구체적으로 말하자면, 이것은 매우 간단한 RS485 시리얼 포트 회로입니다. 구체적인 회로도는 아래 그림과 같습니다. 이 회로를 사용하면 485 칩의 송수신 시간 분할을 관리하기 위해 별도의 신호를 사용할 필요가 없습니다 (매우 편리하지 않나요? 저도 그렇게 생각합니다).

문제는 이 회로가 나타났다는 겁니다. 55도에서 환경 실험을 했을 때는 아무 문제도 없었습니다. 송수신도 잘 됐는데, 사용자 현장에 도착하니 잠시 작동하다가 멈추고 아무 일도 일어나지 않았습니다. 현장 점검(스텝 테스트) 후, 사용자 현장이 어디인지 아십니까? 엄청난 열을 발생시키는 엔진 옆에 설치되어 있었습니다(젠장, 고객은 신이시니까요). 제가 직접 주변 온도를 측정해 보니 48도가 넘었습니다. 먼지 유입을 막기 위해 제 보드와 열이 많이 발생하는 메인 컨트롤러를 상자 안에 넣어두었는데, 팬도 없었습니다. 그 때문에 상자 안 온도가 70도 이상으로 올라갔습니다(바비큐라도 할 건가요?). 어떤 설치 환경이 측정하기에 적절하지 않았는지 짚어볼 방법이 없습니다. 저도 절망적인 심정으로 뒤에 있던 임베디드 소프트웨어 개발자에게 "혹시 소프트웨어 설정에 문제가 있는 건 아닐까요?"라고 물었습니다. ARM은 온도가 너무 높아지면 주파수를 낮추도록 되어 있거든요. 설정을 잘못해서 송수신에 문제가 생긴 건가요? (지금으로서는 정확한 문제를 모르겠습니다.) 그러자 그 사람은 발끈하며 "별거 아니에요. 설명서를 샅샅이 뒤져봤는데도 못 찾았어요."라고 말했습니다. 저는 먼저 그에게 깊은 동정을 표한 후 "형님, 제가 돌아가서 뭐가 잘못됐는지 함께 생각해 보겠습니다."라고 말했습니다.

회사로 돌아와서 히트건으로 ARM에 세게 바람을 불어봤지만 아무 소용이 없었습니다. 맙소사, 가변저항은 떨어지지 않았더군요. 나머지 회로도 하나씩 차례대로 히트건으로 열을 가해봤습니다. 3극관(사진 속 Q4)에 열을 가했을 때는 아무런 데이터도 얻을 수 없었습니다. 3극관 문제인 것 같았지만, 불행은 하나만 오는 법이 없죠. 열을 가하지 않고 온도가 내려가도 데이터가 나오지 않았습니다. 혹시 3극관이 고장난 걸까요? 자세히 보면 저항이 떨어져 나간 것을 알 수 있습니다 (젠장, 하드웨어 작업은 순탄치 않군요). 저항을 납땜한 후, 열풍량을 줄이고 온도를 높여서 계속 열을 가해봤습니다. 뭔가 잘못되면 목표물을 고정하고 파형을 측정해 봤습니다.

위 그림에서 1, 2, 3번 지점을 각각 측정하십시오. 회로 설계에 사용된 전류 제한 저항은 1kΩ이고, 3극관은 9013입니다. 먼저 상온에서 세 측정 지점의 파형을 측정합니다. 첫 번째 파형은 절연 칩 ADuM1201의 출력 핀 파형입니다. 파형은 아래 그림과 같습니다. 출력 전압 진폭은 5V입니다(배경 그림은 무시하십시오).

두 번째 파형은 9013 3극관의 베이스 제어 전압입니다. 파형은 아래 그림과 같습니다. 출력 전압의 피크 값은 약 700mV이고, 변동 범위는 약 200mV입니다. 즉, 레벨이 0.7V일 때 3극관이 켜지고, 레벨이 0.5V일 때 3극관이 꺼집니다.

세 번째 파형은 9013 삼극관의 컬렉터 전극 전압입니다. 파형은 아래 그림과 같으며, 출력 전압의 진폭은 약 5V입니다.

그다음엔 헤어드라이어 전문가인 제 손으로 직접 열을 가했습니다. 한동안 열을 쐬어주면서 다른 손으로 파형을 측정했죠. 다행히 고데기 때문에 물집이 생기진 않았습니다 (만약 생겼다면 산업재해로 간주됐을 겁니다). 다시 세 지점을 측정해 보니 첫 번째 지점의 파형이 아래 그림과 같습니다. 파형은 가열 전과 거의 동일하므로 가열해도 ADuM1201 절연 칩의 출력 전압 특성은 변하지 않습니다.

그다음 두 번째 지점을 계속 측정합니다. 온도가 약 55도까지 계속 상승하면 두 번째 지점의 파형은 아래 그림과 같습니다. 전압 변동 범위가 약 100mV 미만으로 줄어들어 높은 레벨은 0.6V로 감소하지만 낮은 레벨은 여전히 ​​약 0.5V를 유지합니다. 온도가 계속 상승하여 65도에 도달하면 두 번째 지점의 전압은 기본적으로 0.5V를 유지하고 트랜지스터가 계속 켜져 있으므로 RS485는 데이터를 전송할 수 없습니다.

