소개
일반적으로 단순히 절연이라고 하는 갈바닉 절연(절연)은 전기 시스템의 개별 부품이 서로 다른 접지 전위에 있을 수 있는 방식입니다. 디커플링의 가장 일반적인 두 가지 이유는 산업용 등급 제품의 고장에 대한 안전이며, 필요한 경우 유선 통신각각 자체 전원 공급 장치가 있는 장치 간에
전력 분리 방법
변압기
디커플링의 가장 일반적인 형태는 변압기를 사용하는 것입니다. 디커플링이 필요한 전원 안정화 회로를 설계할 때 설계의 절연 부분은 전압 레벨을 증감해야 하는 필요성과 연관되며 시스템의 별도 부분으로 간주되지 않습니다. 전체 전기 시스템을 분리해야 하는 경우(예: 많은 자동차 테스트 장비에서 전원 공급 장치를 AC 주전원에서 분리해야 함) 1:1 변압기를 시스템과 직렬로 설치하여 다음을 제공할 수 있습니다. 필요한 격리.
그림 1 - SMD 변압기 범위
커패시터
덜 일반적인 디커플링 방법은 커패시터를 직렬로 사용하는 것입니다. 커패시터를 통해 흐르는 AC 신호의 가능성으로 인해 이 방법은 효과적인 방법 AC 주전원에서 전기 시스템 부품의 격리. 이 방법은 오류가 발생하면 변압기가 회로를 차단하고 커패시터가 단락되기 때문에 변압기 방법보다 신뢰성이 떨어집니다. AC 주전원에서 갈바닉 절연을 제공하는 목표 중 하나는 오류가 발생한 경우 사용자가 작동하는 무제한 전류 소스로부터 안전하다는 것입니다.
그림 2 - 커패시터를 사용하여 디커플링을 생성하는 예
신호 절연 방법
광절연체
신호가 서로 다른 접지 전위에서 회로의 두 부분 사이를 통과해야 하는 경우 광절연기(광 커플러)가 널리 사용되는 솔루션입니다. 광절연기는 내부 LED에 전원이 공급되면 열리는("켜짐") 광트랜지스터입니다. 내부 LED에서 방출되는 빛은 신호 경로이므로 접지 전위 사이의 절연이 깨지지 않습니다.
그림 3 - 일반적인 광절연기의 구조홀 센서
별도의 접지 전위가 있는 전기 시스템 간에 정보를 전송하는 또 다른 방법은 홀 효과를 기반으로 하는 센서를 사용하는 것입니다. 홀 센서는 유도를 비침습적으로 감지하고 조사 중인 신호와 직접 접촉할 필요가 없으며 절연 장벽을 위반하지 않습니다. 다양한 접지 전위에서 회로를 통해 유도 정보를 전달하는 가장 일반적인 용도는 전류 센서입니다.
그림 4 - 도체를 통해 전류를 측정하는 데 사용되는 전류 센서
결론
갈바닉 절연(절연)은 비 DC 전류가 흐를 수 있고 다른 접지 전위를 가질 수 있는 전기 시스템/하위 시스템의 분리입니다. 디커플링은 전력과 신호의 주요 범주로 나눌 수 있습니다. 디커플링을 달성하는 방법에는 여러 가지가 있으며 프로젝트의 요구 사항에 따라 일부 방법이 다른 방법보다 선호될 수 있습니다.
실제 예
그림 5 - TPS23753PW 컨트롤러 기반 PoE 프로젝트 다이어그램(Power over Ethernet, PoE) 위의 다이어그램에서 여러 변압기와 광절연기가 이더넷 PD(Powered Device) 장치에 사용되는 스위칭 전원 공급 장치를 만드는 데 사용됩니다. 커넥터 J2에는 PoE 소스에서 전체 시스템을 분리하는 내부 자석이 있습니다. T1 및 U2는 조정된 3.3V 출력(빨간색 선 오른쪽)에서 전원 공급 장치(빨간색 선 왼쪽)를 분리합니다.
이 기사에서는 주로 아날로그 신호의 광학 절연에 중점을 둘 것입니다. 고려될 것이다 예산 옵션. 또한 회로 솔루션의 속도에 주목합니다.
아날로그 신호를 분리하는 방법
작은 리뷰. 아날로그 신호를 갈바닉 절연하는 세 가지 주요 방법이 있습니다: 변압기, 광 및 커패시터. 처음 두 가지가 가장 많이 사용되었습니다. 오늘은 있다 전체 수업절연 증폭기 또는 절연 증폭기(절연 증폭기)라고 하는 장치. 이러한 장치는 변환을 통해 신호를 전송합니다(회로에 신호 변조기와 복조기가 있음).
그림 1. 절연 증폭기의 일반 체계.
아날로그 전압 신호를 전송하는 장치(ADUM3190, ACPL-C87)와 전류 션트에 직접 연결하는 특수 장치(SI8920, ACPL-C79, AMC1200)가 있습니다. 이 기사에서는 값 비싼 장치를 고려하지 않지만 iso100, iso124, ad202..ad215 등 일부 장치를 나열합니다.
선형화 피드백(Linear Optocoupler)이 있는 디커플링 광 증폭기와 같은 다른 종류의 장치도 있습니다. 이러한 장치에는 il300, loc110, hcnr201이 포함됩니다. 이러한 장치의 작동 원리는 일반적인 연결 다이어그램을 보면 쉽게 이해할 수 있습니다.
그림 2. 광 증폭기를 디커플링하기 위한 일반적인 회로.
Isolation Amplifiers에 대한 자세한 내용은 A. J. Peyton, W. Walsh "Analog Electronics with Operational Amplifiers"(2장), 또한 실리콘 연구소의 AN614 "A Simple Alternative To Analog Isolation Amplifiers" 문서를 참조하십시오. 비교표. 두 소스 모두 온라인에서 사용할 수 있습니다.
광 신호 절연을 위한 특수 마이크로칩
이제 비즈니스로! 먼저 il300, loc110, hcnr201의 세 가지 특수 미세 회로를 비교하겠습니다. 동일한 구성표에 따라 연결:
그림 3. il300, hc용 테스트 회로Nr201 및 loc110.
