Mô phỏng đường truyền (vật lý)

Tôi cần có khả năng mô phỏng thông tin liên lạc với một thiết bị cảm biến qua một sợi dây dài (0-10km). Đây là cho comms tốc độ khá thấp (10khz max, thường là 1-2khz). Đây sẽ là FSK ... nhưng đến một lúc nào đó tôi cũng có thể phải xử lý tín hiệu giống như tín hiệu baud thấp.

Hầu hết, tôi đang tìm kiếm sự sụt giảm điện áp và biến dạng tín hiệu. Trì hoãn không quan trọng lắm.

Làm thế nào bạn sẽ đi về nó?

BIÊN TẬP:

Tôi đã có thể xác định cáp thực sự là một loại dỗ (khá không chuẩn). Bây giờ tôi biết điện trở và điện dung trên mỗi đơn vị chiều dài, hình dạng mặt cắt, và điện trở cách điện đủ cao để không quan trọng. Ban đầu, không rõ đường trở lại có phải là đường chạy riêng hay không.

Đây sẽ là một thiết lập thử nghiệm cho nhiều thiết bị mục tiêu. Hầu hết là FSK của các lựa chọn tần số khác nhau dưới 10khz, một số là ASK (bạn gần như có thể sử dụng UART tiêu chuẩn sau khi băng thông / lọc). Tất cả đang cưỡi trên một độ lệch DC cao (comms over power).

Trước đây, tôi từng thấy người ta chế tạo một công tắc xoay đơn giản, hoán đổi điện trở, tụ điện và có thể là cuộn cảm để mô phỏng độ dài đường cho trước. Điều đó có thể đủ tốt?

Tôi hiện đang cố gắng xây dựng một vài mô phỏng trong LTspice.

EDIT 2:

Được rồi, nếu tôi đi chỉ với việc thêm điện trở, mũ và cuộn cảm ... mô hình trông như thế nào? Mạng RLGC dưới đây giả định rằng các căn cứ có cùng tiềm năng mà tôi tin (một giả định an toàn trên PCB với các mặt phẳng mặt đất). Sự trở lại trong trường hợp này là thông qua lớp vỏ bên ngoài, và điện trở của nó có thể cao hơn 3 lần so với dây dẫn bên trong. Điều đó có thay đổi đáng kể không? Tôi chỉ cần thêm một điện trở khác trên đường ray dưới cùng, và phân chia điện dung ở cả hai bên của nó?

Đường truyền có trở kháng đặc tính phức tạp. Trở kháng đặc tính thường được chỉ định "trên mỗi đơn vị chiều dài" cho một dòng truyền nhất định. Đối với các mục đích thực tế, bạn có thể có bốn giá trị "trên mỗi đơn vị chiều dài" cho một đường truyền: điện trở, điện dung, độ tự cảm và độ dẫn. Có một bài viết khá rộng rãi về điều này trên Wikipedia và "cho tần số cao và tổn thất nhỏ" phương trình gần đúng là:

Ở đâu:

• x là khoảng cách dọc theo đường truyền
• t là thời gian trôi qua
• L là độ tự cảm trên mỗi đơn vị chiều dài
• C là điện dung trên một đơn vị chiều dài
• R là điện trở trên một đơn vị chiều dài
• G là độ dẫn trên mỗi đơn vị chiều dài

Bây giờ điều này có lẽ sẽ bị hạn chế sử dụng cho bạn bởi vì, nếu tôi đọc giữa các dòng ở đây, có vẻ như bạn đang dự định truyền tín hiệu kỹ thuật số (tức là sóng vuông). Các cạnh trong sóng vuông thực sự là "phổ rộng". Đó là lý do tại sao hầu hết các hệ thống truyền thông đều trải qua bước điều chế và giải điều chế để hạn chế phổ của tín hiệu "trên đường truyền". Nhưng tôi nghĩ phương trình trên không áp dụng được vì "tín hiệu" trong sóng vuông có nội dung "tần số cao" về mặt phân tích.

Ở bất kỳ mức nào, ở mức cao "trạng thái ổn định" của tín hiệu đầu vào của bạn, giả sử máy thu của bạn có trở kháng cao, tín hiệu của bạn nhìn thấy là một bộ chia điện áp dựa trên điện trở và độ dẫn đặc trưng. Vì vậy, bạn sẽ thấy (khoảng) Vout / Vin = G / (R + G), dựa trên mô hình:

Chỉnh sửa 1

Tôi đã bỏ lỡ nhận xét FSK (Khóa dịch chuyển tần số) trong câu hỏi trước đó. Tôi cũng có suy nghĩ khác. Bạn có thể sử dụng một cái gì đó như Matlab Simulink để mô hình hóa đặc tính truyền của mạch và cung cấp mô hình với dạng sóng đầu vào đại diện để xem những gì xuất hiện ở phía bên kia ...

Ngoài ra, nếu bạn muốn biết mức giảm điện áp bạn sẽ thấy, đối với tín hiệu hình sin, bạn vẫn có một bộ chia điện áp hiệu quả với chân trên có trở kháng hiệu quả về chiều dài * (R + jwL) và đáy trở kháng chân của ( chiều dài G | | 1 / ( chiều dài jwC )). Bạn có thể thực hiện phép toán phức tạp để tìm phần thực của hàm truyền đó với tần số cho trước (w = 2 * pi * f).

Chỉnh sửa 2

Để đáp ứng việc làm rõ ý nghĩa của mô phỏng vật lý, nếu bạn đang cố gắng giới thiệu vật lý hiệu ứng của đường truyền, chỉ cần thiết lập mạch trong hình với các giá trị thích hợp của tụ điện, cuộn cảm và điện trở có kích thước phù hợp với các thuộc tính và độ dài của đường truyền mà bạn đang cố gắng mô phỏng.

Các nhà sản xuất cáp sẽ cho bạn biết tín hiệu sẽ bị suy giảm bao nhiêu trên mỗi đơn vị độ dài với tần số của tín hiệu.

Về sự biến dạng tín hiệu, tôi không biết bất cứ điều gì đáng kể chừng nào bạn sử dụng cáp được che chắn. Nhưng đừng hiểu ý tôi.

Việc truyền tín hiệu mức tín hiệu qua một chuỗi cáp dài như vậy sẽ khó khăn.

Nếu tôi muốn làm điều đó thực sự, hãy sử dụng modem điện thoại tiêu chuẩn và máy phát điện áp đường dây, nếu cần. Đối với mô phỏng @krapht là đúng. Sử dụng STP hoặc dỗ.