. Bu tür basamaklar neredeyse her zaman elektrikseldir: birbirine kısa devre olmuş iki çıkış ya da aynı tele bağlanmış iki sürücü. Bu makale basamak seviyesini çıkış direnci gerilim bölücüsünden hesaplar, neden tam olarak diğer kanal anahtarlandığında göründüğünü açıklar ve ardından kanal kanal bir arıza arama yöntemi verir.

Şekil 1 – Push-pull çıkışlar A ve B arasındaki kısa devre direnci R_s 1 kΩ’dan 1 Ω’a düşüyor: A dalga biçimi B’nin anahtarlandığı yerde bir basamak gösteriyor, R_s ne kadar küçükse basamak o kadar derin, sonunda A ve B aynı ara seviyeye çekiliyor (örnek parametreler).

Model: çıkış direnci gerilim bölücüsü

Bir push-pull çıkış katı Thévenin eşdeğeriyle gösterilebilir: çıkış yüksekken üst transistörün iletim direnci R_H ile seri V_H beslemesi; düşükken alt transistörün iletim direnci R_L ile seri topraktır. A ve B kanalları arasında bir kısa devre direnci R_s vardır (hasarlı iletken yalıtımı, köprülenmiş konnektör pinleri, lehim köprüsü).

İki kanal da yüksek veya ikisi de düşükken R_s’den akım geçmez ve seviyeler normaldir. A yüksek ve B düşükken akım A’nın üst transistöründen R_s üzerinden B’nin alt transistörüne akar:

V_A = V_H·(R_s + R_L)/(R_H + R_s + R_L), V_B = V_H·R_L/(R_H + R_s + R_L)

R_s → 0 iken ikisi de V_mid = V_H·R_L/(R_H + R_L) değerine yaklaşır.

Örnek (varsayım): 5 V push-pull, R_H = 30 Ω, R_L = 15 Ω. Doğrudan kısa devrede V_mid ≈ 1,67 V, tam olarak bir TTL girişinin 0,8–2,0 V tanımsız bölgesinde; dolayısıyla alıcı rastgele yüksek veya düşük karar verebilir; akım yaklaşık 111 mA’dır, bu yüzden sürücülerin çoğu akım sınırlamaya girer ve seviye bu durumda direnç bölücüsüyle değil akım sınırıyla belirlenir. R_s = 100 Ω ile A’nın yüksek seviyesi 5 V’tan 3,97 V’a düşer ve A’nın düşük seviyesi 0,52 V’a çıkar; alıcı hâlâ doğru okur, ancak gürültü payı belirgin biçimde azalır (Şekil 2, sol).

Aynı tele bağlanmış iki push-pull sürücü (sürücü çakışması), R_s ≈ 0 olan ve her sürücünün kendi başına anahtarlandığı aynı devredir: biri yüksek, diğeri düşükken hat seviyesi V_mid yakınına düşer; buna yüksek akım ve ısınma eşlik eder.

Basamak neden diğer kanalın anahtarlandığı yerde

A ve B arasında 90° elektriksel açı vardır, bu yüzden B, A’nın her yüksek yarım periyodunda tam bir kez anahtarlanır. İlk 90° “A yüksek, B düşük"tür: akım akar ve seviye aşağı çekilir; sonraki 90° “A yüksek, B yüksek"tir: akım yoktur, seviye geri gelir. Düşük yarım periyot da aynı şekilde davranır. Bu nedenle basamak sınırı B kenarıyla kesin olarak eşzamanlıdır ve basamak genişliği her zaman 90° elektriksel açıdır; süresi ise hız arttıkça orantılı olarak kısalır.

Üç seviye dirençlerin geri hesaplanmasına da olanak tanır. V2, A yüksek ve B düşükken A seviyesi, V3 ise A düşük ve B yüksekken A seviyesi olsun; o zaman

(V_H − V2) : (V2 − V3) : V3 = R_H : R_s : R_L

Yukarıdaki örnekte V2 = 3,97 V ve V3 = 0,52 V; oran 1,03 : 3,45 : 0,52, yani 30 : 100 : 15. Yalnızca dalga biçiminden kısa devre direncinin üst transistör direncinin birkaç katı olduğu tahmin edilebilir.

Diferansiyel RS-422 bağlantısında aynı sorun vardır, yalnızca daha az kendini belli eder. 120 Ω sonlandırma ve yukarıdaki sürücü parametreleriyle hesaplandığında, A+ ile B+ arasındaki doğrudan kısa devre, B’nin ters olduğu yarıda A’nın diferansiyel genliğini yaklaşık 3,6 V’tan yaklaşık 1,6 V’a düşürür; bu, alıcının ±200 mV eşiğinin hâlâ çok üzerindedir, dolayısıyla sayım tamamen normal olabilir, ama sürücüler uzun süre yüksek akımla çalışır ve gürültü payının yarısından fazlası tükenir.