네, 세 번째 지점이 온라인 상태입니다. 온도가 약 55도까지 올라가면 세 번째 지점의 파형은 아래 그림과 같습니다. 온도가 상승함에 따라 세 번째 지점의 출력 전압은 낮게 유지되며, RS485 회로는 수신 상태를 유지합니다.

IK, 이거 나를 속이는 거 아니야? 이 3극관의 특성을 한번 살펴볼까 (학교 다닐 때 공부 열심히 하지 말라고 했던 사람이 누구였더라). 3극관의 물리적 구조는 두 개의 PN 접합으로 이루어져 있다. Ube 전압 특성은 아래 그림과 같다. 턴온 전압은 약 0.7V이고, 베이스 및 방출 전압 특성은 다이오드의 특성과 동일하다. 오른쪽 아래 그림에서 볼 수 있듯이, 온도가 상승함에 따라 Ube 특성 곡선 전체가 오른쪽으로 이동하므로 3극관의 도통 전압 강하가 감소하여 MAX485 칩을 제어하는 ​​RE 핀이 항상 낮은 레벨을 유지하게 되어 데이터 전송이 불가능해진다.

이제 온도 변화가 3극관에 미치는 영향을 알았으니, 회로를 변경해 보겠습니다. 위 분석에서 10kΩ의 5V 풀업 저항과 1kΩ의 전류 제한 저항이 3극관의 베이스 전압을 0.5V로 나누어 고정시키기 때문에 3극관의 베이스 전압은 최종적으로 0.5V로 제한된다는 것을 알 수 있습니다. 전류 제한 저항 R65를 0Ω으로 변경하면 파형은 아래 그림과 같습니다. 전압 파형이 0V와 0.7V 사이에서 변동하는 것을 확인할 수 있습니다.

전류 제한 저항을 0Ω으로 교체한 후 RS485 회로를 계속 가열합니다. 파형은 아래 그림과 같습니다. 파형에 뚜렷한 변화가 없고 시리얼 포트에서 데이터가 정상적으로 전송되는 것을 확인할 수 있습니다. 그러나 트랜지스터의 베이스가 ADuM1201 송신 핀의 전압을 0.7V까지 낮추어 ADuM1201의 출력 전류를 증가시키므로 장기간 작동 시 소자의 수명에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 저는 이런 부분을 철저히 수정하지 않고는 못 배기는 성격이라 (주로 향후 문제가 발생할 것을 우려하여) 수정했습니다.

이 문제를 완전히 해결하기 위해 (한 번에) 깊이 고민한 결과 (가짜지만) 3극관의 온도 특성 때문에 고온 동작 시 베이스 문턱 전압이 낮아진다는 것을 알게 되었습니다. ADuM1201의 출력 전류 제한 저항을 낮추는 것만으로는 소자 수명이 단축되고 제품 품질에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 9013 3극관을 GMS2302 MOS 진공관으로 교체했습니다. MOS 진공관은 전압 제어 소자이기 때문에 전력 소모가 적습니다.

아래 그림은 상온에서 MOS 튜브 GMS2302의 게이트 전압 파형을 보여줍니다. 파형의 범위는 0V에서 5V까지임을 알 수 있습니다.

MOS 튜브 GMS2302의 온도가 약 80도일 때의 게이트 전압 파형은 아래 그림과 같습니다. 전압 파형은 변화가 없으며 시리얼 포트는 정상적으로 데이터를 전송할 수 있습니다.

따라서 설계 과정에서 문제를 완전히 해결하기 위해서는 탐구 정신(함정 속에 숨어있는 정신)을 가져야 합니다. 이 사례는 제가 직접 경험한 것입니다. 비록 큰 사건은 아니지만, 참고할 만한 가치가 매우 큽니다. 이 사례를 통해 향후 하드웨어 설계 과정에서 유용한 지침을 얻을 수 있습니다. 스위치로 사용할 경우 MOS 튜브를 선택하고 전류 제한 저항을 적절하게 선택하는 것이 가장 좋습니다.

면책 조항: 본 글은 "Hardware Siege Lion"에서 발췌한 내용입니다. 본 글은 필자의 개인적인 견해일 뿐이며, Sacco Micro 및 업계의 공식적인 입장을 대변하는 것은 아닙니다. 본 글은 재인쇄 및 공유 목적으로만 사용 가능하며, 지적 재산권 보호를 위해 원본 출처와 필자를 명시해 주시기 바랍니다. 저작권 침해 사항이 있을 경우, 삭제를 위해 당사에 연락 주시기 바랍니다.

회사 전화번호: +86-0755-83044319
팩스: +86-0755-83975897
이메일: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 리 관리자

QQ: 332496225 Qiu 관리자

주소: 중국 선전시 룽화신구 민즈대로 1079번지 전타오테크놀로지빌딩 C동 809호