차이점은 각각 il300, hcnr201 R1, R3=30k, R2=100R 및 loc110 10k 및 200R에 대한 등급에만 있습니다(최대 성능을 달성하기 위해 다른 등급을 선택했지만 동시에 허용 한계를 초과하지 않았습니다. 예를 들어, 방출 다이오드의 전류에 의해). 다음은 자체적으로 말하는 파형입니다(이하: 파란색은 입력 신호, 노란색은 출력 신호).
그림 4. 과도 il300의 오실로그램.
그림 5. Hcnr201 과도 파형.
그림 6. 과도 파형위치110.
이제 ACPL-C87B 칩(입력 신호 범위 0..2V)을 고려하십시오. 그녀에게 솔직히 말해서, 나는 오랫동안 소란을 피웠다. 나는 두 개의 미세 회로를 사용할 수 있었고 첫 번째에서 예상치 못한 결과를 얻은 후 두 번째를 특히 납땜할 때 매우 조심스럽게 처리했습니다. 문서에 표시된 계획에 따라 모든 것을 수집했습니다.
그림 7. 에 대한 일반적인 계획ACPL— 씨문서에서 87.
결과는 동일합니다. 나는 전원 다리 근처에 직접 세라믹 커패시터를 납땜하고 연산 증폭기를 변경하고 (물론 다른 회로에서 확인했습니다) 회로를 재조립했습니다. 실제로 걸림돌은 무엇입니까? 출력 신호에 상당한 변동이 있습니다.
그림 8. 과도 파형ACPL— 씨87.
제조업체가 0.013mVrms의 출력 신호 노이즈 레벨을 약속하고 옵션 "B"의 경우 정확도는 ±0.5%라는 사실에도 불구하고. 무슨 일이야? 0.013 mVrms를 믿기 어렵기 때문에 문서의 실수일 수 있습니다. 불명. 그러나 Vout Noise 반대편의 Test Conditions/Notes 열과 문서의 그림 12를 살펴보겠습니다.
그림 9. 입력 신호의 크기와 출력 필터의 주파수에 대한 잡음 레벨의 의존성.
여기서 그림이 조금 더 선명해집니다. 분명히 제조업체는 저역 통과 필터를 통해 이러한 소음을 억제할 수 있다고 말합니다. 글쎄, 조언 주셔서 감사합니다 (아이러니). 왜 이 모든 것이 그렇게 교활한 방식으로 밝혀졌습니까? 아마도 그 이유는 분명합니다. 아래는 출력 RC 필터(R=1k, C=10nF(τ=10μS))가 있는 경우와 없는 경우의 그래프입니다.
그림 10. 과도 파형ACPL— 씨87 출력 필터 미포함 및 포함.
신호 디커플링을 위한 범용 광커플러 사용
이제 가장 흥미로운 것으로 넘어 갑시다. 아래는 인터넷에서 찾은 도표입니다.
그림 11. 두 개의 옵토커플러에서 아날로그 신호의 광 디커플링을 위한 일반적인 방식입니다.
그림 12. 두 개의 옵토커플러에서 아날로그 신호의 광 디커플링을 위한 일반적인 방식입니다.
그림 13. 두 개의 옵토커플러에서 아날로그 신호의 광 디커플링을 위한 일반적인 방식입니다.
이 솔루션에는 장점과 단점이 있습니다. 장점은 더 높은 절연 전압이고 단점은 두 개의 미세 회로가 매개 변수가 크게 다를 수 있으므로 동일한 배치의 미세 회로를 사용하는 것이 좋습니다.
이 회로를 6n136 칩에 조립했습니다.
그림 14. 6에서 과도 파형 분리N136.
그것은 효과가 있었지만 천천히. 다른 마이크로 회로(예: sfh615)를 조립하려고 시도했지만 결과는 느리지만 천천히 진행됩니다. 더 빨리 필요했습니다. 또한 발생하는 자체 발진으로 인해 종종 회로가 작동하지 않습니다 (이 경우 ACS가 불안정하다고 말합니다))) 커패시터 C2 그림의 값을 높이는 데 도움이됩니다. 16.
한 친구가 가정용 광 커플러를 조언했습니다. AOD130A. 얼굴 결과:
그림 15. AOD130A의 과도 디커플링의 오실로그램.
다음은 다이어그램입니다.
그림 16: AOD130A의 디커플링 다이어그램.
출력 신호가 입력보다 작은지 큰지에 따라 하나의 전위차계(RV1 또는 RV2)가 필요합니다. 원칙적으로 R3=4.7k와 직렬로 하나의 RV=2k만 배치하거나 R3 없이 RV2=10k만 남겨두는 것도 가능했다. 원칙은 분명합니다. 약 5k를 조정할 수 있다는 것입니다.
신호 변압기 절연 칩
변압기 옵션으로 넘어 갑시다. ADUM3190 초소형 회로는 200kHz 및 400kHz(저는 400kHz에서 ADUM3190TRQZ가 있음)의 두 가지 버전으로 제공되며 더 높은 절연 전압 ADUM4190을 위한 초소형 회로도 있습니다. 케이스가 QSOP16 중에서 가장 작습니다. 0.4 ~ 2.4V의 출력 전압 Eaout. 내 마이크로칩에 출력 전압약 100mV의 변위(오실로그램 그림 18 참조). 일반적으로 잘 작동하지만 개인적으로 출력 전압 범위에 완전히 만족하지 않습니다. 문서의 구성표에 따라 조립:
그림 17. 설명서의 ADUM3190 다이어그램.
일부 파형:
그림 18. ADUM3190 과도 현상의 오실로그램.
결과
요약하다. 제 생각에 가장 좋은 옵션은 국내 ADO130A 계획입니다(방금 어디서 구했습니까?!). 마지막으로 작은 비교 테이블:
| 칩 | tr+delay (오실레이터에 따라), µs | tf+지연 (오실레이터에 따라), µs | 범위 전압, V | 전압 단열재, V | 노이즈(진동) mVp-p. | 개당 가격**, r (05.2018) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| IL300 | 10 | 15 | 0-3* | 4400 | 20 | 150 |
| HCNR201 | 15 | 15 | 0-3* | 1414 | 25 | 150 |
| LOC110 | 4 | 6 | 0-3* | 3750 | 15 | 150 |
| ACPL-C87B | 15 | 15 | 0-2 | 1230 | nd | 500 |
| 6N136 | 10 | 8 | 0-3* | 2500 | 15 | 50 |
| AOD130A | 2 | 3 | 0.01-3* | 1500 | 10 | 90 |
| ADUM3190T | 2 | 2 | 0.4-2.4 | 2500 | 20 | 210 |
*- 대략 (에 따라 조립된 회로속도 최적화 포함)
** - 최소값의 평균 가격.
야로슬라프 블라소프
추신 Proton OJSC에서 제조한 AOD130A(검정색 케이스에 로고가 새겨져 있음)가 좋습니다. 오래된 것(갈색 케이스의 90년대)은 좋지 않습니다.
