Modrá Twibright Ronja: konstrukce citlivého přijímače

Karel Kulhavý 28. 7. 2016

Dnes s 3D stereo fotografií. Sofistikovaná magisterská práce Chanceyho přináší neobvyklou ideu extrémně pulsního buzení LED a kvalitně zpracovanou problematiku podvodního šíření paprsku.

Rozebereme ale nejdříve, jaké závažné problémy přináší jeho stavba přijímače bez stínících přepážek.


Zdroj: M. A. Chancey: Short Range Underwater Optical Communication Links

Chanceyho konstrukce přijímače v rozporu s návodem Ronji na jednostranném tištěném spoji bez zemní plochy a stínících přepážek je velmi problematická z hlediska spolehlivosti a citlivosti.

Chancey přijímač postavil na plošném spoji bez zemnící plochy, bez stínících přepážek napojených souvisle na zemnící plochu, a bez přímého připojení důležitých součástek na zemnící plochu. Tištěný spoj pak vložil celý do stínící krabičky. To je velmi riskantní. Ronja má zesílení 120 dB, tedy poměr vstupního a výstupního výkonu signálu je jedna ku biliónu.

První elektronický telekomunikační satelit Telstar (dokumentátní film na YouTube od AT&T, mirror, AT&T nás také už v r. 1978 poučí ve filmu o optických komunikacích ) měl „pouze“ 100 dB, tedy poměr jedna ku deseti miliardám. V takto citlivém vysokofrekvenčním obvodě je pak velké riziko, že silný signál z výstupu bude při absenci souvislých stínících přepážek a souvislé zemnící plochy prosakovat na vstup, a může nastat zkreslování, zesilovač se může rozkmitat, zaznívat na hranách signálu, nebo může nastat jiné těžko předvídatelné nelineární či chaotické chování obvodu.


Zdroj: Franklin Loomis, via Wikimedia Commons

Ve středu 11. července 1962 přenesl první elektronický telekomunikační satelit Telstar první obraz. Nahoru 6,39 GHz, zesílení 100 dB pomocí nízkošumového permaktronu – elektronky s postupující vlnou na obrázku – a dolů po 4,17 GHz. Přijímací cesta Ronji má ještě o 20 dB větší zesílení.

Typický projev takovýchto mechanicky nesprávně postavených přijímačů je, že buď nefungují vůbec, nebo mají snížený dosah.

Na str. 79 pak Chancey píše, že „komplikace s přijímačem způsobily závažné problémy při zaměřování. Podezření je, že dvojgatový tranzistor na vstupu přijímače není dostatečně rychlý pro 10 Mbps signál […]“


Zdroj: Twibright Labs (GFDL)

Stero obrázek (pozorujte zkříženýma očima) ronjového přijímače ve stínící krabičce s přepážkami jak má být. Připomíná Vám TV předzesilovač? Dokáže bezdrátově přenášet obraz bez šumu v téměř DVD kvalitě na 1.4 km s pouhými 17 mW vysílacího výkonu a anténami o apertuře 13 cm. Integrovaný obvod je analogový videozesilovač NE 592. Zesiluje ale i video digitální, o čemž jsem se přesvědčil sledováním filmů skrz Ronju namountovaných na dálku přes NFS.

Domnívám se, že toto falešné podezření je následkem nepochopení principu práce přijímače. První stupeň (levá přihrádka na obrázku) je skutečně úmyslně navržen jako příliš pomalý, má šířku pásma jen cca 200 kHz pro signál, který potřebuje šířku pásma 16 MHz. Je to z důvodu, že je pak možné použít mnohem vyšší pracovní odpor fotodiody, který je dominantním zdrojem šumu přijímače. Čím vyšší odpor, tím méně proudového šumu produkuje. Přijímač pak může mít mnohem lepší šumové vlastnosti.

Tato přílišná pomalost – 200 kHz, kde je třeba 16 MHz – se projevuje tak, že první stupeň kromě zesilování ještě provádí přídavnou operaci integrace signálu v čase (matematická operace integrál). Není nic jednoduššího, než tuto operaci zpětně odvolat matematickou operací derivace, naprogramovanou v zesilovači NE592. Na použití pro operaci derivace byl zesilovač NE592 přímo výslovně připraven výrobcem. Pod záhlavím Differentiation na str. 3 v této aplikační poznámce Philipse z roku 1991 jménem AN141 Using the NE/SA592 video amplifier (mirror).

Přitom by stačilo tak málo, aby se Chancey těmto problémům vyhnul – postavit Ronju v souladu s návodem a modifikovat pouze části, jejichž modifikace je nutná pro provoz pod vodou.

