Pulsfördelningsnätverk i störande miljö

Kandidatuppsats i Elektroteknik

Institutionen för systemteknik, Linköpings universitet, 2019

Pulsfördelningsnätverk i

störande miljö

Kandidatuppsats i Elektroteknik

Pulsfördelningsnätverk i störande miljö:

Filip Söder

LiTH-ISY-EX-ET--19/0484--SE Handledare: Ted Johansson

isy_{, Linköpings universitet} Joakim Nyman Östlund Rickard Staaf

Saab Seaeye Examinator: Mark Vesterbacka

isy_{, Linköpings universitet}

Elektroniska Kretsar och System Institutionen för systemteknik

Linköping University 581 83 Linköping Copyright © 2019 Filip Söder

Sammanfattning

Detta arbete har utförts i samarbete med Saab Seaeye och rör deras undervat-tensfarkost Sabertooth. En lokal GPS (global positioning system) genererar en PPS-signal (pulse per second) som används till att synkronisera klockor runtom i farkosten. Om denna signal har för hög överlagrad störning så kommer inte en-heter fungera önskvärt. Farkosten ska klara djup ner till 3000 m, varför elektroni-ken placeras tätt i en tryckbehållare, vilket leder till en störande miljö. Dessutom ska inte redan existerande delar av systemet störas ut om farkosten expanderas genom att koppla in fler enheter.

Arbetets syfte var att hitta källan till störningar på PPS-signalen samt undersöka och verifiera metoder som skyddar mot dessa störningar. De metoder som har undersökts är differentiell signalering (RS-422), optoisolering samt buffersteg. De kabeltyper som har undersökts är koaxialkabel, tvinnade kablar utan skärm (UTP) och tvinnade kablar med skärm (STP) som jordas endast hos sändare eller hos både sändare och mottagare. Den störande miljön är fortfarande ett problem i farkosten, men genom användning av antingen koaxialkabeln eller STP så lyc-kades störningarna reduceras markant. Att även isolera kommunikationsenheten med resterande system och implementera kraftfulla drivkretsar ger möjligheten till expandering utan att påverka redan existerande enheter.

Abstract

This thesis has been executed in cooperation with Saab Seaeye and concerns their underwater vehicle Sabertooth. A local GPS (global positioning system) gener-ates a PPS signal (pulse per second) that is used to synchronize clocks around the vehicle. If this signal contains high noise, devices throughout the vehicle might not operate properly. The vehicle sustains depths down to 3000 m and because of that all of the electronics is tightly packed inside a pressure vessel, which leads to a noisy environment. Additionally, if the vehicle is chosen to expand by con-necting more devices, the already existing devices of the system should not be interfered.

The purpose of this thesis was to find the source of overlying noise the PPS signal contained and also investigate methods that may protect against this noise and verify these methods. The methods that have been investigated are differential signaling (RS-422), opto isolation, and line drivers. The cables that have been in-vestigated are coaxial cable, unshielded twisted pair (UTP), and shielded twisted pair (STP) that were grounded at driver and at both driver and receiver. The noisy environment is still a problem inside the vehicle but by implementation of coaxial cables or STP, the noise can be attenuated. By also isolating the commu-nication unit from the rest of the system and by implementing line drivers, the possibility to expand without affecting already existing devices is given.

Tack

Stort tack till mina handledare på Saab Seaeye, Rickard Staaf och Joakim Nyman Östlund som alltid svarade på mina frågor samt kom med goda råd och vägled-ning om både arbetets innehåll och rapportens utformvägled-ning.

Jag vill även tacka min handledare och examinator på LiU, Ted Johansson och Mark Vesterbacka som bidragit med intressanta diskussioner samt hjälpt till med rapportens struktur.

Tack till Per Järmark på ÅF Pöyry AB som har gjort detta arbete möjligt.