일련의 기사는 세 부분으로 구성됩니다.
계획에 대한 간섭.
전자 장치의 정상적인 작동 중에는 회로에 노이즈가 나타날 수 있습니다.
간섭은 장치의 정상적인 작동을 방해할 뿐만 아니라 완전한 고장으로 이어질 수도 있습니다.
쌀. 1. 유용한 신호의 간섭.
연구 중인 회로 부분에 간섭을 포함시키면 오실로스코프의 화면에서 간섭을 볼 수 있습니다(그림 1). 간섭 기간은 매우 짧거나(나노초 단위, 소위 "바늘") 매우 길 수 있습니다(몇 초). 간섭의 모양과 극성도 다릅니다.
간섭의 전파(통과)는 회로의 유선 연결을 통해서만 발생하는 것이 아니라 때로는 전선으로 연결되지 않은 회로 부분 사이에서도 발생합니다. 또한 간섭이 중첩되어 서로 요약될 수 있습니다. 따라서 하나의 약한 간섭이 장치 회로의 고장을 일으키지 않을 수 있지만 여러 개의 약한 임의 간섭이 동시에 누적되면 장치의 오작동이 발생합니다. 이 사실은 간섭이 훨씬 더 무작위적인 특성을 취하기 때문에 여러 번 간섭을 검색하고 제거하는 것을 복잡하게 만듭니다.
간섭 소스는 대략 다음과 같이 나눌 수 있습니다.
- 간섭의 외부 소스.장치 근처에 강한 전자기장 또는 정전기장이 있으면 전자 장치가 오작동할 수 있습니다. 예를 들어 낙뢰, 고전류 릴레이 전환 또는 전기 용접 작업입니다.
- 간섭의 내부 소스.예를 들어, 장치의 무효 부하(모터 또는 전자석)를 켜고 끌 때 나머지 회로가 고장날 수 있습니다. 잘못된 프로그램 알고리즘도 내부 간섭의 원인이 될 수 있습니다.
외부 간섭으로부터 보호하기 위해 구조 또는 개별 부품을 금속 또는 전자파 차폐에 배치하고 외부 간섭에 덜 민감한 회로 솔루션도 사용합니다. 내부 간섭에서 필터 사용, 작업 알고리즘 최적화, 전체 회로의 구성 변경 및 부품의 상대적 위치 변경에 도움이 됩니다.
모든 간섭을 무분별하게 억제하지 않고 의도적으로 회로에서 해를 입히지 않고 소멸되는 위치로 유도하는 것은 매우 우아한 것으로 간주됩니다. 어떤 경우에는 이 방법이 훨씬 간단하고 컴팩트하며 저렴합니다.
회로의 간섭 가능성을 추정하고 이를 방지하는 방법은 이론적인 지식과 실제 경험을 필요로 하는 쉬운 작업이 아닙니다. 그러나 그럼에도 불구하고 경도로 인해 간섭 가능성이 증가한다고 말할 수 있습니다.
- 회로의 스위칭 전류 또는 전압이 증가하면
- 회로 부품의 감도가 증가함에 따라
- 적용된 부품의 속도가 증가합니다.
잦은 고장으로 인해 완성된 설계를 다시 하지 않으려면 회로 설계 단계에서 이미 가능한 간섭원과 전파 경로를 숙지하는 것이 좋습니다. 모든 간섭 징후의 약 절반이 "불량" 전력과 관련이 있으므로 부품에 전력을 공급하는 방법을 선택하여 장치 설계를 시작하는 것이 가장 좋습니다.
전원 공급 장치 간섭.
그림 2는 전원 공급 장치, 제어 회로, 드라이버 및 액추에이터로 구성된 전자 장치의 일반적인 블록 다이어그램을 보여줍니다.
이 사이트의 시리즈 중 가장 단순한 로봇은 대부분 이 구성표에 따라 제작되었습니다.
쌀. 2. 제어 및 전원 부품의 공동 전원 공급 장치.
이러한 체계에서는 제어와 권력이라는 두 부분을 조건부로 구별할 수 있습니다. 제어 부분은 비교적 적은 전류를 소비하고 제어 또는 컴퓨팅 회로를 포함합니다. 전원 부분은 훨씬 더 많은 전류를 소비하며 증폭기와 종단 부하를 포함합니다.
계획의 각 부분을 더 자세히 고려해 보겠습니다.
쌀. 2 가.
힘의 원천(그림 2a.) "배터리" 또는 주 변압기 전원 공급 장치일 수 있습니다. 전원 공급 장치에는 전압 조정기와 소형 필터도 포함될 수 있습니다.
쌀. 2 나.
제어 방식- 이것은 알고리즘의 작동에 따라 모든 정보가 처리되는 체계(그림 2b)의 일부입니다. 예를 들어 모든 센서의 외부 소스 신호도 여기에 올 수 있습니다. 제어 회로 자체는 마이크로컨트롤러나 다른 마이크로 회로를 사용하거나 개별 요소를 사용하여 조립할 수 있습니다.
통신선제어 회로를 액추에이터 드라이버에 연결하기만 하면 됩니다. 즉, 배선 또는 PCB 트랙일 뿐입니다.
쌀. 2인치
실행 장치(그림 2 c.)는 종종 전기 신호를 다음으로 변환하는 메커니즘입니다. 기계 작업전기 모터 또는 전자석과 같은. 즉, 액추에이터는 전류를 다른 형태의 에너지로 변환하고 일반적으로 비교적 큰 전류를 소비한다.
쌀. 2년
제어 회로의 신호가 매우 약하기 때문에 드라이버 또는 증폭기(그림 2d)는 많은 계획의 필수적인 부분입니다. 드라이버는 예를 들어 액추에이터 유형에 따라 하나의 트랜지스터 또는 특수 미세 회로에서만 실행할 수 있습니다.
