Pourquoi de nombreux récepteurs IR sont-ils dans des cages métalliques?

[ajout de la méthodologie 2_D resistor_grid pour explorer les topologies de blindage]

Vous voulez que ce récepteur IR réponde aux photons, pas aux champs électriques externes. Pourtant, la photodiode est une bonne cible pour les déchets provenant de lampes fluorescentes (200 volts en 10 microsecondes) car le tube 4 'a cette action de réamorçage de l'arc 120 fois par seconde. [ou 80 000 Hertz pour certains tubes]

C = E 0 * E r * UNE r e une / ré je s t une n c e

$C = E0*Er*Area/Distance$

9 e - 12 F une r une ré / m e t e r * (E R = 1 une je r) * 0,003 * 0,003 / 1

$9e-12Farad/meter * (ER=1 air) * 0.003*0.003/1$

je = C * ré V / ré T

$I = C * dV/dT$

Cela ---- 2 nanoAmp ---- est apparemment un gros problème (le taux de front, 10 us, est proche de 1/2 période de 38 kHz).

La cage métallique protège en atténuant l'Efield d'une manière exponentielle en améliorant; ainsi, plus la cage est éloignée de la photodiode, plus l'atténuation Efield est spectaculaire. Richard Feynman en discute, dans son livre de poche en 3 volumes sur la physique [je trouverai un lien, ou au moins une page #], dans sa conférence sur les cages de Faraday et pourquoi les trous sont acceptables SI les circuits vulnérables sont espacés de plusieurs trous -diamètres. [encore une fois, une amélioration exponentielle]

Y a-t-il d'autres sources de déchets Efield à proximité? Que diriez-vous de la logique numériquement bruyante0 et de la logique1 pour les écrans LED; 0,5 volts en 5 nanosecondes, ou 10 ^ 8 volts / seconde (rebond standard des niveaux logiques "silencieux", à mesure que l'activité du programme MCU se poursuit). Que diriez-vous d'un régulateur de commutation, à l'intérieur du téléviseur; régulation de l'ACrail, avec 200 volts en 200 nanosecondes, ou 1 milliard de volts / seconde, à un taux de 100 kHz.

À 1 milliard de volts / seconde, nous avons 100 courants d'agresseur nanoAmps. Bien sûr, il ne devrait pas y avoir de ligne de vue entre un switchreg et le récepteur IR, n'est-ce pas?

La visibilité directe n'a pas d'importance. Les Efields explorent tous les chemins possibles, y compris dans les deux sens.

schématique

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

CONSEIL DE COMPORTEMENT: les Efields explorent tous les chemins possibles.

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Du maître de la clairvoyance lui-même, dans ses propres mots, je propose l'explication de M. "Pourquoi la navette spatiale a-t-elle explosé au-dessus de Cap Canaveral?", Le joyeux Dr Richard Feynman.

Il a fourni une introduction de 2 ans à la physique à Caltech, vers 1962. Ses conférences ont été transcrites, très soigneusement pour servir de matériel de référence, [cela vaut la peine de les obtenir et de les relire tous les 5 ans; aussi, l'adolescent curieux savourera les discussions du monde réel dans le style de Feynman] et publié en 3 volumes de poche comme "The Feynman Lectures on Physics". Du volume II, consacré à "principalement l'électromagnétisme et la matière", nous passons au chapitre 7 "Le champ électrique dans diverses circonstances: suite", et aux pages 7-10 et 7-11, il présente "Le champ électrostatique d'une grille" .

Feynman décrit une grille infinie de fils infiniment longs, avec un espacement fil-fil de «a». Il commence par des équations [introduites dans le Volume 1, Chapitre 50 Harmoniques] qui rapprocheront le champ, avec de plus en plus de termes éventuellement utilisables pour obtenir une précision de plus en plus grande. La variable «n» nous indique l'ordre du terme. On peut commencer par "n = 1".

