Přenos digitálních signálů kroužkovými sběrači

Digitalizace je nezvratný proces ve všech průmyslových odvětvích současnosti. Analogové prvky jsou stále častěji nahrazovány svými digitálními ekvivalenty nabízejícími širší technologické možnosti. Jako příklad z oblasti točivých strojů můžeme uvést digitální enkodéry nebo digitální řidicí jednotky motorů.

V případě, že se část systému otáčí, vzniká potřeba přivést na otočnou část nejen napájení, ale i digitální signály. Co s tím? Dokáže běžný kroužkový sběrač s kluzným elektrickým kontaktem signály přenést? Kroužkové sběrače byly primárně vyvinuty pro přenos napájení a nízkofrekvenčních signálů. S takovými si poradí bez nejmenších problémů. Jde o signály ve frekvenčním rozsahu do několika desítek MHz. V současnosti se ale čím dál častěji setkáváme s nutností přenášet digitální signály s frekvenčním rozsahem stovek MHz.

Schopnost a kvalita přenosů vysokofrekvenčních signálů je u kroužkových sběračů dána následujícími faktory:

– šířka přenosového pásma kroužků a kartáčků

– celková impedance obvodu v závislosti na frekvenci

– časové zpoždění přenosu sestavou kroužku a kartáčků v závislosti na frekvenci

– přeslech (cross-talk) mezi jednotlivými obvody

– šířka přenosového pásma použitých vodičů a konektorů

Klíčovým faktorem je šířka pásma. Digitální signál je tvořen nejen základní datovou frekvencí, ale rovněž neméně důležitými vyššími harmonickými. Např. obdélníkový signál s frekvencí 1 MHz může pro kvalitní přenos vyžadovat šířku pásma 5 nebo i 7 MHz pro přenesení páté nebo sedmé harmonické. Pokud nezajistíme přenos vyšších harmonických dojde ke zpomalení přenosu a výskytu chyb.

Důležitá je rovněž impedance kroužkového sběrače. Měla by být dobře přizpůsobena impedanci celého systému. Běžně bývá impedance kroužku a kartáčků v rozsahu 70 až 150 Ω, což by mělo vyhovovat většině digitálních systémů.

Co se týče časového zpoždění, experimentálně bylo změřeno, že jeho vliv je zanedbatelný, je-li přenosová vzdálenost menší než čtvrtina vlnové délky třetí harmonické. Rozhodně platí, že čím menší průměr kroužku tím vyšší frekvence lze přenést. Při nutnosti použít kroužky větších průměrů lze kvalitě přenosu pomoci znásobením přenosových cest. Přeslechu signálů se vyhneme vhodným zapojením obvodů. Doporučuje se jednotlivé obvody přenášející signál vzájemně oddělit obvody se stíněním.

Kroužkové sběrače výrobce LTN Servotechnik GmbH , které na český trh dodává společnost Kwapil & Co GmbH, využívají tzv. fiber brush technologii. Ta byla vyvinuta pro účely kosmického programu a vyznačuje se dlouhou životností bez nutnosti jakékoliv údržby, vysokou spolehlivostí, minimálním opotřebením sběracích kartáčků a minimálním znečištěním vodivých cest. Přenos digitálních signálů o frekvencích až stovek MHz je prověřen nejen v laboratorních podmínkách renomovaných zkušebních ústavů, ale i praxí

Více informací jsou k dispozici na www.ltn.de nebo u Vašeho distributora