Улучшение лестничного аттенюатора

[rad54]

...или это линейный переключатель?

Да, был линейный, одним герконом. Управление было без контролера, ручное.

Если касаться вопроса использования промежуточного состояния для компенсации резкого изменения выходного сопротивления, то этот вариант был бы успешен, если бы "вес" звеньев не отличался настолько сильно.

Действительно, сейчас сам прикинул. Для лестничного РГ отличия на промежутке слишком большие получаются. И по уровню 15 дБ и по току бросок на максимум. Не учел я специфики структуры.

[Алаев Ян]

Мне понравилась статья! Владиславу низкий поклон за его труд.
Я прочитал статью с большим запозданием (был занят работами по Форуму), зато единым махом от начало и до конца. Я в своих проектах уже программировал лестничный аттенюатор и без проблем смогу реализовать алгоритм, предложенный Владиславом. Время ценный ресурс и его очень мало, но уверен, что я обязательно попробую реализовать на практике идею, предложенную здесь.
Еще раз спасибо! Тему сделал "прилепленной", надеюсь, что она привлечет максимум внимания к себе.

[Евгений Михеев]

Сюда можно сразу кидать идеи касаемо непосредственно платы?

[poty]

Давайте создадим ветку по конструкции, и в ней будем всё обсуждать.

[Алаев Ян]

С разрешения автора темы хочу продолжить начатую работу и реализовать описанный Владиславом алгоритм работы аттенюатора. Но, прежде чем начать, я хочу рассказать о том практическом опыте, который был получен за время разработки и изучения лестничных аттенюаторов в их классическом исполнении. Мое знакомство с лестничными аттенюаторами началось со статьи
А. Белканова "Сиди себе, регулируй..." http://www.magictubes.ru/text/vestnik/v1.pdf (стр. 17), а мое первое практическое их применение было на основе аттенюатора Максима Волобуева. После этого началась достаточно длительная работа по обсуждению какие должны быть реле, сколько их должно быть, как ими управлять и так далее.
Свой выбор я сделал и готов поделиться мнением.

Итак, какие должны быть реле?
Наверное, главные ключевые слова - поляризованные сигнальные реле. Поляризованные - для того, чтобы схема оставалась полностью обесточенной после завершения цикла переключения. Зачем нам лишние помехи и наводки? Держать группу реле включенными постоянно нет смысла. Это лишнее энергопотребление и наведенные шумы и помехи. По поводу "сигнальности" реле - выбирайте самые лучшие по своим характеристикам, которые сможете достать. Нужны реле, которые предназначены для коммутации сигнальных низкоуровневых цепей.

Что можно применить?
Очень хорошее решение:
AXICOM IM
AXICOM FR2

Хорошее решение:
Fujitsu Components FTR-B4CB4.5Z
Omron G6SU-2F, G6SU-2G, G6SU-2
Omron G6JU-2P-Y
Panasonic AGQ2
Panasonic AGN2
Panasonic TX2
Panasonic TXD2
Panasonic TXS2

Еще возможные аналоги:
Ormon G6JU-2P-Y DC4.5
IM03GR (TE)
IM03TS (TE)
IM03NS (TE)
IM43TS (TE)
IM43GR (TE)
V23079B1201B301 (TE)
V23079D1001B301 (TE)
TRGQS-5VDC-R (TS)
302270050010 (FINDER)
G6S2F5DC (OMRON)
G5V2H15DC (OMRON)
G6S25DC (OMRON)
G6K2F5DC (OMRON)
G6K2FY5DC (OMRON)
G6K2PY5DC (OMRON)
G5V25DC (OMRON)
BT-5S 5VDC (BESTAR)
A-5W-K (FUJITSU)

На данный момент я остановил свой выбор на реле FTR-B4CB4.5Z Реле сигнальное поляризованное Fujitsu Components (2 form C, slim THT, 1A, 4.5В, 203 Ом), которые мне удалось купить в большом количестве.

Теперь, постараемся ответить на вопрос: "сколько должно быть реле?"
На мой вкус минимальное их значение - 6. В этом случае обеспечивается регулировка в диапазоне 0...63 дБ с шагом в 1 дБ. Но я считаю, что схемотехнику надо закладывать обязательно на 7 управляющих реле и на это есть причины. Впоследствии Вы можете использовать любое их количество до 7 реле включительно, но мой выбор в эту пользу обусловлен исключительно удобством управления от МК. В цифровой технике удобно, когда все кратно числу в степени 2, поэтому одним байтом (8 бит) можно и нужно управлять аттенюатором с 7 реле (один бит отводится на общий провод для коммутации поляризованных реле). Таким образом, с количеством мы тоже договорились.