Linköping, Maj 2019 Filip Söder

Innehåll

Figurer xi

1 Inledning 1

1.1 Bakgrund . . . 1

1.2 Problemformulering och frågeställningar . . . 2

1.3 Begränsningar . . . 3

1.4 Översikt . . . 3

2 Teori 5 2.1 Relaterad forskning . . . 5

2.2 Sonar och trigger . . . 6

2.3 GPS och PPS . . . 6 2.4 Systemet idag . . . 6 2.5 Störningar . . . 9 2.5.1 Interna störningar . . . 9 2.5.2 Externa störningar . . . 10 2.6 Föreslagna lösningar . . . 10 2.6.1 Differentiell signalering . . . 11 2.6.2 Optoisolering . . . 12 2.6.3 Buffra signalen . . . 13 3 Metod 15 3.1 Förstudier . . . 15 3.2 Problemsökning . . . 16 3.2.1 Simulerad farkost . . . 16 3.3 Simulering . . . 18 3.3.1 Differentiell signalering . . . 19 3.3.2 Optoisolering . . . 20 3.3.3 Buffra signalen . . . 21 3.4 Kablage . . . 22 3.5 Sammanfattning av förstudie . . . 25 4 Resultat 29 ix

x Innehåll

4.1 Implementation . . . 29 4.2 Mätvärden . . . 32

5 Diskussion och slutsatser 35

5.1 Diskussion . . . 35 5.2 Slutsatser . . . 36

Figurer

1.1 Sabertooth . . . 2

2.1 Bild över systemet . . . 7

2.2 Dragning av PPS-signal . . . 8

2.3 Blockdiagram över styrbords frontlock . . . 8

2.4 Illustration av jordning på systemnivå . . . 9

2.5 Differentiell signalering . . . 11

2.6 Illustration av en jordslinga . . . 12

2.7 Optokopplare . . . 13

2.8 Överföringskaraktäristiken för 74HCT14 från tillverkaren Nexpe-ria . . . 14

3.1 Mätuppkoppling . . . 17

3.2 Olastad signal på kommunikationsenheten . . . 17

3.3 Modell för PPS från kommunikationsenhet till en last på 1 kΩ . . 18

3.4 Simuleringsresultat för PPS utan någon åtgärd . . . 19

3.5 Modell av differentiell PPS . . . 19

3.6 Resultat av differentiell modell . . . 20

3.7 Modell till optoisolering . . . 20

3.8 Resultat modell optoisolering . . . 21

3.9 Modell av bufferkrets . . . 21

3.10 Resultat för modell av bufferkrets . . . 22

3.11 PPS-signalen utan åtgärd . . . 23

3.12 Tvinnade kablar utan skärm . . . 23

3.13 Tvinnade kablar med skärmjordat på en sida . . . 23

3.14 Tvinnade kablar med skärmjordat på båda sidor . . . 24

3.15 Koaxialkabel . . . 24

3.16 Blockschema för triggerkort . . . 26

3.17 Optoisolator HCPL-2430 . . . 26

4.1 Slutgiltig krets för triggerkort . . . 30

4.2 Mätuppkoppling . . . 30

4.3 Simulerat system i labbmiljö . . . 31

4.4 Triggerkortet till vänster och kommunikationsenhet till höger . . . 31

4.5 Störgenerator i form av ferrit och signalgenerator . . . 32 xi

xii FIGURER

4.6 Mätresultat över R2Sonic . . . 32

4.7 Mätresultat över EdgeTech . . . 33

4.8 Mätresultat över PHINS . . . 33

1

Inledning

Obemannade undervattensfarkoster används idag i stor utsträckning inom både militärt och civilt syfte. Dessa farkoster kan antingen vara förprogrammerade till att utföra en specifik uppgift, kallade AUV (Autonomous Underwater Vehicle), eller fjärrstyras via kabel (ROV, Remotely Operated Vehicle). För att få farkoster-na att fungera och operera önskvärt krävs en stor andel olika sensorer runtom farkosten samt stora elektriska motorer för att styra farkosten. Exempelvis så an-vänds sonar och för att det ska fungera så krävs ett nätverk av akustiska sensorer. Dessa sensorer behöver vara synkroniserade till varandra med liten felmarginal för att nätverket ska kunna operera önskvärt [1]. För att uppnå detta så används en PPS-signal (Pulse Per Second) och ZDA-meddelande, vilket består av tidsinfor-mation som genereras från en befintlig GPS i farkosten. Utöver att alla sensorer behöver vara synkroniserade så får de inte heller skicka akustiska pulser (kallas

pinga framöver) samtidigt, för då kan de störa ut varandra och detta löses med

trigg-pulser som ser till att en sensor i taget skickar dessa akustiska pulser.

