为什么很多红外接收器都装在金属笼子里?

电器工程 红外线的 干涉
2022-01-28 05:18:37

我猜这是接收器周围的法拉第笼,但不知道他们为什么需要一个。38kHz(它们的工作频率)附近是否存在某种常见干扰?

这是我认为我使用过的唯一获得这种特殊待遇的组件。一个较大的笼子可能在 VCR 中的一个左右,而一个小的婴儿笼子有时会出现在独立的 PC 安装组件周围:

电脑安装

感谢您的洞察力!

2个回答

[添加了用于探索屏蔽拓扑的 2_D 电阻器网格方法]

您希望 IR 接收器响应光子,而不是外部电场。然而,光电二极管是荧光灯(10 微秒内 200 伏)垃圾的一个很好的目标,因为 4' 管具有每秒 120 次的再触发电弧动作。[或某些管子为 80,000 赫兹]

使用电容的平行板模型,$$C = E0*Er*Area/Distance$$,二极管面积为3mm*3mm,距离为1米,电容为$$9e-12法拉/米*(ER=1空气)* 0.003*0.003/1$$ 或 ~~ 1e-11 * 1e-5 = 10^-16Farad

在 2000 万伏/秒的转换速率下,荧光灯的电流是多少?$$I = C * dV/dT$$ 或 I = 1e-16Farad * 2e+7 Volt/second = 2nanoAmp

---- 2 nanoAmp ---- 显然是一个大问题(边缘速率,10 us,接近 38 kHz 的 1/2 周期)。

金属笼通过以指数级改进的方式衰减电场来提供保护;因此,笼子距离光电二极管越远,电场衰减就越剧烈。Richard Feynman 在他关于物理学的 3 卷平装本中讨论了这一点 [我会找到一个链接,或者至少是一页 #],在他关于法拉第笼的讲座中,以及为什么如果易受攻击的电路隔开几个孔,这些孔是可以接受的-直径。[再次,指数级改进]

附近有其他 Efield 垃圾来源吗?LED 显示器的数字噪声逻辑 0 和逻辑 1 怎么样?0.5 伏在 5 纳秒内,或 10^8 伏/秒(随着 MCU 程序活动的继续,“安静”逻辑电平的标准反弹)。电视内部的开关稳压器怎么样?以 100 kHz 的速率在 200 纳秒内以 200 伏或 10 亿伏/秒调节 ACrail。

在 10 亿伏特/秒时,我们有 100 纳安的侵入电流。当然,switchreg 和 IR 接收器之间应该没有视线,是吗?

视线无关紧要。Efields 探索所有可能的路径,包括上下或拐角处。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

行为提示:Efields 探索所有可能的路径。

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这位头脑清晰的大师本人,用他自己的话,为“为什么航天飞机在卡纳维拉尔角上空爆炸?”先生,兴高采烈的理查德·费曼博士提供了解释。

大约 1962 年,他在加州理工学院提供了为期 2 年的物理学介绍。他的讲座被转录,非常仔细地作为参考资料,[值得得到这 3 本书,并且每 5 年重读一次;此外,这位好奇的少年将品味费曼风格的现实世界讨论],并以“费曼物理学讲座”的形式出版了 3 卷平装本。从第二卷,重点是“主要是电磁和物质”,我们转到第 7 章“各种情况下的电场:续”,在第 7-10 页和第 7-11 页,他介绍了“网格的静电场” .

费曼描述了一个由无限长的线组成的无限网格,线间距为“a”。他从方程开始[在第 1 卷第 50 章谐波中介绍],这些方程将近似场,越来越多的项可选地用于实现越来越高的精度。变量“n”告诉我们术语的顺序。我们可以从“n = 1”开始。

这是汇总方程,其中“a”是网格线之间的间距:

$$Fn = An * e^-Z/Zo$$ 其中 Zo 是 $$Zo = a/(2*pi*n)$$

在网格上方距离 Z = a 处,因此我们在间隔 3mm 的网格上方 3mm,并且仅使用解决方案的“n = 1”部分,我们有 $$Fn = An * e^-(2 * pi * 1 * 3mm)/3mm$$

由于这个 Fn 比 An 小 e^-6.28,我们可以快速衰减外部电场。

如果 2.718^2.3 = 10, 2.718^4.6 = 100, 2.718^6.9 = 1000,则 e^-6.28 约为 1/500。(1/533,来自计算器)

我们的 An 外场减少了 1/500,降低了 0.2% 或 54dB,在间隔为 3mm 的网格内 3mm。费曼如何总结他的思想?

“我们刚刚开发的方法可以用来解释为什么通过屏幕进行静电屏蔽通常与使用实心金属片一样好。除了在距屏幕几倍于屏幕线间距的距离内,封闭屏内的磁场为零。我们明白为什么铜屏——比铜片更轻、更便宜——通常用于屏蔽敏感电气设备免受外部干扰场的影响。” (结束报价)

如果您寻求24位嵌入式系统,则需要24*6 = 144dB衰减;在每 unit_spacing 54dB 时,您需要 3*wire-wire 间距,在网格后面。对于 32 位系统,网格后面变为 32*6 = 192 dB,或接近 4* 线间距。

警告:这是静电。快速电场会在电网导线中产生瞬态电流。您的里程会有所不同。

请注意,我们只使用了解决方案的“a = 1”部分;我们可以忽略谐波/串联解决方案的附加部分吗?是的。使用“n = 2”,我们得到衰减 * 衰减,而“n = 3”产生 atten * atten * atten。

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编辑要对更常见的机械结构进行建模,以确定电场耦合到电路中时的最终垃圾水平,我们需要知道 (1) 电路在干扰频率下的阻抗,以及 (2) 来自 3_D 垃圾干扰的耦合到 3_D 信号链节点。为简单起见,我们将使用可用的 grid_of_resistors 对其进行二维建模

示意图

模拟这个电路

答案很简单。

当 PD 在最远距离接收小信号时,PD 可能仅接收 <1uA,因此即使具有 60 dB 增益,AGC IR Rx 具有 >1MΩ 阻抗,使其对拾取的杂散电场敏感探测器和电线。

在外部屏蔽它可能与 Sharp/Vishay 在内部的屏蔽相媲美,但由于高阻抗,使用适当的 IR 5mm 发射器通过分流杂散电场将检测范围扩展到大约 50m,因此屏蔽是必要的。

由于集成 BPF AGC 和 ASK 检测器所需的日光阻挡滤光片和 3 个引脚,可以看出它是 IR。