Hlavní navigace

Bezvláknová optika (3)

Karel Kulhavý 19. 11. 2002

Minule jsme se podívali na zoubek detekci a šumu, který při ní nevyhnutelně vzniká. Dnes budeme meditovat o slunečních filtrech a také si povíme něco o transimpedančních zesilovačích a realizaci lineárního zesilovače u Ronji. Také se dozvíte, co je to omezovač.

Kvůli neodstranitelnosti výstřelového šumu má obrovský význam sluneční spektrální filtr. Ale vzhledem k panujícím fyzikálním zákonitostem bohužel filtr musí tlumit světlo sluneční nejméně čtvrtou mocninou toho, co tlumí světlo užitečné. A každý kus skla bez antireflexní vrstvy propouští pouze 90% světla (zbytek odráží zpět), takže sluníčka smí filtr propouštět maximálně 65%, jinak by nepomáhal, ale škodil. Z tohoto a dalších důvodů se filtr u systémů se svítivou diodou nevyplatí a má cenu jej dávat jen tehdy, pokud je vysílačem laserová dioda. Laserové diodě se ovšem courá vlnová délka s teplotou, takže filtr musí být buď rozšířen na celý rozsah vlnových délek, nebo musí být vysílač teplotně stabilizován. Rozšířením filtru se ovšem drasticky ztrácí tlumení slunečního světla. Dá se ale zase nahrabat použitím dalšího filtru, polarizačního, jehož přínos je zde zdarma, protože laserová dioda vypouští světlo už velmi kvalitně polarizované, a tak polarizačním filtrem projde beze ztrát, ale slunečního světla se tam 50% utopí. Úzkopásmový filtr musí být realizován jako filtr interferenční (mnoho přesně vypočítaných napařovaných vrstviček na sobě) a je drahý.

Interferenční filtr

Šumu se dá odpomoci ještě snížením optické mohutnosti přijímací čočky (a prodloužením přijímacího tubusu). Detektor bude čočku vidět jakoby ve větší dálce a tím pádem z ní půjde méně rušivého okolního světla (jas čočky je stejný jako jas osvětlené plochy, na kterou se systém dívá). Ale množství světla posbíraného čočkou bude pořád stejné. A navíc může detektor mít užší vyzařovací diagram, a při stejné velikosti pouzdra tedy menší krystalek, čímž se sníží kapacita detektoru a dále zlepší odstup signálu od šumu. Nicméně systém bude, jak se dá očekávat, větší kráva ;-)

Nesmíme zapomínat ani na nejprimitivnější způsob odstranění slunce, vyčernění tubusu kvalitní černou barvou (nehořlavou pochopitelně, protože kdyby barva začala v určitý předem astronomicky vypočitatelný okamžik čoudit, optika by se začoudila a zařízení by se stalo trvale nepoužitelným). Pro zvýšení tlumení odrazu je možno použít vroubkovaný povrch nebo hustou černou mřížku položenou přes plechový povrch. Dále pomohou různé clony – černé plechy s dírou uprostřed – umístěné mezi čočkou a detektorem.

Přijímací stupeň se u komerčních zařízení realizuje transimpedančním zesilovačem, což je integrovaný nízkošumový širokopásmový zesilovač se zpětnou vazbou, který vyžaduje velmi pečlivý návrh tištěného spoje a další omezení na vlastnosti diodového detektoru. Zpětná vazba zde totiž jinak hrozí solidním rozkmitáním nebo porušením frekvenční charakteristiky. Další nevýhodou transimpedančního zesilovače bývá tak poloviční proud od sluníčka, který zesilovač snese na detektoru (protože integrované transimpedanční zesilovače jsou navrhovány výlučně pro vláknové aplikace, kde sluníčko nesvítí). A do třetice, na vlákně není šum až tak kritický jako na bezvlákně, a proto je předřadný odpor diody volen podstatně menší než v Ronje, takže více šumí.

U amatérské Ronji je zesilovač bez zpětné vazby, kdy se nejdřív signál integruje na vstupní kapacitě diody (jako vedlejší nechtěný efekt toho, že kvůli nízkému šum je použit vysoký předřadný odpor) a pak se zesiluje za současné derivace na fosilním, 20 let starém NE592 videozesilovači. NE592 derivaci nativně podporuje pomocí pouhého přídavného kondenzátoru a derivace slouží ke kompenzaci integrace vzniklé na kapacitě diody. Z hodin matematické analýzy si jistě pamatujete, že derivace je proces k integraci proces, takže co se na detektoru zkazilo, se zde zázračně a bez následků zase napraví. Současně je nastavena požadovaná šířka pásma asi 16 MHz. Celý návrh je diskrétní, je velmi odolný vůči rozptylu parametrů součástek a celkového provedení a jeho frekvenční charakteristika a stabilita je nezávislá na kapacitě detekční diody. Ale zapojení není vhodné pro sériovou výrobu, protože například pracovní odpor vstupního tranzistoru musí být po osazení ještě přeletován za jiný podle konkrétního kusu tranzistoru, aby se dosáhlo optimální citlivosti.