1.1

Bakgrund

Systemet som utvecklas i detta examensarbete ska användas till en farkost som heter Sabertooth och är utvecklad av Saab Seaeye. Den klarar av att dyka ner till 3000 m [2], vilket betyder att all elektronik måste placeras i en tryckbehållare för att klara av att hålla vattnet ute. Farkosten visas i figur 1.1.

2 1 Inledning

Figur 1.1:Sabertooth

Anledning till att detta examensarbete utformades var att en del enheter inte arbetade önskvärt och efter mätningar uppmärksammades den stora överliggan-de störning på framförallt PPS-signalen, men även på trigg-pulsen. I dagsläget sköts PPS-signalen och dessa trigg-pulser helt separat. PPS-signalen dras seriellt från en kommunikationsenhet som har tillgång till GPS till alla de delsystem som har behov av signalen. Trigg-pulserna distribueras med hjälp av ett labbkort som egentligen är konstruerat för någonting annat. Båda signalerna dras single-ended (TTL-signal) genom hela systemet och ligger båda på 5 V vilket leder till en hög känslighet mot externa och interna störningar, samt förluster. Labbkortet som an-vänds i dagsläget till distribution av trigg-pulserna tar onödigt stor plats, då alla funktioner inte utnyttjas och är därför i behov av uppdatering.

1.2

Problemformulering och frågeställningar

Tryckbehållarna som all elektronik placeras i begränsar volymen som finns till-gänglig, vilket leder till att kretskort och kablage hamnar tätt packat. Detta ska-par en störande miljö. Dessutom så tas ingen hänsyn till hur jordning sker i syste-met. Kablarna som dras mellan de olika systemen är många och ska dras långa sträckor. Utöver detta så behandlas signalledare och returledare separat i några av enheterna. Detta orsakar onödigt hög känslighet mot externa störningar.

Systemet använder som källa till matningsspänningen sig av fem olika DC/DC-omvandlare; tre st. 48 V och en på 24 V respektive 12 V. Dessa omvandlare kan driva en hög ström genom returledaren i förhållande till vad TTL-signalen driver, vars returen kopplas ihop. Detta kan orsaka en varierande nivå på referensen, vil-ket orsakar en överliggande störning på TTL-signalen. Frågorna som besvaras i detta arbete är följande:

1.3 Begränsningar 3

• Finns det någon metod som går att implementera för att undvika dessa störningar?

• Hur ska verifiering av implementerad metod gå till?

1.3

Begränsningar

Begränsningar införs på grund av att detta examensarbete har en omfattning på 10 veckor. Det leder till att huvudfokuset i detta arbete kommer att begränsas till att framförallt undersöka PPS-signalen och metoder för att förbättra dess integri-tet. Metoder som framförallt kommer undersökas i detta arbete är differentiell signalering (i form av standarden RS-422/485), att buffra signalen innan/efter varje enhet för att återfå en stabil signal samt isolering med hjälp av optoisolator. Rapporten kommer inte heller att ta upp någon diskussion om etiska eller sam-hälleliga aspekter då detta arbete inte har någon direkt koppling till någon av dessa.

1.4

Översikt

Rapporten är upplagd så att i kapitel 1 ges en introduktion till ämnet och med en kort bakgrund varför detta examensarbete utförs. I kapitel 2 djupdyks det mer i hur systemet ser ut i detalj. Dessutom täcks den teori som behövs för att förstå metoderna som undersöks under arbetets gång. Därefter i kapitel 3 så presente-ras mätningar på systemet innan åtgärder och även de metoder som undersöks med tillhörande kretsar som simuleras och dess resultat. Ett blockschema för det slutgiltiga systemet presenteras även, samt hur kablar skall dras och skärmas för att undvika externa störningar. I kapitel 4 presenteras den slutgiltiga kretsen med tillhörande komponenter och mätresultat från testfall som illustrerar vad som kan påfresta systemet som värst. I kapitel 5 presenteras en sammanfattning av de slutsatser som dragits och det förs en diskussion om den valda metoden, resultatet samt vad som bör göras i framtiden inom detta arbete.

