Simulación de línea de transmisión (física)

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Necesito poder simular las comunicaciones con un dispositivo sensor a través de un cable de gran longitud (0-10 km). Esto es para comunicaciones de baja velocidad (10khz máx, generalmente 1-2kz). Esto sería FSK ... pero en algún momento es posible que tenga que manejar una señal similar a RS232 de baja velocidad de baudios también.

Principalmente, estoy buscando caídas de voltaje y distorsiones de señal. El retraso no importa mucho.

¿Cómo lo harías?

EDITAR:

He podido determinar que el cable es de hecho un tipo de cable coaxial (bastante no estándar). Ahora sé la resistencia y la capacidad por unidad de longitud, la geometría de la sección transversal, y que la resistencia de aislamiento es lo suficientemente alta como para que no importe. Inicialmente no estaba claro si la línea de retorno era una carrera separada o no.

Esta sería una configuración de prueba para múltiples dispositivos de destino. La mayoría son FSK con varias opciones de frecuencia por debajo de 10 kHz, algunas son ASK (casi se puede usar un UART estándar después del paso de banda / filtrado). Todos están montados en un alto desplazamiento de CC (comunicación sobre la alimentación).

En el pasado, he visto a personas construir un simple interruptor giratorio que intercambia resistencias, condensadores y tal vez inductores para simular una longitud de línea determinada. ¿Podría ser lo suficientemente bueno?

Actualmente estoy intentando construir algunas simulaciones en LTspice.

EDIT 2:

De acuerdo, si simplemente agrego resistencias, tapas e inductores ... ¿a qué se parece el modelo? La siguiente red de RLGC está asumiendo que los terrenos tienen el mismo potencial que creo (una suposición segura en PCBs con planos de tierra). El retorno en este caso es a través de la cubierta externa, y su resistencia es probablemente 3 veces más alta que el conductor interno. ¿Eso cambia las cosas significativamente? ¿Acabo de agregar otra resistencia en el riel inferior y dividir la capacitancia en ambos lados?

    
pregunta darron

3 respuestas

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Las líneas de transmisión tienen una impedancia característica compleja. La impedancia característica se suele especificar "por unidad de longitud" para una línea de transmisión determinada. Para fines prácticos, puede tener cuatro valores "por unidad de longitud" para una línea de transmisión: resistencia, capacitancia, inductancia y conductancia. Hay un artículo bastante extenso sobre este en Wikipedia , y "para altas frecuencias y pequeñas pérdidas" la ecuación aproximada es:

donde:

  • xesladistanciaalolargodelalíneadetransmisión
  • thapasadoeltiempo
  • Leslainductanciaporunidaddelongitud
  • Ceslacapacitanciaporunidaddelongitud
  • Reslaresistenciaporunidaddelongitud
  • Geslaconductanciaporunidaddelongitud

Probablemente,estoteserádepocautilidadporque,sileoentrelíneas,parecequeestásplaneandotransmitirunaseñaldigital(esdecir,unaondacuadrada).Losbordesdelaondacuadradasonrealmente"amplio espectro". Es por eso que la mayoría de los sistemas de comunicación pasan por un paso de modulación y demodulación para limitar el espectro de la señal "en la línea". Pero creo que la ecuación anterior se aplica porque la "señal" en una onda cuadrada es analíticamente contenido de "alta frecuencia".

En cualquier caso, en el nivel alto de "estado estacionario" de su señal de entrada, suponiendo que su receptor tiene una alta impedancia, lo que ve su señal es un divisor de voltaje basado en la resistencia y conductancia características. Por lo tanto, debería ver (aproximadamente) Vout / Vin = G / (R + G), según el modelo:

Editar 1

Me perdí el comentario FSK (Frequency Shift Keying) en la pregunta anterior. También tuve otro pensamiento. Puede usar algo como Matlab Simulink para modelar la característica de transferencia del circuito y alimentar el modelo con una forma de onda de entrada representativa para ver qué sale del otro lado ...

Además, si desea saber qué cantidad de caída de voltaje verá, para una señal sinusoidal, todavía tiene un divisor de voltaje efectivo con una pata superior que tiene una impedancia efectiva de longitud * (R + jwL) y una impedancia en la parte inferior de la pierna de (G longitud || 1 / (jwC longitud)). Puedes hacer cálculos matemáticos complejos para encontrar la parte real de esa función de transferencia en una frecuencia determinada (w = 2 * pi * f).

Editar 2

En respuesta a la aclaración de lo que quiere decir con simulación física, si está tratando de introducir físicamente el efecto de una línea de transmisión, simplemente configure el circuito en la figura con los valores adecuados de condensadores, inductores y resistencias del tamaño de de acuerdo con las propiedades y la longitud de la línea de transmisión que está intentando emular.

    
respondido por el vicatcu
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Los fabricantes de cables le dirán cuánto se atenuará la señal por unidad de longitud dada la frecuencia de la señal.

Con respecto a las distorsiones de la señal, no tengo conocimiento de nada significativo siempre que use un cable blindado. Pero no confíes en mi palabra.

Será difícil transmitir señales de nivel RS232 en un cable tan largo.

    
respondido por el krapht
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Si quisiera hacerlo con un uso real, un módem telefónico estándar y un generador de voltaje de línea, si es necesario. Para simulación @krapht está bien. Utilice STP o coaxial.

    
respondido por el Brian Carlton

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