Непроизвольное переключение оптопары

Рассмотрим проблему непроизвольного переключения оптопары из одного логического состояния в другое. Как видно из Рисунка 64 [27], где отображены все паразитные емкости опртрона, Vcm условно можно представить как генератор прямоугольных импульсов между катодом светодиода и общей шиной выходной цепи оптопары. При увеличении потенциала в точке GND, при условии начального равенства между напряжение на катоде и GND, начнут заряжаться паразитные емкости  и , которые и являются основной причиной непроизвольного переключения оптрона при резком увеличении разности потенциалов между двумя развязанными землями, так как подвязаны непосредственно на аноде и катоде светодиода. При чем, чем больше амплитуда Vcm и скорость ее изменения , тем сильнее помехи будет проявляться. Наглядно убедиться в сбое работы оптопары позволяет Рисунок 65 и Рисунок 66 (непроизвольное изменение выходного сигнала с «единицы» в «ноль» и наоборот соответственно) на которых точно прослеживается «проседание» выходного напряжения микросхемы (непроизвольное переключение).

Рисунок 64.  Условное представление паразитных емкостей

 

 

Рисунок 65.  Изменение логического состояния выхода из «единицы» в «ноль»

 

Рисунок 66.  Изменение логического состояния выхода из «ноля» в «единицу»

 

Для улучшения CMR используется Фарадеевский экран (Рисунок 67), который отводит токи пары конденсаторов  и  от статически чувствительной интегральной схемы (IC), создавая некоторую защиту на фотоприемнике, частично избавляя от помех при трансляции сигнала. Физические свойства этого экрана таковы, что он пропускает излучение от LED, но электрически непроницаем. Поэтому распространяющиеся токи, которые могут стать факторами переключения оптопары, гасятся. Проследить работу экранирования можно по графикам (Рисунок 65 и Рисунок 66). При постоянном значении Vcm никаких помех не возникает.

Важно понимать, что Фарадеевский экран помогает только в борьбе с электростатическими полям, но не оказывает никакого влияния на быстроменяющиеся электрические поля.

 

Рисунок 67. Оптрон с Фарадеевским экраном

 

Поэтому данный способ не устраняет паразитные емкости (  и ) между анодом и катодом светодиода (LED) и выходной землей микросхемы.

Проблемы возникают тогда (при common-mode low), когда выходной сигнал меняет свое состояние из состояния «выключено» в состояние «включено». Для этого режима: Vo>0.8В – типичная затруднительная точка, так как в основном для ТТЛ логики напряжение выше, чем 0.8В воспринимается как «неопределенное состояние». А при common-mode high проблема возникает при переходе состояния выходного сигнала из «включено» в «выключено». Для этого режима: Vo<2В – типичная затруднительная точка, аналогичная ситуация для ТТЛ логики, когда значение напряжения меньше 2В является «неопределенным состоянием». То есть происходит самопроизвольное переключение оптрона.

Основной выход из сложившейся ситуации и ее устранение – это поддержание светодиода в одном из установившихся состояний («On» или «Off»), пока происходит распространение помех в микросхеме (Common mode transient). Техническая реализация поддержания светодиода в одном из двух состояний, при common mode transient, будет описано ниже в двух главах.