2

Teori

Flera enheter runtom farkosten behöver ha tillgång till real tid, därav PPS och tillhörande ZDA-meddelande, som innehåller tidsinformation. PPS-signalen lig-ger på endast 3.3 V från GPSen, men buffras till 5 V och ska dras mellan olika enheter genom långa kablar. De olika enheternas matningsspänning består av en DC/DC-omvandlare och försörjs med antingen 12 V, 24 V eller 48 V. PPS-signalen kommer att dela referens med resterande delar av delsystemet vilket kan leda till en varierande nivå på referens på grund av stora strömmar genom systemet. Dessa strömmar har oftast liten påverkan på hur referensensnivån på-verkas, men då PPS ligger på endast 5 V och resterande system upp till 48 V kan dessa strömmar bli avgörande.

Detta kapitel kommer beröra relevant teori för hur systemet fungerar och är uppbyggt i dagsläget, samt teori som behövs för att förstå sig på de metoder som kommer att undersökas i detta arbete.

2.1

Relaterad forskning

Störningar i system är ett välkänt problem. I [3] kan man läsa om en DC-DC omvandlare med dubbel galvanisk isolering för att separera system med mat-ningsspänningen. Det används idag framförallt för att skydda användaren från hög spänning, men skulle kunna användas för att minska interna störningar från regulatorn i detta system. För att inte påverkas lika mycket av interna störning-ar används differentiella signaler väldigt ofta. I [4] kan man läsa om hur LVDS-sändare implementeras med minimal effektförbrukning och brus. PPS används inom många olika områden för att åstadkomma synkronisering. Problemet består dock oftast av att denna signal ska skickas en lång sträcka och får en fördröjning. Man kan läsa om hur detta kompenseras för i [1, 5].

6 2 Teori

2.2

Sonar och trigger

Sonar är ett komplext system som använder sig av akustiska sensorer, signalbe-handling och uppskattningar. Det fungerar så att det skickas ut en akustiskt puls som sedan studsar på föremål runtom. Sensorer lyssnar då på dessa ekon för att bestämma avstånd och position för föremålen med hjälp av signalbehandling och komplexa algoritmer. Det är här trigger-pulserna kommer in. Akustiska pul-ser kan inte skickas ut i vattnet hela tiden eller samtidigt som andra enheter har gjort det utan att störa varandra. Trigg-pulserna samordnar dessa enheter så att endast en i taget sänder ut akustiska pulser och att alla får sin chans att skicka akustiska pulser. Dock så finns det några enheter som har högre prioritet än and-ra och skickar ibland en akustiskt puls vid behov. Då skickas även en signal till trigger-kortet som berättar detta och resterande pulser anpassas utefter det. An-vändaren bestämmer hur dessa trigg-pulser ska se ut genom att skicka en textfil med periodtid, aktiv tid och vilken tidsförskjutning från sekundstart.

2.3

GPS och PPS

GPSen har kontakt med satelliter när farkosten ligger nära vattenytan och får då exakta koordinater samt den exakta PPS-signalen och ZDA-meddelande. När far-kosten dyker och tappar kontakt med satelliterna används tröghetsnavigering för att fortsatt ha koll på position och PPS-signalen fortsätter sändas från GPS motta-garen ombord som skapas från den interna klockan. Denna PPS-signal kommer att driva i tid då den interna klockan inte är lika exakt som den i satelliterna. PPS-signalen genereras en gång i sekunden och är väldigt exakt, ZDA-meddelandet innehåller information såsom år/månad/dag och timme/minut/ sekund. Medde-landet skickas via ethernet, medan PPS skickas direkt från GPS som en 3.3 V signal. PPS-signalen berättar när ZDA-meddelandet gäller och behöver vara ak-tiv mer än 200 µs för att till exempel PHINS (tröghetsnavigationssystemet) ska hinna ta emot hela meddelandet.

ZDA-meddelandet som innehåller tidsinformationen för att synkronisera sy-stemet är endast giltigt när PPS markerar en sekund, så en fördröjning på PPS kan orsaka att enheter inte hinner ta emot hela meddelandet. Dessa enheter går dock att konfigurera så att ZDA-meddelande tas emot först, men att det är ej gil-tigt innan PPS-signalen når fram. I och med detta kan en fördröjning tolereras på PPS, så länge den är samma för alla enheter för att fortsätta hålla systemet synkront [6].