Как управлять реле?
В своих макетах я опробовал различные способы, главное отличие в них:
1. Можно управлять реле напрямую от МК. Но в этом есть большой минус, очень много цифровых выводов отводится на управление, как мы выяснили 8 (целый порт МК).
2. Можно управлять реле посредством сдвигового регистра, это позволяет радикально экономить выводы МК, но и с ним тоже есть подводные камни, о которых я расскажу ниже.

Продолжение следует...

[Алаев Ян]

В предыдущий раз мы договорились, что отдавать целый порт (8 пинов) контроллера под управление лестничным аттенюатором очень расточительно и выбрали экономный путь последовательного интерфейса связи и организацию включения с помощью сдвигового регистра. Для своих экспериментов я использовал сдвиговый регистр 74HC595, в качестве платы управления - Arduino Uno. Выглядело это приблизительно вот так.

Ниже представлена принципиальная схема аттенюатора.

Схема аттенюатора (вер. 1)

Схема прекрасно работает, но у нее есть одно слабое место - сдвиговому регистру не хватает мощи, чтобы переключить все реле одновременно. 6 штук одновременно - пожалуйста, а вот 7 для него уже перебор. Связано это с тем, что через вывод Кcom протекает общий ток на переключение реле и он превышает допустимый для сдвигового регистра. При определенной точке зрения на это можно "забить". Эту проблему я обошел программно. Если надо переключить одновременно все реле - я отправляю с контроллера не одну, а две команды. Первая переключает 4 реле, вторая - все остальные. Это происходит так быстро, что даже на слух почти не заметно, что вторая группа реле переключилась с небольшим запозданием. Возникает вопрос, а зачем вообще переключать все реле одновременно? Действительно, в режиме аттенюатора это не нужно. Когда мы крутим ручку громкости и перебираем по очереди различные состояния реле - все реле не задействованы никогда. Подобная задача возникает только в том случае, если мы расширяем возможности простого аттенюатора и предлагаем, например, режим Mute, выбрав который мы должны перевести аттенюатор в режим минимальной или программируемой громкости. Но тут мы, во-первых, можем пропустить реле, отвечающее за ослабление в 1 дБ, думаю, что режим Mute от этого не пострадает, если громкость приглушится не на 63 дБ, а на 62 дБ, во-вторых, мы можем это сделать в две команды и этого пользователь так же не заметит. Ну и обратная ситуация, когда нам нужно убрать какое-либо ослабление и включить устройство на максимальном уровне громкости, одной командой мы этого сделать не сможем, в две - пожалуйста.
На этом можно было бы остановиться, но почему-то неудовлетворенность тем, что нельзя сделать переключение одной командой не давала мне спокойно спать и я добавил на схему усилительный элемент, который позволяет пропустить через себя необходимый ток от всей группы реле и переключить их одной командой от МК.

Схема аттенюатора (вер. 3)

Не могу сказать, что мне очень нравится такое решение (я бы предпочел, чтобы инвертор был один, а не 6), но ничего более простого и доступного по соотношению цена/качество я не придумал. Я до сих пор не определился, нужно ли ставить дополнительный элемент на плате аттенюатора или обходить проблему программно, возможно, независимое мнение форумчан поможет мне принять решение по этому вопросу.

Исходные файлы

[goldmen8]

...но у нее есть одно слабое место - сдвиговому регистру не хватает мощи, чтобы переключить все реле одновременно. 6 штук одновременно - пожалуйста, а вот 7 для него уже перебор.

Ян, у меня сразу вопрос: каким образом переключаются все реле одновременно, когда одни должны "выключится" а другие "включится"?
Как минимум нужно подавать последовательно две команды.

Возникает вопрос, а зачем вообще переключать все реле одновременно?

Даже если взять к примеру всего два реле, мы не всегда сможем переключить одновременно.
Начальное состояние: оба реле выключены. ... имеем возможность переключить любое из них или оба одновременно.
Вторе состояние: первое реле "включено" второе "выключено". ... необходимо переключить оба реле, поменять их состояние для первого реле переключится с "вкл" на "выкл" (второе реле наоборот). не получается ... мы не можем иметь на общем проводе "Кcom" одновременно "+" и "-" питания.

И раз принято решение применять поляризованные реле, то стоит позаботится о переводе регистра "595" (вывод OE) высокоимпедансное состояние. Чтобы не жечь зря эл.энергию.

[Алаев Ян]

Ян, у меня сразу вопрос: каким образом переключаются все реле одновременно, когда одни должны "выключится" а другие "включится"?
Как минимум нужно подавать последовательно две команды.

например, режим Mute. Аттенюатор находится в режиме максимального ослабления сигнала. Из режима Mute я хочу выйти в режим максимальной громкости. В этом случае я должен переключить все реле одновременно. И наоборот, если у меня режим максимальной громкости, то в режим Mute я перехожу путем переключения всех реле. На это тока в схеме №1 не хватает. Все остальные комбинации работают успешно.