일반적으로 강력한 간섭의 주요 원인은 액추에이터입니다. 여기에 나타난 간섭은 드라이버를 통과하여 전원 버스를 따라 더 퍼집니다(그림 2의 간섭은 주황색 화살표로 개략적으로 표시됨). 그리고 제어 회로는 동일한 전원에서 전원이 공급되기 때문에 이 간섭도 영향을 미칠 가능성이 있습니다. 즉, 예를 들어 모터에 나타나는 간섭이 드라이버를 통과하여 제어 회로의 고장으로 이어질 수 있습니다.
간단한 회로에서는 전원과 병렬로 약 1000마이크로패럿의 고용량 커패시터와 세라믹 0.1마이크로패럿을 병렬로 넣으면 충분하다. 그들은 단순한 필터 역할을 할 것입니다. 소비 전류가 약 1A 이상인 회로에서 복잡한 모양의 강한 간섭으로부터 보호하려면 부피가 크고 복잡한 필터를 설치해야 하지만 이것이 항상 도움이 되는 것은 아닙니다.
많은 계획에서 가장 간단한 방법으로회로의 제어 및 전원 부분에 별도의 전원 공급 장치를 사용하면 간섭의 영향을 제거하는 데 도움이됩니다. 별도의 전원 공급 장치.
별도의 전원이 간섭을 방지하는 데만 사용되는 것은 아닙니다.
음식을 분리합니다.
그림에. 도 3은 장치의 블록도를 도시한다. 이 회로는 두 개의 전원 공급 장치를 사용합니다. 회로의 전원 부분은 전원 공급 장치 1, 및 제어 체계 -에서 전원 공급 장치 2. 두 전원 모두 극 중 하나에 의해 연결되며, 이 전선은 전체 회로에 공통이며 신호는 통신 라인을 통해 이에 대해 전송됩니다.
쌀. 3. 제어 및 전원 부품에 대한 별도의 전원 공급 장치.
언뜻보기에 두 개의 전원 공급 장치가있는 이러한 회로는 번거롭고 복잡해 보입니다. 실제로 이러한 별도의 전원 공급 회로는 예를 들어 모든 가정용 장비의 95%에 사용됩니다. 별도의 전원 공급 장치에는 전압과 전류가 다른 변압기 권선이 다를 뿐입니다. 이것은 별도의 전원 공급 회로의 또 다른 장점입니다. 공급 전압이 다른 여러 장치를 하나의 장치에서 사용할 수 있습니다. 예를 들어 컨트롤러에는 5볼트를 사용하고 모터에는 10-15볼트를 사용합니다.
그림의 다이어그램을 보면 도 3을 참조하면, 전원부로부터의 간섭이 전원선을 따라 제어부로 들어갈 수 없음을 알 수 있다. 결과적으로 그것을 억제하거나 걸러낼 필요가 완전히 사라집니다.
쌀. 4. 안정기로 전원을 분리하십시오.
모바일 로봇과 같은 모바일 구조에서는 치수로 인해 두 개의 배터리 팩을 사용하는 것이 항상 편리한 것은 아닙니다. 따라서 하나의 배터리 팩을 사용하여 별도의 전원 공급 장치를 구축할 수 있습니다. 이 경우 제어 회로는 저전력 필터가 있는 안정기를 통해 주 전원에서 전원이 공급됩니다(그림 1). 4. 이 회로에서는 선택한 유형의 안정기 양단의 전압 강하를 고려해야 합니다. 일반적으로 제어 회로에서 요구하는 전압보다 높은 전압의 배터리 팩을 사용합니다. 이 경우 배터리가 부분방전되어도 회로의 동작성은 유지된다.
쌀. 5. 별도의 전원 공급 장치가 있는 L293.
많은 드라이버 마이크로 회로는 별도의 전원 공급 회로에 사용하도록 특별히 설계되었습니다. 예를 들어 잘 알려진 L293 드라이버 칩( 쌀. 5) 출력이 있습니다 대- 제어 회로(Logic Supply Voltage) 및 출력에 전원 공급 대- 전원 드라이버의 마지막 단계에 전원을 공급합니다(공급 전압 또는 출력 공급 전압).
시리즈의 마이크로 컨트롤러 또는 논리 칩이 있는 로봇의 모든 설계에서 별도의 전원 공급 회로를 사용하여 L293을 켤 수 있습니다. 이 경우 전원 부분의 공급 전압(모터용 전압)은 4.5~36볼트 범위에 있을 수 있으며 전압은 마이크로컨트롤러 또는 로직 칩(보통 5볼트)에 전원을 공급할 때와 동일하게 Vss에 인가될 수 있습니다. .
제어 부품(마이크로 컨트롤러 또는 로직 칩)이 안정기를 통해 전원이 공급되고 전원 부품이 배터리 팩에서 직접 전원이 공급되는 경우 에너지 손실을 크게 줄일 수 있습니다. 안정기는 전체 구조가 아닌 제어 회로에만 전원을 공급하기 때문입니다. 그것 - 별도 전원 공급의 또 다른 장점: 에너지 절약.
그림 3의 다이어그램을 다시 보면 공통 배선(GND) 외에 전원 섹션도 통신 라인을 통해 제어 회로에 연결되어 있음을 알 수 있습니다. 어떤 경우에는 노이즈가 이러한 와이어를 통해 전원 섹션에서 제어 회로로 전달될 수도 있습니다. 또한 이러한 통신 회선은 종종 전자기 영향("픽업")에 매우 취약합니다. 소위 적용하여 이러한 유해한 현상을 한 번에 완전히 제거 할 수 있습니다. 갈바닉 절연.
갈바닉 절연은 간섭을 방지하기 위해서만 사용되는 것은 아닙니다.
갈바닉 절연.
언뜻보기에는 그러한 정의가 믿기지 않을 수 있습니다!
없이 어떻게 신호를 보낼 수 있습니까? 전기 접점?
사실, 이것을 허용하는 두 가지 방법이 있습니다.
쌀. 6.
광 신호 전송반도체의 감광성 현상을 기반으로 합니다. 이를 위해 한 쌍의 LED와 감광소자(포토트랜지스터, 포토다이오드)가 사용된다(그림 6).
쌀. 7.
한 쌍의 LED 광검출기는 서로 반대편에 있는 하나의 하우징에 격리되어 있습니다. 이 세부 사항은 광 커플러(외국 이름 광커플러), 그림 7.
전류가 옵토커플러의 LED를 통과하면 내장된 광검출기의 저항이 변경됩니다. 이것은 LED가 광검출기와 완전히 분리되어 있기 때문에 비접촉 신호 전송이 발생하는 방식입니다.