2.4

Systemet idag

Systemet som undersöks och som detta examensarbete jobbar omkring kallas Sa-bertooth. Denna ROV/AUV är i grunden samma, men har små variationer i kab-lage mellan olika farkoster. Farkosten har två stycken kapslar där all elektronik och batterier förvaras, kallade EPOD, en på styrbord respektive babord sida. Ba-bords EPOD innehåller två batterier, medan styrbord endast innehåller ett. I och

2.4 Systemet idag 7

med detta så placeras majoriteten av all elektronik i styrbords EPOD, framförallt i främre delen (frontlock) medan i bakre delen placeras drivsteg till motorer. Se figur 2.1.

Figur 2.1:Bild över systemet

Från GPSen buffras PPS-signalen inuti kommunikationsenheten till en 5 V TTL-signal och dras därifrån till styrbord frontlock. Väl inne i frontlocket så dras den vidare till ett flertal olika enheter beroende på vilken variant av lock just den-na farkost använder sig av. Det vanligaste är att sigden-nalen ska till PHINS, R2Sonic och EdgeTech (tre olika sonarsystem). Returen dras alltid direkt ihop med reste-rande jordningspunkter. Att returen kopplas ihop till restereste-rande jordningspunk-ter, som innefattar 48 V, 24 V och 12 V DC/DC-omvandlares jord, kan leda till oönskade strömmar genom PPS-signalens retur som i sin tur leder till en

vari-8 2 Teori

erande nivå på referensen. Från kommunikationsenheten dras signalen direkt från icke-inverterande OP-förstärkare (AD8642) vilket kan driva en ström på 6 mA. Detta innebär att om denna puls kopplas till en lågresistiv last, så bottnar signalen.

Figur 2.2 visar hur PPS-signalen var dragen när problem började uppstå och PHINS gav ifrån sig felmeddelanden.

Figur 2.2:Dragning av PPS-signal

PPSen dras alltså från styrbord frontlock genom babord frontlock utan att användas och sen vidare till två EPODar vilket kunden som upptäckte problemet kopplat på. Vad som händer inuti dessa EPODar är alltså helt okänt och eftersom den dras långa sträckor, har sin referens ihopkopplad med resterande och kabeln är oskyddad så kommer störningar påverka kvaliteten på signalen hela vägen.

Figur 2.3:Blockdiagram över styrbords frontlock

Ett blockschema över styrbords frontlock visas i figur 2.3. I denna variant dras PPS dock endast till PHINS och R2Sonic. Inte heller illustreras att den även dras

2.5 Störningar 9

vidare till ett don för andra externa enheter.

2.5

Störningar

Störningar kan både vara externa och interna. De externa, oftast i form av elektro-magnetiska störningar från andra närliggande kablar och system, skyddas enklast genom lämplig dragning utav kablarna och ordentlig skärmning. De interna stör-ningarna kan bero på många olika faktorer, såsom varierande jord eller dålig matningsspänning, och har oftast behov av omfattande tekniker för att bli av med. Källan i båda fallen är DC/DC-omvandlare där användning av switchande källa till matningsspänningar medför kraftiga strömvariationer. Dessa strömvari-ationer orsakar både varierande referens på returledare, samt ett magnetiskt fält som kan inducera oönskade strömmar.

2.5.1

Interna störningar

Interna störningar är ett brett begrepp som innefattar flera olika typer av stör-ningar, såsom termiskt brus, övertoner eller spänningsvariationer på matningen. I detta arbete berörs endast jordbrus då det är det som är den troliga källan till problematiken, åter till detta i kapitel 3.

Systemet kan ses så att det är uppdelat i block och jordningen på blocknivå sker då vid ett ställe och för att slippa många långa kablar till en och samma punkt, så sker det i serie mellan systemen. Då flera av systemen drivs på spän-ningar på upp till 48 V kan returströmmar bli relativt stora. Detta, tillsammans med att systemen använder sig av returslingan som referens, kan leda till en vari-erande nivå på referensen för olika enheter [7]. Figur 2.4 visar en förenklad skiss av det hela [7].

Figur 2.4:Illustration av jordning på systemnivå

De olika spänningar som används som referens för respektive krets kan då uttryckas enligt ekvationerna (2.1)–(2.3).

