En concreto, se trata de un circuito RS485 de puerto serie muy sencillo. El circuito específico se muestra en la figura siguiente. Tras utilizar este circuito, no es necesario usar señales separadas para gestionar el tiempo de envío y recepción del chip RS485 (¿verdad que es muy práctico? Yo también lo creo).

El problema es que apareció este circuito. Cuando hicimos el experimento ambiental a 55 grados, no hubo ningún problema. Deberíamos enviar y recibir, pero cuando llegamos al lugar del usuario, se colgó después de funcionar un rato y no pasó nada. Después de mi inspección en el sitio (paso a paso), ¿sabes dónde está el usuario? Estaba colocado junto a un motor que genera mucho calor (joder, olvídalo, el cliente es Dios). Medí personalmente la temperatura ambiente y estaba por encima de 48 grados. Para evitar el polvo, mi placa y un control principal que genera mucho calor estaban colocados en una caja, y no había ventilador. Esto hizo que la temperatura dentro de la caja alcanzara más de 70 grados (¿vas a hacer una barbacoa?). No hay manera de decir qué entorno de instalación no es conveniente para la medición. También estaba desesperado, y entonces tuve una idea y le dije al tipo de software embebido que estaba detrás de mí, ¿hay algo mal con tu configuración de software? ARM reducirá la frecuencia cuando se caliente demasiado. ¿No lo configuraste correctamente, causando problemas al enviar y recibir (porque desconozco el problema en este momento)? Entonces el tipo dijo con indignación: "No es nada especial. Casi revisé el manual y no lo encontré". Primero le expresé mi más sentido pésame y luego le dije: "Hermano, volveré y te ayudaré a pensar qué salió mal".

Después de regresar a la empresa, soplé con fuerza sobre el ARM con una pistola de calor, pero no pasó nada. Menos mal, el potenciómetro no se podía quitar. Soplé el resto del circuito paso a paso. Cuando lo soplé en el triodo (Q4 en la imagen), no se obtuvieron datos. Parecía ser un problema del triodo, pero las desgracias nunca vienen solas. Después de dejar de soplarlo, no había datos cuando la temperatura bajó. ¿Podría ser que se hubiera quemado? Si miras con atención, puedes ver que la resistencia se ha quemado (Joder, no hay nada fácil en el camino del hardware). Después de soldar la resistencia, baja el volumen de aire, aumenta el calor y continúa soplando. Si algo va mal, entonces fija el objetivo y mide la forma de onda.

Mida los puntos 1, 2 y 3 marcados en la figura anterior. La resistencia limitadora de corriente utilizada en el diseño del circuito es de 1 kΩ y el triodo es 9013. Primero, mida las formas de onda de los tres puntos de prueba a temperatura ambiente. La primera forma de onda corresponde al pin de salida del chip de aislamiento ADuM1201. La forma de onda se muestra en la figura siguiente. La amplitud de la tensión de salida es de 5 V (ignore la figura del fondo).

La segunda forma de onda corresponde a la tensión de control de base del triodo 9013. Esta forma de onda se muestra en la figura siguiente. El valor pico de la tensión de salida es de aproximadamente 700 mV, y la fluctuación es de aproximadamente 200 mV. Es decir, cuando el nivel es de 0.7 V, el triodo se activa, y cuando el nivel es de 0.5 V, se desactiva.

La tercera forma de onda corresponde a la tensión del electrodo colector del tubo triodo 9013. La forma de onda se muestra en la figura siguiente, y la amplitud de la tensión de salida es de aproximadamente 5 V.

Luego, conecté mi mano, que es una experta en secado de cabello, a la corriente. Soplé sobre ella durante un rato y, con la otra mano, medí la forma de onda. Por suerte, no me salieron ampollas (de lo contrario, se consideraría una lesión laboral). Volví a medir los tres puntos mencionados. La forma de onda del primer punto se muestra en la figura siguiente. La forma de onda es prácticamente la misma que antes del calentamiento, por lo que este no modificará las características de voltaje de salida del chip de aislamiento ADuM1201.