Voici l'équation récapitulative, où «a» est l'espacement entre les fils de la grille:

F n = UNE n * e^{-} Z / Z o

$Fn = An * e^-Z/Zo$

Z o = une / (2 * p je * n)

$Zo = a/(2*pi*n)$

F n = UNE n * e^{-} (2 * p je * 1 * 3 m m) / 3 m m

$Fn = An * e^-(2 * pi * 1 * 3mm)/3mm$

Puisque ce Fn est e ^ -6,28 plus petit que An, nous avons une atténuation rapide du champ électrique externe.

Avec 2,718 ^ 2,3 = 10, 2,718 ^ 4,6 = 100, 2,718 ^ 6,9 = 1000, alors e ^ -6,28 est d'environ 1/500. (1/533, à partir d'une calculatrice)

Notre champ externe d'An a été réduit de 1/500, à 0,2% ou 54 dB plus faible, 3 mm à l'intérieur d'une grille espacée de 3 mm. Comment Feynman résume-t-il sa pensée?

"La méthode que nous venons de développer peut être utilisée pour expliquer pourquoi le blindage électrostatique au moyen d'un écran est souvent tout aussi bon qu'avec une tôle solide. Sauf à une distance de l'écran de quelques fois l'espacement des fils de l'écran, le les champs à l'intérieur d'un écran fermé sont nuls. Nous voyons pourquoi un écran en cuivre --- plus léger et moins cher qu'une feuille de cuivre --- est souvent utilisé pour protéger les équipements électriques sensibles des champs perturbateurs externes. " (fin du devis)

Si vous recherchez un système embarqué 24 bits, vous avez besoin d'une atténuation de 24 * 6 = 144 dB; à 54 dB par unité_espacement, vous devez avoir un espacement fil-fil de 3 *, derrière la grille. Pour un système 32 bits, cela devient 32 * 6 = 192 dB, soit près de 4 * espacement fil-fil, derrière la grille.

Mise en garde: c'est de l'électrostatique. Les champs Efield rapides provoquent des courants transitoires dans les fils du réseau. Votre kilométrage variera.

Notez que nous n'avons utilisé que la partie "a = 1" de la solution; pouvons-nous ignorer les parties supplémentaires de la solution harmonique / série? Oui. Avec "n = 2", nous obtenons l'atténuation * atténuation, et "n = 3" donne atten * atten * atten.

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EDIT Pour modéliser des structures mécaniques plus courantes, afin de déterminer les niveaux ultimes de déchets lorsqu'un Efield se couple dans un circuit, nous devons connaître (1) l'impédance du circuit à la fréquence de l'agresseur, et (2) le couplage à partir d'un agresseur de déchets 3_D à un nœud de chaîne de signaux 3_D. Pour plus de simplicité, nous allons modéliser ceci dans 2_D, en utilisant les grid_of_resistors disponibles

schématique

^{simuler ce circuit}

analogsystemsrf
la source

Je suppose que la broche centrale est gnd, qui s'étendrait à l'intérieur pour soutenir le substrat de la puce. Cela ne suffirait-il pas d'un bouclier? Suis aussi suspect que le cadre "X" bloque le chemin optique frontal ... pourrait-il être un diffuseur optique?

glen_geek

Merci pour la réponse mathématique complète, la bonne explication et le délicieux dessin de champs électriques en maraude!

R Zach

Pour des systèmes embarqués performants, tous les brouilleurs doivent être identifiés et quantifiés, de sorte que les risques sont connus à l'avance. En créant des outils pour ce faire, identifier / quantifier, je travaille quotidiennement avec ces problèmes. J'ai vu une équipe s'autodétruire, car elle ignorait les risques de rétroaction dans un récepteur infrarouge. Que ce soit sur PCB ou sur silicium, la nécessité d'atténuer les déchets de 100 dB ou 150 dB est souvent présente. Sans identifier et quantifier les phénomènes, c'est juste un coup de poing et d'espoir. Pour décider d'utiliser des couches supplémentaires, ou un espace PCB supplémentaire, ou 10 broches supplémentaires sur du silicium, il faut une bonne cause. Une extrême fidélité requiert de l'attention.

analogsystemsrf

+1 Pour le référencement et la citation de "The Feynman Lectures on Physics"

jose.angel.jimenez

Pourquoi de nombreux récepteurs IR sont-ils dans des cages métalliques?

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