Отправлено спустя 3 минуты 4 секунды:

... мы не можем иметь на общем проводе "Кcom" одновременно "+" и "-" питания.

это все понятно, это определяется логикой переключения, которая идет в два этапа, что нужно выключить то, что должно быть выключено и включить то, что должно быть включено. Я рассматриваю именно частные случаи, когда требуется переключение всей группы реле в одну сторону.

Отправлено спустя 1 минуту 35 секунд:

И раз принято решение применять поляризованные реле, то стоит позаботится о переводе регистра "595" (вывод OE) высокоимпедансное состояние. Чтобы не жечь зря эл.энергию.

В этом нет необходимости, после того, как происходит переключение реле в сдвиговый регистр загоняются нули и реле остается неподключенным к питанию.

[goldmen8]

Все остальные комбинации работают успешно.

В моей голове не укладывается.
Как можно управлять (пускай двумя поляризованными реле) одновременно по трём проводам (один провод общий)?

[poty]

Александр, Ян рассматривает редкий случай, когда, например, все реле выключены (максимальная громкость) и потребуется включить Mute (включить все реле) и потом вернуть обратно. Все промежуточные варианты, конечно, предусматривают двух, а то и трёхходовку, но по логике: ход - включение, ход - выключение. Если потребуется включить или выключить все реле, то будет тоже двухходовка, но этап включения ИЛИ выключения будет состоять из двух ходов. Понятно, что для пользователя это незаметно (так Ян и сказал), но программист-то знает, что логика в этом нарушена.
Второй момент - разгрузка пинов самой 505-ой с помощью дополнительного пути протекания тока (если я правильно понял).

Пусть меня снова не поймут, но я бы заменил и 595-ую, и всё остальное на самый дешёвый процессор, имеющий нужное количество выходов. Логика переключения была бы на совести этого процессора, а центральный процессор передавал бы только значение, которое нужно выставить. С моей точки зрения - гораздо более элегантное решение.

[Алаев Ян]

В моей голове не укладывается.
Как можно управлять (пускай двумя поляризованными реле) одновременно по трём проводам (один провод общий)?

Очень просто!
Допустим, у нас два реле. Оба находятся в некотором исходном состоянии, допустим, разомкнутом. Для того, чтобы переключить реле нам нужно подать на Ксом минус, на вывод реле плюс. Как нам переключить первое реле? Подаем на Ксом минус, на первое реле плюс, на второе реле минус. Второе реле остается нетронутым. Если нам надо было бы переключить оба реле мы бы подали на Ксом минус, а на оба реле плюс. Сейчас мы имеем состояние, когда первое реле замкнуто, а второе разомкнуто и хотим сделать наоборот. Второе замкнуто, а первое разомкнуто. Чтобы разомкнуть реле 1 мы подаем на Ксом плюс, на первое реле минус, а на второе плюс. После чего повторяем последовательность, с которой мы начали. На Ксом подаем минус, на первое реле минус, на второе реле плюс. Получаем, что первое разомкнуто, второе замкнуто. Таким образом мы можем коммутировать любое количество реле.

Отправлено спустя 4 минуты 30 секунд:

Пусть меня снова не поймут, но я бы заменил и 595-ую, и всё остальное на самый дешёвый процессор, имеющий нужное количество выходов. Логика переключения была бы на совести этого процессора, а центральный процессор передавал бы только значение, которое нужно выставить. С моей точки зрения - гораздо более элегантное решение.

вот на этот раз я Вас понимаю, Владислав! Более того, я даже знаю как это сделать и сделаю в последующих итерациях. Но, схемотехнически я уже заложил такое решение, когда всем этим богатством рулит главный контроллер. Я пока не готов к такой многопроцессорной структуре. Со временем, когда основной контроллер перестанет справляться с поставленными задачами, - я обязательно сделаю шаг навстречу Вашей идеи!

[poty]

Ну, скажем, большой разницы передавать последовательный сигнал 595-ой или процессору - нет, т.е., основная плата схемотехнически не изменится вовсе. Прошивка - да, изменится кардинально.

[Алаев Ян]

Второй момент - разгрузка пинов самой 505-ой с помощью дополнительного пути протекания тока (если я правильно понял).

да, когда Ксом выступает в роли общей 1 или 0, то этот пин должен либо запитать, либо принять на себя втекающий ток всех реле.
Этот косяк мною был обнаружен сразу почти при первом включении, так как еще до написания кода аттенюатора я решил проверить, что могу управлять всеми реле и нет ничего проще, чем подать одну посылку на включение и выключение всей группы реле (ну не буду же я по очереди их перебирать). И когда реле не переключились, я подумал, что проблема в коде, но потом понял, что дело в нагрузке и тогда сделал все то же самое для группы из 6-ти реле, которые успешно переключались. Вот и все. Если бы я написал код для аттенюатора сразу, то, возможно, эту ситуацию даже не поймал бы, так как режим Mute делать на полное приглушение звука смысла нет, скорее надо делать просто громкость тише, на уровне -40 дБ, например.

