电流环通信脉宽测试的研究

电流环通信脉宽测试的研究

刘伟

株洲中车时代电气股份有限公司湖南株洲412001）

摘要：介绍电流环批量生产时出现的脉宽不达标问题，及针对该问题的原理分析、测试，及改善要点。

关键词：光耦；脉宽；电流环

1引言

在批量生产调试电流环通讯电路时，发现其脉宽低于规定值。主要通过更换SMD光电耦合器来配比电路板参数后，调试达标。且前期曾因为该参数不达到，更换光耦也不能解决问题导致生产停滞，后面通过更换匹配电阻解决。

2原理及参数分析

测试过程中，通讯波特率设置为19200bps，其1bit的脉冲宽度为52us，通过示波器测量试验通道中的传输波形，以验证硬件电路是否满足通讯标准的要求。然而，实际测试过程中，测得脉冲宽度仅为43us，严重低于标准要求。

2.1原理分析

图1所示的电路为电流环通讯电路。

图1中PC112、PC113是AVAGO公司的光电耦合器，实现信号的传输与内外隔离。当处理器发送信号导通光耦PC113，则24V电源正通过电阻R15，流入光耦PC112，电阻R115-R118分流；再经过下半部分电路，回流至24V电源负。当处理器发送信号关断光耦PC113，则电流环电路关断。

2.2参数分析

参考AV02-072EN-October18,2007版本手册进行描述，该手册描述了CNY17-x系列产品的参数。OderingInformation中给出CNY17-3-500E的CTR参数在100%-200%之间。AbsoluteMaximumRatings给出工作温度为-55℃to+100℃。ElectricalSpecifications给出CNY17-3的CTR值100%-200%为25℃的测量值（IF=10mA,VCE=5V）。Figure7给出了CTR值和环境温度之间的关系曲线（IF=10mA,VCE=5V）。

CNY17-3为AVAGO公司的低端品牌，属于委外代工生产，其参数值为25℃的测量值。调试时更好光耦后正常，可知其参数值不稳定，离散性很大。

核心参数CTR不稳定时，光耦开通慢，导致三极管开通延时过大，负脉宽下降沿偏大，导致18V处的负脉宽远小于大纲的要求值。

2.3测试分析

实际测量结论：测量故障样品2个，值符合手册要求。

情况如下：测量电路如下，与手册保持一致，Input端接信号发生器，RD=420Ω，RL=100Ω，光耦6脚悬空。

1)样品1测试：输入：幅值5.6V/频率10kHz，测得IF=4.5mA，VF=0.602V，VO=3.75V，求得IC=12.5mA，CTR=277.8%

通过示波器测试得知tr=4.4us，tf=1.8us（测量电路的tr即为下降时间、tf即为上升时间）

2)样品1测试：输入：幅值10V/频率10kHz，测得IF=9.1mA，VF=0.629V，VO=2.2V，求得IC=28mA，CTR=307.7%

通过示波器测试得知tr=1.8us，tf=4.7us（测量电路的tr即为下降时间、tf即为上升时间）

3)样品2测试：输入：幅值10V/频率10kHz，

通过示波器测试得知得知tr＜3us，tf=3us

4)时间参数-高低温测试

选取10个故障样品，输入：方波（占空比50%），幅值4V(偏置2V)/频率1kHz，RD=100Ω，RL=400Ω，高温85℃，低温-25℃，测得其开通时间、关断时间、延时td和ts如下表所示，从表中可知其偏差最大不超过2us。

2.4故障器件分析

将疑为故障器件的CNY17-3光电耦合器返AVAGO原厂分析，原厂分析光耦器件性能正常，满足手册参数要求，见分析报告《PRT-F04-039131_CUST_Rev1(CNY17-3-500E)》。

2.5处理器串口采样分析

控制电流环通讯用处理器为MC68360，查阅其相关手册可知，其UART通讯帧格式包括11位（8位数据位+2位起止位+1位奇偶校验位）。

电流环通讯属于发送和接收均工作于异步模式，因此通讯时无需连接时钟。接收器对接收到的数据进行16倍过采样，最终取中间三次为有效值。

3结论

通过上述分析，得知发送端驱动电流过小导致光耦开通时间短。使用电流型光耦器件时，必须保证其光电二极管驱动电流达到较大值，以达到额定的CTR值，方能使三极管良好导通。应熟悉处理器的采样规则，或通过处理器生产厂家获知采样规则，才能更为合适制定测试要求。

参考文献：

[1]MC68360QuadIntegratedCommunicationsControllerUser’sManual.

[2]PRT-F04-039131_CUST_Rev1(CNY17-3-500E).

[3]CNY17-xPhototransistorOptocouplerHighCollector-EmitterVoltageType.

[4]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术.北京：北京航空航天大学出版社，1999

[5]吕津.一种对20mA电流环的改进方法.中国测试技术，2003,03:2

作者简介：刘伟（1990-03），男，籍贯：江西省宜春市，学历：本科，毕业于电子科技大学，现有职称：助理工程师，研究方向：自动化控制