Za transimpedančním zesilovačem následuje obyčejně omezovací zesilovač, což je kaskáda stejných, tzv. omezovacích stupňů. Omezovací stupeň je dvoutranzistorové zapojení a zesiluje jen do určitého rozkmitu signálu, pak ořezává. Normální zesilovač je schopen také ořezávat, ale přitom se hrozně zpomaluje a zasekává, prostě není na omezovací provoz stavěný. Zapojením více omezovacích stupňů za sebe se prakticky realizuje funkce sgn(x), čímž se konečně rozliší, co se má považovat za kladnou a co za zápornou výchylku z toho křoví, co pochytal přijímač. Pokud se sečtou síly signálů z jednotlivých omezovacích stupňů dohromady, výsledný signál je svou silou velmi dobrou aproximací logaritmu síly vstupního signálu a dá se použít jako indikátor síly příjmu (RSSI, Received Signal Strength Indicator). Podle tohoto indikátoru se pak systém například velmi dobře zaměřuje nebo se dá RSSI číst přes protokol SNMP u zařízení, kde návrhář už neměl co dělat a zabíjel nudu takovýmito kratochvílemi. U Ronji se RSSI vyrábí usměrněním signálu před omezovačem, chová se se zde velmi divoce a hodí se leda tak na to zaměřování.

Aby celý řetězec s šumem na cestě a omezovačem signálu fungoval, musí být signál vyvážený (v průměru za několik bitových dob tam musí být stejně kladných i záporných výchylek). Pokud toto není splněno, musí být ještě v přijímači obvod detekující maximální výchylky signálu nahoru i dolů a podle nich je třeba posadit signál tak, aby se řezal vždy v půlce mezi nimi, jinak by vznikl masivní deterministický jitter, který by drasticky zredukoval vzdálenost. A signál musí být pochopitelně dvouúrovňový.

V příštím díle prodiskutujeme možné přístupy pro stabilní přenos protokolů, které nebyly určeny k modulaci na tak podivnou optickou trasu, jakou je atmosféra, a vysílací část zařízení.

Našli jste v článku chybu?

15. 6. 2003 1:58

Dargos (neregistrovaný)

Vlnova delka se take meni s optickym vykonem asi tak o +-10nm (bezne diody)

20. 11. 2002 16:49

Johanka (neregistrovaný)

No jo tak mi holt zas neco ujelo ;) To je tim, ze me Clock i s Ronjou tak vzrusuje, ze nevim, co opravuju ;)

Lupa.cz: Seznam mění vedení. Pavel Zima v čele končí

Seznam mění vedení. Pavel Zima v čele končí

DigiZone.cz: Recenze Prostřeno: cirkus postižených

Recenze Prostřeno: cirkus postižených

Podnikatel.cz: Přehledná titulka, průvodci, responzivita

Přehledná titulka, průvodci, responzivita

Podnikatel.cz: Babiše přesvědčila 89letá podnikatelka?!

Babiše přesvědčila 89letá podnikatelka?!

Vitalia.cz: Tesco: Chudá rodina si koupí levné polské kuře

Tesco: Chudá rodina si koupí levné polské kuře

Měšec.cz: U levneELEKTRO.cz už reklamaci nevyřídíte

U levneELEKTRO.cz už reklamaci nevyřídíte

Podnikatel.cz: Víme první výsledky doby odezvy #EET

Víme první výsledky doby odezvy #EET

DigiZone.cz: Sat novinky: slovenská TV8 HD i ruský NTV Mir

Sat novinky: slovenská TV8 HD i ruský NTV Mir

120na80.cz: Horní cesty dýchací. Zkuste fytofarmaka

Horní cesty dýchací. Zkuste fytofarmaka

Vitalia.cz: Láska na vozíku: Přitažliví jsme pro tzv. pečovatelky

Láska na vozíku: Přitažliví jsme pro tzv. pečovatelky

Lupa.cz: EET v e-shopech? Zdražení a horší komfort

EET v e-shopech? Zdražení a horší komfort

Měšec.cz: Přejete si číslo účtu na přání?

Přejete si číslo účtu na přání?

Vitalia.cz: Znáte „černý detox“? Ani to nezkoušejte

Znáte „černý detox“? Ani to nezkoušejte

Podnikatel.cz: Babiš: E-shopy z EET možná vyjmeme

Babiš: E-shopy z EET možná vyjmeme

Podnikatel.cz: Chtějte údaje k dani z nemovitostí do mailu

Chtějte údaje k dani z nemovitostí do mailu

Vitalia.cz: Na pečení je nejlepší medovicový med

Na pečení je nejlepší medovicový med

Vitalia.cz: Mondelez stahuje rizikovou čokoládu Milka

Mondelez stahuje rizikovou čokoládu Milka

Lupa.cz: Avast po spojení s AVG propustí 700 lidí

Avast po spojení s AVG propustí 700 lidí

Vitalia.cz: Baletky propagují zdravotní superpostel

Baletky propagují zdravotní superpostel

120na80.cz: Na ucho teplý, nebo studený obklad?

Na ucho teplý, nebo studený obklad?