Отправлено спустя 4 минуты 17 секунд:

Ну, скажем, большой разницы передавать последовательный сигнал 595-ой или процессору - нет, т.е., основная плата схемотехнически не изменится вовсе. Прошивка - да, изменится кардинально.

Я имел в виду, что в данной схемотехнике используется аналог SPI, а в случае использования многопроцессорной системы, мне скорее всего было бы удобнее общаться между контроллерами по UART.

[goldmen8]

+ Спасибо, Владислав, подтвердил моё "не понимание": одной "командой" (одновременно) переключить реле из разных состояний на противоположное невозможно.
Снимаю шляпу.

HI.gif (2.81 КБ) 3873 просмотра

И мне очень нравится идея замены 595-й на процессор. Можно в посылаемый код "адрес устройства" вмонтировать.
С "головного" процессора посылаешь сигнал кода для реле, а ведущий уже "дёргает ногами" как ему скомандовано, "подергал" и вернулся в высокоимпедансное состояние (когда на реле не подаётся ни какого напряжения).
Ещё раз +

Пусть меня снова не поймут, но я бы заменил и 595-ую, и всё остальное на самый дешёвый процессор, имеющий нужное количество выходов.

[poty]

Ян, я посмотрел, что из себя представляют 74AC14 - те, что я посмотрел, держат

out DC Output Sink/Source Current, per Pin ±50 mA
ICC DC VCC or GND Current per Output Pin ±50 mA

Мне кажется, это даже меньше, чем 595-ая:

IO output current pins Qn - 35 mA
ICC supply current - 70 mA
IGND ground current 70 - mA

Триггеры Шмидта имеют и одиночное исполнение. Кроме того, в данном случае, можно применить и простой элемент НЕ.

[Алаев Ян]

Как же меньше?

У 74AC14:
Continuous output current, IO (VO = 0 to VCC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ±50 mA
Continuous current through VCC or GND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ±200 mA


У 74HC595:
Continuous output current VO = 0 to VCC ±35 mA
Continuous current through VCC or GND ±70 mA

Отправлено спустя 34 секунды:

Триггеры Шмидта имеют и одиночное исполнение. Кроме того, в данном случае, можно применить и простой элемент НЕ.

Я не нашел в удобном конструктиве.

[goldmen8]

... я остановил свой выбор на реле FTR-B4CB4.5Z... 4.5В, 203 Ом

Судя по таблице из datasheet реле потребляет 17 мА, а у вас их будет 7шт (реле) (7*17=119).
для одного выхода (вывода микросхемы) будет многовато.
Для 74AC14: - out DC Output Sink/Source Current, per Pin ±50 mA

Выводы (выходы) у 74AC14 соединять параллельно? ... или может повторитель на транзисторах соорудить?

[Алаев Ян]

Выводы (выходы) у 74AC14 соединять параллельно?

это может создать проблем больше, чем мы имеем сейчас за счет появления сквозных токов при неодновременном переключении инверторов.

Отправлено спустя 1 минуту 18 секунд:

для одного выхода (вывода микросхемы) будет многовато.

или может повторитель на транзисторах соорудить?

тем не менее - это работает! Все же это не статический режим, а импульсный. Время импульса на переключение реле порядка 5-10 мс.

[goldmen8]

тем не менее - это работает!

Ну как то очень не предсказуемо. ... я бы сказал на тоненького "вдруг и пролезет"

Все же это не статический режим, а импульсный. Время импульса на переключение реле порядка 5-10 мс.

А между импульсами в каком состоянии остаются выхода у 595-й?
Каким методом прекращается воздействие микросхемы на реле?
Чем прерывается импульс воздействия?
Куда девается статический режим?

... сколько много вопросов понаписал.

Ян, Вы используете три пина сдвигового регистра 74HC595
-Pin 11 (SRCLK) «синхронизирующй пин»
-Pin 12 (RCLK) «пин защелка»
-Pin 14 (SER) «пин данных»
... данные с контроллера получены, записаны и выданы на выхода. И там остаются без изменения до следующей процедуры "получения-выдачи".

Или опять, я где-то что-то упускаю (недопонимаю).

Отправлено спустя 47 минут 13 секунд:
Сходил чай попил и додумал...

Выводы (выходы) у 74AC14 соединять параллельно?

это может создать проблем больше, чем мы имеем сейчас за счет появления сквозных токов при неодновременном переключении инверторов.

... разделить реле группами по два (по три) и каждую группу на свой выход 74AC14, входа микросхемы в параллель.
Такое соединение тоже может считаться параллельным?

[poty]

Я не нашёл параметра 200мА.