A continuación, se continúa midiendo el segundo punto. Cuando la temperatura sigue aumentando hasta aproximadamente 55 grados, la forma de onda del segundo punto es la que se muestra en la figura siguiente. El rango de fluctuación del voltaje se reduce a menos de 100 mV, es decir, el nivel alto se reduce a 0.6 V, pero el nivel bajo se mantiene en torno a 0.5 V. A medida que la temperatura sigue aumentando, cuando alcanza los 65 grados, el voltaje del segundo punto se mantiene prácticamente en 0.5 V y el transistor permanece activado, por lo que el RS485 no puede enviar datos.

Bien, el tercer punto está en línea. Cuando la temperatura alcanza aproximadamente los 55 grados, la forma de onda del tercer punto es la que se muestra en la figura siguiente. A medida que aumenta la temperatura, el voltaje de salida del tercer punto permanece bajo y el circuito RS485 se encuentra en estado de aceptación.

IK, ¿no me está engañando esto? Permítanme echar un vistazo a las características de este triodo (¿quién me dijo que no estudiara mucho cuando estaba en la escuela?). La estructura física del triodo son dos uniones PN. Sus características de voltaje Ube son como se muestra en la figura a continuación. Su voltaje de encendido es de aproximadamente 0.7V, y las características de voltaje de base y emisión son las mismas que las características del diodo. Como puede verse en la figura de abajo a la derecha, a medida que aumenta la temperatura, la curva característica de Ube se desplaza hacia la derecha en su conjunto, por lo que la caída de voltaje de conducción del triodo disminuye, lo que hace que el pin RE que controla el chip MAX485 esté siempre en un nivel bajo, por lo que no se pueden enviar datos.

Ahora que conozco el efecto de la temperatura en el triodo, procedamos a modificarlo. Según el análisis anterior, la base del triodo se limita a 0.5 V debido a que la resistencia de polarización de 5 V (10 kΩ) y la resistencia limitadora de corriente (1 kΩ) dividen la base del triodo a 0.5 V. Tras cambiar la resistencia limitadora de corriente R65 a 0 Ω, la forma de onda se muestra en la figura siguiente. Se observa que la forma de onda de voltaje fluctúa entre 0 V y 0.7 V.

Tras cambiar la resistencia limitadora de corriente a 0 Ω, se continuó calentando el circuito RS485. La forma de onda se muestra en la figura siguiente. Se observa que no hay cambios evidentes en la forma de onda y el puerto serie puede enviar datos con normalidad. Sin embargo, debido a que la base del transistor fuerza el pin de transmisión del ADuM1201 a 0.7 V, lo que aumenta la corriente de salida del ADuM1201, esto tendrá un impacto significativo en la vida útil del dispositivo durante su funcionamiento prolongado. No es propio de mí no realizar un cambio completo (principalmente porque temo que me cause problemas en el futuro).

Para solucionar este problema definitivamente, me puse a pensar detenidamente y descubrí que las características de temperatura del triodo provocaban una reducción en el voltaje umbral de base al operar a altas temperaturas. Si reducir la resistencia limitadora de corriente de salida del ADuM1201 disminuyera la vida útil del dispositivo y afectara la calidad del producto, entonces cambié el triodo 9013 por el transistor MOS GMS2302. Dado que el transistor MOS es un dispositivo controlado por voltaje, no consume demasiada energía.

La forma de onda del voltaje de puerta del transistor MOS GMS2302 a temperatura ambiente se muestra en la siguiente figura. Se puede observar que el rango de la forma de onda es de 0 V a 5 V.

La forma de onda del voltaje de puerta cuando la temperatura del transistor MOS GMS2302 es de aproximadamente 80 °C se muestra en la figura siguiente. La forma de onda del voltaje no cambia y el puerto serie puede enviar datos con normalidad.

Por lo tanto, en el diseño, debo tener una mentalidad inquisitiva (profundizando en los detalles) para resolver completamente el problema. Este caso lo he experimentado personalmente. Si bien no es complejo, tiene gran relevancia como referencia. La conclusión es que puede guiarnos en el futuro proceso de diseño de hardware. Si se utiliza como interruptor, lo mejor es elegir transistores MOS y seleccionar adecuadamente las resistencias limitadoras de corriente.

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