각 신호 전송 라인에는 별도의 광 커플러가 필요합니다. 광학적으로 전송되는 신호의 주파수는 0에서 수십 또는 수백 킬로헤르츠 범위일 수 있습니다.
쌀. 여덟.
유도 신호 전송변압기의 전자기 유도 현상을 기반으로 합니다. 변압기 권선 중 하나의 전류가 변경되면 다른 권선의 전류가 변경됩니다. 따라서 신호는 첫 번째 권선에서 두 번째 권선으로 전송됩니다(그림 8). 권선 사이의 이러한 연결은 변신 로봇, 갈바닉 절연을 위한 변압기는 때때로 다음과 같이 불립니다. 절연 변압기.
쌀. 9.
구조적으로 변압기는 일반적으로 링 페라이트 코어에 만들어지며 권선에는 수십 개의 권선이 포함됩니다(그림 9). 이러한 변압기의 명백한 복잡성에도 불구하고 몇 분 안에 독립적으로 만들 수 있습니다. 갈바닉 절연을 위한 기성품 소형 변압기도 판매됩니다.
각 신호 전송 라인에 대해 이러한 별도의 변압기가 필요합니다. 전송된 신호의 주파수는 수십 헤르츠에서 수십만 메가헤르츠까지 다양합니다.
전송된 신호의 유형과 회로 요구 사항에 따라 변압기 또는 광 갈바닉 절연을 선택할 수 있습니다. 양쪽에 갈바닉 절연이 있는 회로에서는 나머지 회로와 일치(커플링, 인터페이스)하기 위해 특수 변환기가 종종 설치됩니다.
이제 그림 10의 제어 부품과 전원 부품 사이에 갈바닉 절연을 사용하는 블록 다이어그램을 고려하십시오.
쌀. 10. 별도의 전원 공급 장치 및 통신 채널의 갈바닉 절연.
이 다이어그램은 회로 부품 사이에 전기 접촉이 없기 때문에 전원 부품의 간섭이 제어 부품을 관통할 방법이 없음을 보여줍니다.
갈바닉 절연의 경우 회로 부품 간의 전기적 접촉이 없기 때문에 고전압 전원으로 액추에이터를 안전하게 제어할 수 있습니다. 예를 들어, 몇 볼트로 전원이 공급되는 어떤 종류의 제어 패널은 수백 볼트의 주 위상 전압과 전기적으로 분리될 수 있어 작업자의 안전이 향상됩니다. 이것은 갈바닉 절연이 있는 회로의 중요한 이점입니다.
갈바닉 절연이 있는 제어 회로는 거의 항상 중요한 장치와 스위칭 전원 공급 장치에서 찾을 수 있습니다. 특히 약간의 간섭 가능성이 있는 곳에서는 더욱 그렇습니다. 그러나 아마추어 장치에서도 갈바닉 절연이 사용됩니다. 갈바닉 절연으로 인해 회로가 약간 복잡해지기 때문에 장치의 원활한 작동에 대한 완전한 확신이 생깁니다.
최근 여러 게시물로 판단하면 갈바닉 절연이 무엇이며 왜 필요한지 강조하는 것이 좋습니다. 그래서:
갈바닉 절연- 전기 회로 사이의 전기적 접촉 없이 전기 회로 사이의 에너지 또는 신호 전송.
이제 몇 가지 예를 살펴보겠습니다. :)
예 1. 네트워크
가장 자주 그들은 주전원과 관련하여 갈바닉 절연에 대해 이야기하며 여기에 그 이유가 있습니다. 콘센트에서 전선을 손으로 잡았다고 상상해보십시오. 전기 측면에서 "연결"은 다음과 같습니다.그리고 예, 슬리퍼의 누설 전류는 네트워크의 "상"선을 만질 때 "타격"을 느끼기에 충분합니다. 슬리퍼가 건조하면 그러한 "타격"은 일반적으로 무해합니다. 그러나 젖은 바닥에 맨발로 서 있으면 그 결과가 매우 끔찍할 수 있습니다.
회로에 변압기가 있는지 여부는 완전히 다른 문제입니다. 
변압기의 단자 중 하나를 만지면 전류가 흐르지 않습니다. 단순히 흐를 곳이 없으며 변압기의 두 번째 단자가 공중에 매달려 있습니다. 물론 변압기의 두 터미널을 모두 잡고 충분한 전압을 제공하면 계속해서 갉아먹을 것입니다.
따라서 이 경우 변압기는 갈바닉 절연을 제공합니다. 변압기 외에도 더 많은 것들이 있습니다. 다른 방법들전기 접점을 생성하지 않고 신호 전송:
- 광학: 광커플러, 광섬유, 태양 전지판
- 라디오: 수신기, 송신기
- 사운드: 스피커, 마이크
- 용량성: 매우 작은 커패시터를 통해
- 기계식: 모터 제너레이터
- 당신은 여전히 생각할 수 있습니다
예 2: 오실로스코프
계획의 절반을 날려 버리는 메가 클래식 방법이 있습니다. 포럼에도 해당 포럼이 있습니다. 사실 많은 사람들이 오실로스코프(및 기타 많은 장비)가 접지에 연결되어 있다는 사실을 잊고 있습니다. 주전원에서 직접 전원이 공급되는 회로에 오실로스코프를 연결할 때의 전체 그림은 다음과 같습니다.
기억하십시오. 회로에 무언가를 연결하면 회로의 일부가 됩니다! 이는 다양한 측정 장비에서도 마찬가지입니다.
이러한 회로에서 무언가를 측정하는 올바른 방법은 220->220 절연 변압기를 통해 연결하는 것입니다. 
기성품 변압기 220-> 220은 찾기가 매우 어렵습니다. 따라서 소위 시프터를 사용할 수 있습니다. 시프터는 2개의 변압기(예: 220-> 24)이며 다음과 같이 직렬로 꺼집니다. 
실제로 어떻게 보이는지 다음에서 보았을 것입니다. 
체인질링은 하나의 변압기 220->220보다 훨씬 낫습니다.
- 입력과 출력 사이에 절반의 커패시턴스를 제공합니다.
- 중간 부분을 접지할 수 있으므로 네트워크의 간섭을 필터링하는 것이 매우 좋습니다.
- 3 개의 변압기를 켤 수 있으며 440 또는 110 볼트를 얻을 수 있습니다.