10 2 Teori

VB= (I1+ I2+ I3) · Z1+ (I2+ I3) · Z2 (2.2)

VC= (I1+ I2+ I3) · Z1+ (I2+ I3) · Z2+ I3· Z3 (2.3)

Exempelvis så skulle krets 1 kunna vara kommunikationsenheten som sänder PPS-signalen, vilket då kommer att ha en nivå på 3.3 V i förhållande till VA,

me-dan krets 2 är DC/DC-omvandlaren som försörjer andra kretsar med 48 V. Om då krets 3 är en mottagare av PPS-signalen, som är dragen single-ended, så kom-mer spänningen att hållas till VCsom referens, vilket är beroende av både VA, VB

och sig själv. Detta löses förslagsvis genom att isolera kommunikationsenheten till resten av systemet eller att skicka pulsen differentiellt.

2.5.2

Externa störningar

Dessa externa störningar är elektromagnetiska störningar (EMI, electromagnetic interference) som existerar över hela frekvensspektrumet och består av båda mag-netiska och elektriska fält. Ifall ledare och retur dras separat eller om jordslingor existerar så kommer det magnetiska fält som existerar inducera en ström i dessa slingor, alternativt att ett magnetiskt fält skapas och stör ut andra delar av kret-sen. Störande magnetiska fält uppstår på grund av snabba ändringar av ström genom induktanser och kablars självinduktans. Dessa snabba strömvariationer uppstår framförallt på grund av att DC/DC-omvandlare används som källa för matningsspänning vilket genererar störningar. Den elektromagnetiska kraft, E, som induceras beskrivs i ekvation 2.4

E_{= −}dΦB

dt = −A dB

dt (2.4)

där ΦB är det magnetiska flödet och B det magnetiska fältet [8]. För att skärma

sig mot magnetiska störningar behövs ett material med låg magnetiskt motstånd, det används dock sällan. Vanligare är att använda tvinnade kablar för att minska arean, A i ekvation 2.4 [9].

De störningar som existerar på grund av det elektriska fältet skärmas enkelt bort med ett ledande material som jordas. På så vis kommer en viss del av fältet att reflekteras och resterande inducera ström i skärmen som leds undan direkt till jord. Val av skärm beror på vilket frekvensspann dessa fält ligger i. Eventuella öppningar i skärmen får därför endast existera om fältet är lågfrekvent och om dessa öppningar är betydligt mindre än våglängden på störningen. Genom att skärma dubbelt förbättras immuniteten mot störningar med 10 − 100 dB. För att den inducerade strömmen i skärmen ska kunna ledas undan effektivt är en rund anslutning bäst [10], exempelvis BNC-kontakt.

2.6

Föreslagna lösningar

Att på systemnivå hålla en bra jordning är svårt i ett sådant kompakt och mobilt system som detta. Nedan presenteras teori om olika metoder som kan användas för att undvika problemet.

2.6 Föreslagna lösningar 11

2.6.1

Differentiell signalering

Genom att skicka signaler differentiellt så avvisas gemensamma störningar, common-mode interference, som uppstår på jorden. Om vi hänvisar tillbaka till figur 2.4, så kan PPS-signalen skickas som exempelvis två komplementära signaler från krets 1, båda i förhållande till VA. När krets 3 då tar emot båda dessa signaler så

kommer båda signalerna påverkas lika mycket av att VC används som referens

och förhållandet mellan båda ledarna är detsamma.

Det finns flera olika varianter på differentiella signaler. I figur 2.5 så skickas två komplementära signaler för att även dämpa externa störningar [11]. Det går även att skicka strömmar i dessa ledningar och låta riktningen bestämma värdet.

Figur 2.5:Differentiell signalering

Det finns många företag som producerar dessa sändare och mottagare och fle-ra olika varianter existefle-rar beroende på hur stor variation som kan tänkas uppstå på jorden. Ett mått på hur bra dessa är common-mode rejection ratio (CMRR), se ekvation (2.5).

CMRR = 20 · log10(

Adif f

|_Acm |) dB (2.5)

Där Adif f är differentiella förstärkningen och Acmförstärkningen för den

gemen-samma signalen. Idealt är Acm= 0, alltså CMRR = ∞.

Standarden som undersöks i detta arbete är RS-422, vilket är välanvänt och finns många olika varianter på sändare och mottagare. Nackdelen med denna är att en mottagare måste finnas tillgänglig hos enheten som tar emot denna puls. Då vissa enheter är inköpta från underleverantörer så går detta inte alltid att styra över.

