TSOP48xx. Работа в режиме непрерывного входного сигнала

М.П. Басков, О.Д. Левашов

Недавно мы решили протестировать модули обнаружения препятствий китайского производства на предмет их пригодности для использования в мобильных роботах.

На тестирование прибыли четыре образца, один из которых оказался неработоспособным, три других после соответствующих настроек показали заявленные производителем параметры – белый лист формата А4 обнаруживается с расстояния 40 см, более мелкие предметы других цветов и фактур обнаруживаются на меньшем расстоянии.

Ток потребления модулей составляет 40-45 мА, частота локации колеблется в процессе работы от 36 кГц до 40 кГц. Вместе с девиацией частоты изменяется и чувствительность датчика. Частота, соответствующая оптимальным настройкам, составляет 38 кГц.

Излучающий светодиод заметно нагревается, что указывает на его работу в достаточно тяжелом режиме. Совокупность недостатков позволяет рекомендовать использование данного модуля только в простейших конструкциях.

А теперь о главной особенности этих модулей. Они работают с непрерываной импульсной последовательностью, т.е. светодиод излучает, а фотоприемник TSOP4838 принимает немодулированный световой поток на несущей частоте.

Это противоречит всем даташитам на фотоприемники TSOP48xx, где прямо сказано, что эти фотоприемники подавляют помехи в форме непрерывной импульсной последовательности любой частоты [1]. «Some examples of disturbance signals which are suppressed are: … Continuous signals at any frequency», что буквально означает следующее: «Некоторые примеры подавляемых сигналов: … Непрерывные сигналы на любой частоте». Это было аксиомой, но, как оказалось, не совсем соответствующей реальности.

В нашем распоряжении находилось достаточно большое количество фотоприемников четырех типов: TSOP4833, TSOP4836, а также TSOP4838 двух модификаций – с металлическим экраном и цилиндрической линзой и без экрана со сферической линзой. Фотоприемник TSOP4838 с экраном отказался воспринимать непрерывную импульсную последовательность, в то время как все остальные её прекрасно «переварили».

Мы решили исследовать некоторые характеристики фотоприемников, работающих с непрерывной импульсной последовательностью, в частности, зависимость чувствительности от частоты несущей и коэффициента заполнения, а также провести сравнения чувствительности в условиях стандартного применения и при подаче на вход непрерывной импульсной последовательности.

Частотные характеристики фотоприемников при подаче на вход непрерывной последовательности световых импульсов в форме меандра представлены на Рисунке 1.

Рисунок 1.	Частотные характеристики фотоприемников при поступлении на вход непрерывной импульсной последовательности.

Как следует из Рисунка 1, формы кривых чувствительности несколько отличаются от приведенной в даташитах, а ширина полосы пропускания на уровне 0.5 немного шире.

Таким образом, отличия от стандартного режима налицо, но они незначительные.

На Рисунке 2 представлена зависимость чувствительности от коэффициента заполнения для непрерывной последовательности импульсов.

Рисунок 2.	Зависимость чувствительности фотоприемников от коэффициента заполнения для непрерывной последовательности импульсов.

Из Рисунка 2 следует, что максимальная чувствительность при подаче на вход фотоприемников непрерывной последовательности световых импульсов достигается при коэффициенте заполнения 50% (меандр).

Как мы отмечали ранее, китайские модули имеют значительный ток потребления, а светодиоды заметно греются. Мы решили провести сравнение мощности, подводимой к излучателю в стандартном режиме, и при подаче на излучатель непрерывного сигнала несущей частоты в форме меандра. В стандартном режиме на вход подавались пачки импульсов несущей частоты. Частота модулирующих импульсов 20 Гц, длительность импульсов 1 мс.

Расстояние между комплексом излучатель-приемник и препятствием (белый лист А4) составляло 40 см. Для корректного сравнения были использованы светодиод и фотоприемник, от одного из китайских модулей. Результаты испытаний представлены в Таблице 1.

Таблица 1.	Результаты испытаний
Стандартный режим Непрерывная последовательность Ток через светодиод в импульсе Средний ток Ток через светодиод в импульсе Средний ток 2.2 мА < 0.5 мА 85 мА 42 мА

По результатам испытаний видно, что при получении сравнимых результатов работа в стандартном режиме имеет явные энергетические преимущества.

Следует ли использовать нестандартный режим фотоприемников TSOP48xx? Решать вам.

Как указано выше, не все модификации TSOP48xx принимают входной сигнал в форме непрерывной последовательности световых импульсов.

Этот режим имеет единственное преимущество, которое в некоторых применениях может оказаться решающим. При подаче на вход фотоприемника непрерывной последовательности световых импульсов соответствующей частоты сигнал на выходе фотоприемника имеет низкий уровень, который сохраняется до тех пор, пока есть входной сигнал. Это существенно упрощает обработку выходного сигнала микроконтроллерами и устройствами дискретной автоматики.

1. Datasheet Vishay TSOP48xx