노래
오래전에 나는 갈바닉 절연이라는 주제로 곡을 쓰기도 했습니다. 스포일러 아래의 노래.노래, 가사 및 설명
다양한 오디오 일렉트로닉스를 하다가 이 미니곡을 녹음했습니다. 한 친구는 튜브 기타 로션을 만들고 220을 220으로 바꾸는 변압기가 완전히 쓸모가 없다고 생각하여 회로에서 버리고 그 값을 지불했습니다. 메탈 미니송치고는 꽤 화제가 될 것 같다는 생각이 들었다.
이봐 올드패그! 귀하의 브라우저는 html5를 지원하지 않습니다! 새로 고치다!
당신은 양극 변압기를 넣지 않았습니다
네트워크에서 직접 전원 공급
발 밑에 배터리가 있었다
그리고 당신은 손으로 기타를 잡았습니다.전류는 필멸의 몸을 관통한다
꿈틀거리는 필멸의 육체
당신은 당신의 손을 열 수 없습니다
당신은 혼자이고 아무도 도울 수 없습니다찢고 굽기
전자가 심장을 쥐어짜
이길 것인가, 가라앉을 것인가?
안전이 무엇보다 중요하다는 것을 기억하십시오.
그건 그렇고, 이 작은 노래의 결론 외에도 두 가지 더 좋은 팁이 있습니다.
- 예, 모든 작업 주전원 전압최소 2명이 해야 합니다.
- 전류로 치면 손이 줄어들므로 처음에는 오른손 등으로 장치를 만지는 것이 좋습니다.
결론
당연히 결의의 주제는 여기서 끝나지 않는다. 예를 들어, 인터체인지를 통해 빠른 신호를 전송하는 것은 매우 어렵습니다. 그러나 이것에 대해 - 조금 후에.갈바닉 절연. 광 커플러 회로
| 광 커플러라고도하는 광 커플러는 적외선을 사용하여 두 개의 절연 된 전기 회로 사이에서 전기 신호를 전송하는 전자 부품입니다. 절연체로서 광 커플러는 통과를 방지할 수 있습니다. 높은 전압체인을 따라. 라이트 배리어를 통한 신호 전송은 IR LED의 도움으로 발생하며 포토트랜지스터와 같은 감광 소자는 광커플러 구조의 기초입니다. 광커플러는 다양한 모델과 내부 구성으로 제공됩니다. 가장 일반적인 것 중 하나는 그림과 같이 4핀 패키지에 IR 다이오드와 포토트랜지스터를 함께 제공하는 것입니다.
작동 중에는 특정 매개변수를 초과해서는 안 됩니다. 이 최대값은 그래프와 함께 사용되어 작동 모드를 적절하게 설계합니다.
입력 측에서 적외선 방출 다이오드는 특정 최대 순방향 전류 및 전압을 가지며 이를 초과하면 방출 소자가 소손됩니다. 그러나 너무 작은 신호라도 빛을 발할 수 없으며 회로를 따라 더 이상 신호가 전달되지 않습니다. 광커플러의 장점
광커플러의 단점
광커플러의 적용
갈바닉 절연 및 비접촉 제어의 요소로서의 광커플러의 다양성, 다른 많은 기능의 다양성 및 고유성은 광커플러의 적용 분야가 컴퓨터 기술, 자동화, 통신 및 무선 장비, 자동화 제어 시스템, 측정 장비인 이유입니다. , 제어 및 규제 시스템, 의료 전자 제품, 시각 디스플레이 장치. 에 대해 더 알아보기 다양한 방식광커플러는 이 문서를 참조하십시오. |
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갈바닉 절연: 원리 및 체계
갈바닉 절연은 하나의 장치에 존재하고 기술적 성능을 향상시키는 다른 회로와 관련하여 고려 중인 전류 회로의 전기적 절연 원리입니다. 갈바닉 절연다음 작업을 해결하는 데 사용됩니다.
- 신호 체인 독립성 달성. 다양한 장치 및 장치를 연결할 때 사용되며 다른 유형의 장치를 연결할 때 발생하는 전류에 대한 전기 신호 회로의 독립성을 보장합니다. 독립적인 갈바닉 커플링은 전자기 호환성 문제를 해결하고 간섭의 영향을 줄이며 신호 회로의 신호 대 잡음비를 개선하고 진행 중인 프로세스 측정의 실제 정확도를 높입니다. 절연된 입력 및 출력을 통한 갈바닉 절연은 다음과 장치의 호환성에 기여합니다. 다양한 장치전자기 환경의 복잡한 매개변수에서. 다채널 측정기그룹 또는 채널 교환이 있습니다. 디커플링은 여러 측정 채널에 대해 동일하거나 각 채널에 대해 채널별로 자율적으로 수행될 수 있습니다.
- 전기 안전에 대한 현재 GOST 52319-2005의 요구 사항 충족. 이 표준은 전기 제어 및 측정 장비의 절연 저항을 규제합니다. 갈바닉 절연은 전기 안전을 보장하기 위한 일련의 조치 중 하나로 간주되며 다른 보호 방법(접지, 전압 및 전류 제한 회로, 안전 피팅 등)과 병렬로 작동해야 합니다.
디커플링 제공 가능 다양한 방법및 기술적 수단: 갈바닉 욕조, 유도 변압기, 디지털 절연체, 전기 기계 계전기.
갈바닉 절연을 위한 솔루션 다이어그램
산업 조건에서의 작동과 관련된 수신 신호의 디지털 처리를 위한 복잡한 시스템을 구축하는 동안 갈바닉 절연은 다음 작업을 해결해야 합니다.
- 중요한 전류 및 전압으로부터 컴퓨터 회로를 보호합니다. 이는 작업 조건이 산업 전자파에 노출되는 경우나 접지에 어려움이 있는 경우에 중요합니다. 이러한 상황은 인적 영향 요인이 큰 차량에서도 발생합니다. 오류는 값비싼 장비의 완전한 고장을 유발할 수 있습니다.
- 사용자를 피해로부터 보호 전기 충격. 가장 일반적인 문제는 의료 기기와 관련이 있습니다.
- 다양한 간섭의 유해한 영향을 최소화합니다. 도량형 스테이션에서 정밀 시스템을 구축할 때 정확한 측정을 수행하는 실험실에서 중요한 요소입니다.
현재 변압기 및 광전자 절연이 널리 사용됩니다.