Şekil 2 – Sol: kısa devre direncine göre iki durumda A seviyesi; gölgeli bant TTL tanımsız bölgesidir. Sağ: kısa devre, kablo yansıması ve çapraz karışmanın dalga biçimi parmak izlerinin karşılaştırması (şematik).

Yansıma ve çapraz karışmadan ayırt etme

Kısa devre veya çakışma: basamak diğer kanalın anahtarlandığı yerde başlar ve bir sonraki geçişe kadar sürer; genişliği 90° elektriksel açıdır ve hızla değişir.
Kablo yansıması: basamak kanalın kendi kenarının hemen ardından gelir ve kablo gidiş-dönüş süresi 2·t_d boyunca sürer (kablo uzunluğunun metresi başına yaklaşık 10 ns, 20 m için yaklaşık 200 ns); hızdan bağımsızdır ve uyumlu sonlandırma takılınca değişir.
Çapraz karışma: diğer kanalın anahtarlandığı yerde birkaç ile birkaç on nanosaniye içinde sönen bir sivri tepe; plato yoktur.

Arıza arama adımları

Üç seviyeyi ve basamak konumunu kaydedin: A ve B’yi iki kanalda aynı anda izleyin, basamak sınırının B kenarıyla çakıştığını doğrulayın ve V2 ile V3’ü hesaplayın.
Yükü ayırın: kabloyu çıkarın ve doğrudan enkoder konnektöründe ölçün. Basamak kaybolursa sorun kabloda veya alıcıdadır; kalırsa enkoderin içine bakın (hasarlı çıkış katı, kart üzerinde lehim köprüsü).
Kabloyu tek başına test edin: enerji kesikken tüm iletkenler arasındaki direnci multimetreyle ölçün; kısa devre direnci doğrudan okunur; ezilme ve aşınmayı bulmak için kabloyu bükerek yeniden ölçün.
Alıcıyı tek başına test edin: enkoder olmadan yalnızca alıcı cihazı bağlayın ve herhangi bir giriş pininin gerilim verip vermediğini kontrol edin. Veriyorsa o port çıkış olarak yapılandırılmıştır (örneğin bölünmüş darbe çıkış portu) ya da başka bir enkoder paralel bağlanmıştır: sürücü çakışması.
Kanal kanal geri bağlayın: hangi iki kanalın bağlaşık olduğunu belirlemek için her seferinde bir kanal bağlayın.

Diski dışlama ölçütü: disk ve okuma kafası optiği yalnızca karşılaştırıcıdan önceki analog sinyali etkiler ve görev döngüsü, faz, genlik veya eksik darbe olarak kendini gösterir; dijital bir çıkışta başka bir kanalla eşzamanlı bir ara seviye yaratamaz. Basamak sınırı diğer kanalın kenarıyla kesin olarak eşzamanlı olduğu ve basamak seviyesi hız, ışık şiddeti veya okuma aralığıyla değişmediği sürece diske daha fazla bakmaya gerek yoktur.

Mühendislik notları

Kare dalgadaki ara seviyeyi önce V_mid ≈ V_H·R_L/(R_H + R_L) ile tahmin edin; 5 V ve 30 Ω/15 Ω ile doğrudan kısa devre yaklaşık 1,67 V verir, TTL tanımsız bölgesindedir.
Diğer kanalın kenarıyla eşzamanlı bir basamak sınırı ve 90° elektriksel açılık genişlik, kısa devrenin veya sürücü çakışmasının parmak izidir.
(V_H − V2) : (V2 − V3) : V3 = R_H : R_s : R_L ile kısa devre direnci doğrudan dalga biçiminden tahmin edilir.
Yansıma basamağı kanalın kendi kenarını sabit 2·t_d genişlikle izler; çapraz karışma plato değil sivri tepedir; üçü bir bakışta ayırt edilebilir.
Diferansiyel bağlantıda doğrudan kısa devre sayım kaybettirmeyebilir, ama sürücüler yüksek akımla çalışır; hoş görülmemeli, giderilmelidir.
Yükü ayırma, kabloyu tek başına test etme ve alıcıyı tek başına test etme adımları sorunu enkodere, kabloya veya alıcı cihaza yerleştirir.

Özet

Kare dalgadaki bir basamak veya ara seviye, özünde bir kısa devre direnci ya da doğrudan paralel bağlantı üzerinden çatışan iki çıkıştır; seviye çıkış direnci bölücüsüyle belirlenir ve basamak tam olarak diğer kanalın anahtarlandığı yere, 90° elektriksel açı genişliğinde düşer. Kısa devre direncini üç seviyeden geri hesaplayın, kısa devre, yansıma ve çapraz karışmayı basamak konumuna göre ayırın, sonra yükü ayırıp kanal kanal ölçün: arıza diskle zaman kaybetmeden hızla bulunur.

Çince orijinal makalenin çevirisi (0238). ENC7 – enkoder diski üreticisi (teklif) · Teknik makaleler · https://enc7.com