Công nghệ PCB - Làm thế nào để sử dụng quang ghép trong bố trí PCB?

Trong các thiết bị điện tử, các hệ thống nhúng thường dựa vào cặp quang để nhận tín hiệu đầu vào từ chúng. Cảm biến bên ngoài hoặc công tắc. Theo một cách nào đó, chúng giống như đồng hồ báo thức cho vi điều khiển. Lý tưởng nhất, tất cả các tín hiệu được chuyển tiếp chính xác đến vi điều khiển. Tuy nhiên, vi điều khiển đôi khi bỏ lỡ tín hiệu đầu vào khi khớp nối quang không được thực hiện đúng cách hoặc phát hiện sai tín hiệu khi đầu vào không được kích hoạt. Trong hướng dẫn thiết kế PCB này, chúng ta sẽ nói về cách thiết lập quang ghép để bố trí PCB thành công. Nhưng trước tiên, hãy nhắc nhở bản thân về cách thiết kế quang ghép hoạt động.

Làm thế nào để sử dụng quang ghép hiệu quả trong bố cục PCB?

Hướng dẫn thiết kế PCB: Nguyên tắc cơ bản của quang ghép

Quang ghép là một thành phần điện tử cô lập tín hiệu đầu vào thông qua giao diện quang học. Các dạng cơ bản nhất của bộ ghép quang bao gồm đèn LED hồng ngoại và một bóng bán dẫn quang điện tích hợp duy nhất. Đèn LED hồng ngoại sáng lên khi dòng điện đi qua và cường độ phụ thuộc vào kích thước của dòng điện. Các bóng bán dẫn quang điện được kích hoạt bởi đèn LED, gây ra ngắn mạch giữa các bộ thu và phát của chúng.

Diode phát quang hồng ngoại và phototransistor thường được ngăn cách bằng thủy tinh hoặc không khí. Điều này làm cho cách ly điện của quang ghép<10kV. Do đó, bộ ghép quang học là lý tưởng để cô lập các hệ thống nhúng khỏi nhiễu điện có nguồn gốc từ môi trường tín hiệu đầu vào.

Ngoài việc bảo vệ hệ thống nhúng khỏi tiếng ồn điện, bộ ghép quang được sử dụng để duy trì điện áp thấp và cao. Hệ thống được tách biệt. Ví dụ, một công tắc quang Triac hoạt động như một biến thể của bộ ghép quang có thể được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện áp AC cao. Ví dụ như động cơ AC. Điều này loại bỏ nguy cơ hỏng mạch có thể gây ra thiệt hại cho vi điều khiển và các bộ phận liên quan.

Bộ ghép quang điện có thể làm giảm nguy cơ hư hỏng điện áp cao.

Hướng dẫn thiết kế PCB: Lỗi quang ghép

Quang ghép là một yếu tố thụ động đơn giản mà hầu hết các nhà thiết kế sẽ gặp phải, làm cho công việc quang ghép không phải là khoa học tên lửa; Tuy nhiên, có một số lỗi thiết kế có thể dẫn đến việc sử dụng một hoặc dẫn đến tín hiệu đầu vào không ổn định.

1. Kết nối nối đất quang học không thể tách rời.

Trong nhiều nhà máy PCB, một mạch tích hợp (IC) bao gồm hai chân nối đất trong một cặp quang học cơ bản. Một kết nối với đèn LED hồng ngoại và một kết nối với bóng bán dẫn quang điện. Lỗi là kết nối hai mặt đất với nhau trong khi cáp PCB. Theo nguyên tắc chung, điều này đã gặp phải ngay cả trong các bộ điều khiển điện tử được sử dụng trong máy.

Lý do chính để sử dụng bộ ghép quang là để tách hai mạch một cách an toàn. Khi nối đất bên ngoài được kết nối với PCB, bất kỳ tiếng ồn nối đất nào trong mạch có thể được ghép nối trực tiếp với mạch trên bo mạch nhạy cảm. Thay vào đó, tạo một kết nối tín hiệu riêng biệt cho các chân nối đất bên ngoài và chỉ định một kết nối chuyên dụng cho dây nối đất đầu vào.

2. Giá trị điện trở giới hạn hiện tại sai được sử dụng

Ngoài việc áp dụng điện áp đầu ra thích hợp, đèn LED hồng ngoại quang học cần đủ dòng điện để hoạt động đúng. Giá trị của dòng điện chuyển tiếp tối thiểu có thể tham khảo biểu đồ tỷ lệ truyền hiện tại của cặp quang tương ứng. Nếu điện trở giới hạn hiện tại hoạt động ở mức tối thiểu của cặp quang, bóng bán dẫn quang điện có thể hoạt động bất thường. Ví dụ, trong số 10 đầu vào hợp lệ từ một công tắc, chỉ một số đầu vào sẽ được phát hiện.

Mặt khác, giá trị của điện trở giới hạn hiện tại không nên quá thấp. Điều này là để ngăn chặn đèn LED hồng ngoại bị hỏng. Giống như đèn LED thông thường, đèn LED hồng ngoại có dòng điện chuyển tiếp tối đa không nên vượt quá. Điều này làm cho việc lựa chọn điện trở giới hạn hiện tại phù hợp là một bước quan trọng để đảm bảo rằng các cặp quang hoạt động đáng tin cậy.

3. Chọn sai khớp nối quang

Mặc dù nó có vẻ phổ biến, nhưng không phải tất cả các khớp nối ánh sáng đều giống nhau. Ví dụ, công tắc triac quang điện được sử dụng để điều khiển tải AC, trong khi LiDAR Darlington phù hợp khi chỉ tạo ra một lượng nhỏ dòng điện đầu vào. Một cân nhắc khác là bộ thu phát phá vỡ điện áp đầu ra, có thể khác nhau đối với các loại bộ ghép quang khác nhau.

Nhưng nếu bạn chỉ sử dụng cặp quang để cách ly đầu vào bình thường, thì một mô hình như PC817 có thể giải quyết vấn đề này. Bạn cũng có thể dành ít thời gian hơn để tạo dấu chân vì các thành phần quang học phổ quát trong phần mềm thiết kế PCB có thể giải quyết vấn đề này.