광 커플러의 작동 원리
광 커플러 회로
발광 다이오드는 순방향 바이어스되어 포토트랜지스터의 빛만 받습니다. 이 방법에 따르면 회로의 갈바니 연결이 수행되며 한쪽은 LED와 연결되고 다른 쪽은 포토 트랜지스터와 연결됩니다. 광전자 장치의 장점은 넓은 범위에 걸쳐 통신을 전송할 수 있는 능력, 높은 주파수에서 깨끗한 신호를 전송할 수 있는 능력 및 작은 선형 치수를 포함합니다.
전기 충격의 승수
트랜스미터-이미터, 통신 라인 및 수신 장치로 구성된 필요한 수준의 전기 절연을 제공합니다.
펄스 승수
통신 라인은 필요한 수준의 신호 절연을 제공해야 하며 수신 장치에서 펄스는 사이리스터를 시작하는 데 필요한 값으로 증폭됩니다.
디커플링을 위해 변압기를 사용하면 신뢰성이 높아집니다. 설치된 시스템그 중 하나가 실패하는 경우 직렬 다중 복합 채널을 기반으로 구축되었습니다.
다중 채널의 매개변수
채널 메시지는 정보, 명령 또는 응답 신호로 구성되며 주소 중 하나는 사용 가능하며 시스템 작업을 수행하는 데 사용됩니다. 변압기를 사용하면 직렬 다중 복합 채널을 기반으로 조립된 시스템 기능의 신뢰성이 향상되고 여러 수신기에 장애가 발생한 경우 장치의 작동이 보장됩니다. 신호 레벨에서 다단계 전송 제어를 사용하기 때문에 높은 노이즈 내성 표시기가 제공됩니다. 에 일반 모드작동하면 여러 소비자에게 메시지를 보낼 수 있으므로 시스템의 초기 초기화가 용이합니다.
가장 간단한 전기 장치는 전자기 릴레이입니다. 그러나 이 장치를 기반으로 하는 갈바닉 절연은 높은 관성, 비교적 큰 치수를 가지며 소비되는 많은 양의 에너지를 소수의 소비자에게만 제공할 수 있습니다. 이러한 단점은 릴레이의 광범위한 적용을 방해합니다.
푸시-풀 갈바닉 절연은 전체 부하 모드에서 사용되는 전기 에너지의 양을 크게 줄여 장치의 경제적 성능을 향상시킬 수 있습니다.
푸시-풀 디커플링
갈바닉 절연의 사용으로 인해 현대적인 회로를 만드는 것이 가능합니다. 자동 제어, 높은 안전성, 신뢰성 및 작동 안정성을 갖춘 진단 및 제어.
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갈바닉 절연. 옵토커플러가 아니라면 누구입니까?
전자공학에는 갈바닉 절연과 같은 것이 있습니다. 그것의 고전적인 정의는 전기 접촉 없이 전기 회로 사이의 에너지 또는 신호의 전달입니다. 당신이 초보자라면, 이 표현은 매우 일반적이고 신비스럽게 보일 것입니다. 엔지니어링 경험이 있거나 물리학을 잘 기억한다면 변압기와 광커플러에 대해 이미 생각했을 가능성이 큽니다.
컷 아래의 기사는 전용입니다. 다른 방법들갈바닉 절연 디지털 신호. 우리는 이것이 왜 필요한지, 그리고 제조업체가 현대 마이크로 회로 "내부"에 절연 장벽을 구현하는 방법을 알려줄 것입니다.
이미 언급했듯이 음성은 디지털 신호의 격리에 중점을 둡니다. 또한 본문에서 갈바닉 절연이란 두 개의 독립적인 전기 회로 간의 정보 신호 전송을 의미합니다.
왜 필요한가
디지털 신호를 분리하여 해결되는 세 가지 주요 작업이 있습니다.
가장 먼저 떠오르는 것은 고전압 보호입니다. 실제로 갈바닉 절연을 제공하는 것은 대부분의 전기 제품에 대한 안전 요구 사항입니다. 자연적으로 낮은 공급 전압을 갖는 마이크로 컨트롤러가 전력 트랜지스터 또는 기타 고전압 장치에 대한 제어 신호를 설정하도록 합니다. 이것은 일반적인 작업 이상입니다. 전력 및 전압 측면에서 제어 신호를 증가시키는 드라이버와 제어 장치 사이에 절연이 없으면 마이크로 컨트롤러는 단순히 소진될 위험이 있습니다. 또한 입출력 장치는 일반적으로 제어 회로와 연결되어 있어 "켜기" 버튼을 누르는 사람이 쉽게 회로를 닫을 수 있고 수백 볼트의 충격을 받을 수 있으므로 신호의 갈바닉 절연은 다음과 같은 역할을 합니다. 사람과 장비를 보호합니다. 
다른 공급 전압으로 전기 회로를 인터페이스하기 위해 절연 장벽이 있는 미세 회로를 사용하는 것도 덜 인기가 있습니다. 여기에서는 모든 것이 간단합니다. 회로 사이에는 "전기적 연결"이 없으므로 신호, 즉 미세 회로의 입력 및 출력에서 정보 신호의 논리적 수준은 "입력" 및 "출력"의 전원 공급 장치에 해당합니다. "회로를 각각 나타냅니다. 
갈바닉 절연은 시스템의 노이즈 내성을 높이는 데도 사용됩니다. 무선 전자 장비의 주요 간섭 원인 중 하나는 흔히 장치 본체인 소위 공통 와이어입니다. 갈바닉 절연 없이 정보를 전송할 때 공통 와이어는 정보 신호를 전송하는 데 필요한 송신기와 수신기의 전체 전위를 제공합니다. 공통 와이어는 일반적으로 전주 중 하나의 역할을 하기 때문에 다양한 전자 장치, 특히 전원 장치를 여기에 연결하면 단기 임펄스 노이즈가 발생합니다. 교체 시 제외됩니다. 전기적 연결» 절연 장벽을 통한 연결용. 
작동 방식
전통적으로 갈바닉 절연은 변압기와 광커플러라는 두 가지 요소로 구성됩니다. 세부 사항을 생략하면 전자는 아날로그 신호에 사용되고 후자는 디지털 신호에 사용됩니다. 우리는 두 번째 경우만 고려하므로 독자에게 광커플러가 누구인지 상기시키는 것이 합리적입니다. 전기 접촉 없이 신호를 전송하기 위해 한 쌍의 발광체(대부분 LED)와 광검출기가 사용됩니다. 입력에서 전기 신호는 "광 펄스"로 변환되고, 광 투과층을 통과하고, 광검출기에 의해 수신되고, 전기 신호로 다시 변환됩니다.