Takovéto chování uživatelů se často vyskytuje při podpoře na mailing listu. Stěžují si, že jim Ronja nefunguje, když je pak požádám a fotky elektroniky, ukáže se, že postavili Ronju v rozporu s návodem a odstranili prvky kriticky důležité pro vysokofrekvenční stínění a spolehlivý běh vysokofrekvenčních signálů.

Nastal zde podobný jev, jako když distributoři linuxových distribucí dělají neodborné zásahy do programů od původních dodavatelů. Původní autor programu rozumí nejlépe. Distributor si možná myslí, že tématice rozumí, nebo v to alespoň doufá, ale ve skutečnosti udělá neodborný zásah. Výsledkem jsou programy, které padají, ač je původní, originální program v pořádku. Moje zkušenost je, že na LFS, kde si člověk programy kompiluje sám většinou originálně, nebo jen s malými patchi, fungují programy výrazně spolehlivěji než v běžných distribucích (Debian, Ubuntu, Gentoo atd.)

Co vydrží LED

Neobvyklou, pro mě zajímavou ideu prezentuje Chancey se svými čtyřnanosekundovými impulsy. Idea je použít obvod schopný vytvářet vysokoproudové impulsy o trvání pouhých 4 ns a posílat je do LED tak, aby maximální průměrný proud LED, stanovený výrobcem, nebyl překročen. Chancey používá opakovací rychlost těchto impulsů 1 MHz, tedy střídu 1/250, což mu umožňuje využít vysoký špičkový proud.

widgety


Zdroj: Chancey, M. A.: Short Range Underwater Optical Communication Links

Chancey zkoušel pouštět do LED velmi krátké impulsy o délce 4ns o vysokém proudu. LED se pak chovala neobvykle.

Taková LED bude samozřejmě blýskat mnohem jasněji než v běžném provozu. Vhodná modulační a demodulační technika toho může využít. Např. je možné přijímač zablokovat v době mezi impulsy a tak nepřijímat šum v době, kdy víme, že žádný impuls nepřijde, a nenechat se šumem ovlivnit, což by mohlo mít za následek chybnou domnělou detekci neexistujícího impulsu.

Metoda má ale i své závažné otazníky. Které a jaký negativní vliv mohou mít na spolehlivost produktu, si probereme v příštím díle.

Našli jste v článku chybu?
Lupa.cz: Cimrman má hry na YouTube i vlastní doodle

Cimrman má hry na YouTube i vlastní doodle

Vitalia.cz: Vím, co se učíš, ale netuším, co piješ

Vím, co se učíš, ale netuším, co piješ

Lupa.cz: Blíží se konec Wi-Fi sítí bez hesla?

Blíží se konec Wi-Fi sítí bez hesla?

Vitalia.cz: Tesco nabízí desítky tun jídla zdarma

Tesco nabízí desítky tun jídla zdarma

Lupa.cz: Proč jsou firemní počítače pomalé?

Proč jsou firemní počítače pomalé?

Vitalia.cz: Voda z Vltavy před a po úpravě na pitnou

Voda z Vltavy před a po úpravě na pitnou

Vitalia.cz: Test dětských svačinek: Tyhle ne!

Test dětských svačinek: Tyhle ne!

Lupa.cz: Další Češi si nechali vložit do těla čip

Další Češi si nechali vložit do těla čip

DigiZone.cz: Rapl: seriál, který vás smíří s ČT

Rapl: seriál, který vás smíří s ČT

120na80.cz: Galerie: Čínští policisté testují českou minerálku

Galerie: Čínští policisté testují českou minerálku

Podnikatel.cz: „Lex Babiš“ Babišovi paradoxně pomůže

„Lex Babiš“ Babišovi paradoxně pomůže

DigiZone.cz: Světový pohár v přímém přenosu na ČT

Světový pohár v přímém přenosu na ČT

Root.cz: Hořící telefon Samsung Note 7 zapálil auto

Hořící telefon Samsung Note 7 zapálil auto

Podnikatel.cz: Instalatér, malíř a elektrikář. "Vymřou"?

Instalatér, malíř a elektrikář. "Vymřou"?

Vitalia.cz: Jsou vegani a vyrábějí nemléko

Jsou vegani a vyrábějí nemléko

DigiZone.cz: Numan Two: rozhlasový přijímač s CD

Numan Two: rozhlasový přijímač s CD

Podnikatel.cz: Nemá dluhy? Zjistíte to na poště

Nemá dluhy? Zjistíte to na poště

Podnikatel.cz: Byla finanční manažerka, teď cvičí jógu

Byla finanční manažerka, teď cvičí jógu

Vitalia.cz: dTest odhalil ten nejlepší kečup

dTest odhalil ten nejlepší kečup

Vitalia.cz: 5 chyb, které děláme při skladování potravin

5 chyb, které děláme při skladování potravin