광커플러 절연은 엄청난 인기를 얻었으며 수십 년 동안 디지털 신호를 분리하는 유일한 기술이었습니다. 그러나 반도체 산업이 발전하고 모든 것이 통합되면서 다른 것을 희생시키면서 절연 장벽을 구현하는 미세 회로가 등장했습니다. 현대 기술. 디지털 절연기는 하나 이상의 절연 채널을 제공하는 미세 회로로, 각 채널은 신호 전송 속도와 정확도, 잡음 내성 측면에서, 그리고 가장 흔히 채널당 비용 측면에서 광커플러보다 성능이 뛰어납니다.
디지털 절연체의 절연 장벽은 다양한 기술을 사용하여 제조됩니다. 잘 알려진 회사 Analog Devices는 ADUM 디지털 절연기의 장벽으로 펄스 변압기를 사용합니다. 초소형 회로 하우징 내부에는 두 개의 수정이 있으며 폴리미드 필름에 별도로 만들어진 펄스 변압기가 있습니다. 수정 송신기는 정보 신호의 전면을 따라 두 개의 짧은 펄스를 생성하고 정보 신호의 감소를 따라 하나의 펄스를 생성합니다. 펄스 변압기약간의 지연으로 역 변환이 수행되는 송신기 수정 펄스를 수신할 수 있습니다.
설명된 기술은 갈바닉 절연 구현에 성공적으로 사용되었으며 여러 면에서 광커플러보다 우수하지만 짧은 입력 펄스로 작업할 때 간섭에 대한 변압기의 감도 및 왜곡 위험과 관련된 여러 가지 단점이 있습니다.
절연 장벽이 커패시턴스에 구현되는 미세 회로에는 훨씬 더 높은 수준의 간섭 저항이 제공됩니다. 커패시터를 사용하면 통신을 배제할 수 있습니다. 직류신호 회로에서 갈바닉 절연과 동일한 수신기와 송신기 사이. 
마지막 문장이 당신을 흥분시켰다면.. 커패시터에 갈바닉 절연이 있을 수 없다고 비명을 지르고 싶은 불타는 욕망을 느낀다면, 이와 같은 스레드를 방문하는 것이 좋습니다. 분노가 가라앉으면 이 모든 논란이 2006년으로 거슬러 올라갑니다. 그곳에서 2007년과 마찬가지로 우리는 아시다시피 돌아오지 않을 것입니다. 그리고 정전 용량 장벽이 있는 절연체는 오랫동안 완벽하게 제조, 사용 및 작동해 왔습니다.
용량성 디커플링의 장점은 높은 에너지 효율, 작은 치수 및 외부 자기장에 대한 저항입니다. 이를 통해 저렴한 통합 절연체를 만들 수 있습니다. 높은 요금신뢰할 수 있음. 그들은 Texas Instruments와 Silicon Labs의 두 회사에서 생산합니다. 이 회사는 채널을 만들기 위해 서로 다른 기술을 사용하지만 두 경우 모두 이산화규소가 유전체로 사용됩니다. 이 재료는 높은 전기적 강도를 가지며 수십 년 동안 미세 회로 제조에 사용되었습니다. 결과적으로 SiO2는 결정에 쉽게 통합되고 수 마이크로미터 두께의 유전체 층은 수 킬로볼트의 절연 전압을 제공하기에 충분합니다. 한쪽(Texas Instruments) 또는 양쪽(Silicon Labs) 콘덴서 패드가 위치합니다. 크리스털은 이 패드를 통해 연결되므로 정보 신호는 절연 장벽을 통해 수신기에서 송신기로 전달됩니다.Texas Instruments와 Silicon Labs는 용량 장벽을 칩에 통합하는 데 매우 유사한 기술을 사용하지만 전송에는 완전히 다른 원리를 사용합니다. 정보 신호.
Texas Instruments의 각 절연 채널은 비교적 복잡한 회로입니다.
"하반부"를 고려하십시오. 정보 신호는 입력 신호의 상승 및 하강 에지를 따라 짧은 펄스가 취해진 RC 체인에 공급되고 이 펄스를 사용하여 신호가 복원됩니다. 용량 장벽을 통과하는 이 방법은 느리게 변화하는(저주파) 신호에 적합하지 않습니다. 제조업체는 채널을 복제하여 이 문제를 해결합니다. 회로의 "하반부"는 고주파수 채널이며 100Kbps의 신호용입니다. 100kbps 미만의 신호는 회로의 "상반부"에서 처리됩니다. 입력 신호는 높은 클록 주파수로 예비 PWM 변조를 거치고 변조된 신호는 절연 장벽에 공급되며 신호는 RC 체인의 펄스에 의해 복원되고 추가로 복조됩니다. 격리된 채널의 출력에 있는 의사 결정 회로는 신호의 "절반"이 미세 회로의 출력으로 보내져야 하는 "결정"합니다.
Texas Instruments 절연기 채널 다이어그램에서 볼 수 있듯이 저주파 및 고주파 채널 모두 차동 신호를 사용합니다. 독자에게 그 본질을 상기시키겠습니다.
차동 전송은 간단하고 효과적인 방법공통 모드 간섭에 대한 보호. 송신기 측의 입력 신호는 서로 반대되는 두 개의 신호 V+ 및 V-로 "분할"되며, 이는 서로 다른 특성의 공통 모드 간섭에 의해 동일하게 영향을 받습니다. 수신기는 신호를 빼서 결과적으로 잡음 Vsp가 제거됩니다.
차동 전송은 Silicon Labs의 디지털 절연기에도 사용됩니다. 이 마이크로 회로는 더 간단하고 안정적인 구조를 가지고 있습니다. 정전 용량 장벽을 통과하기 위해 입력 신호는 고주파 OOK(On-Off Keyring) 변조를 받습니다. 즉, 정보 신호의 "하나"는 고주파 신호가 있으면 인코딩되고 "0"은 고주파 신호가 없을 때 인코딩됩니다. 변조된 신호는 한 쌍의 커패시턴스를 통해 왜곡 없이 전달되고 송신기 측에서 복원됩니다.