12 2 Teori

2.6.2

Optoisolering

Hela systemet som har flera block med varsin jord kopplas ihop och strömmar får flera returvägar. Detta skapar jordslingor, det vill säga ännu större strömmar som går genom returledare som i sin tur kommer få en varierande nivå. I och med att det finns fler returvägar för strömmar och öppna slingor så finns det en extra känslighet mot elektromagnetisk störning. Denna störning kan inducera en oönskad ström som rör sig mellan jordpunkterna samt i returledare. Se figur 2.6 där Vnär störningen som uppstår [7].

Figur 2.6:Illustration av en jordslinga

Detta kan undvikas genom att använda sig enbart av en jord som allting dras till, vilket endast fungerar vid låga frekvenser då långa kablar har en hög parasit-induktans. Ett alternativ är tillåta dessa slingor och att öka spänning på signaler, så att signal-brusförhållande (SNR, signal-to-noise ratio) ökar, eller använda sig av differentiell signalering som förklarades tidigare i detta kapitel. Det går att bry-ta dessa slingor genom att galvaniskt isolera de olika blocken så att returström-mar endast rör sig genom returledaren. Detta kan bland annat åstadkommas med optokopplare.

2.6 Föreslagna lösningar 13

Figur 2.7:Optokopplare

Optokopplare, som visas i figur 2.7, är den vanligaste varianten av optoisole-ring, även fast fototransistorer är relativt långsamma. I digitala system där data-hastighet har en stor betydelse och galvanisk isolering behövs så används foto-dioder istället. Dessa foto-dioder kan då driva en ström som styr en buffer som klarar att driva större strömmar och laster. Ändamålet i detta arbete är inte att ha så låg fördröjning som möjligt, varför en vanlig optokopplare fungerar i detta fall. Dock så finns färdiga kretsar att använda med fotodioder och buffrar, varför även dessa undersöks.

2.6.3

Buffra signalen

Genom att exempelvis använda en schmittrigger innan varje enhet filtreras ex-terna störningar bort och signalen kan anpassas till den referens som används för just den enheten. En schmittrigger har två tröskelspänningar. En när vi går från låg spänning till hög och en för andra hållet. Detta gör att den passar bra för att återfå en stabil nivå för en brusig signal. I figur 2.8 [12] illustreras över-föringskaraktäristiken för en inverterande schmittrigger, VO är utsignalen och

VIinsignalen. Kretsen anges med en tröskelspänning, VT, och en

hysteresisspän-ning, VH, vilket ger buffern två olika tröskelspänningar beroende på om den slår

14 2 Teori

Figur 2.8:Överföringskaraktäristiken för 74HCT14 från tillverkaren Nexpe-ria

De olika tröskelspänningarna kommer då att kunna beskrivas enligt ekvatio-nerna (2.6)–(2.7). VT + = VT + VH 2 (2.6) VT −= VT − VH 2 (2.7)

Denna buffer kan då kopplas innan varje enhet så att dess utsignal är i för-hållande till enhetens egna referens. Om figur 2.4 återigen tas som exempel; VI

kommer från krets 1 som har en spänning på 3.3 V i förhållande till VA, buffern

kommer då reagera i förhållande till VC och utsignalen kommer även den vara

anpassad till VC, precis som resten av krets 3. Denna buffer kommer även att ta

bort överlagrade störningar som kommer från de andra kretsar pulsen används till.

3

Metod

Detta kapitel beskriver hur undersökning och problemsökning av systemet har gått till. Även hur de föreslagna metoderna både kan testas och implementeras beskrivs samt dess för- och nackdelar.

3.1

Förstudier

Arbetet började med att läsa och förstå systemskisser och gamla rapporter som delades ut av uppdragsgivare. Efter inläsning på dessa system och rapporter så le-tades någorlunda relaterade arbeten och litteratur som skulle kunna tänkas vara till hjälp. Det föll sig ganska naturligt att efter det undersöka differentiell sig-nalering och att använda sig av optokopplare för att isolera delar av systemet. Att buffra signalen innan/efter varje potentiell störningskälla var ett förslag av uppdragsgivare, då liknande lösningar fanns implementerade i deras system.

Trigger-signaler och PPS skulle förslagsvis hanteras tillsammans för att effek-tivisera både fysisk volym och funktion. Eftersom trigg-signalens period, aktiva tid och liknande ställs in av användare är det tidsberoende och skulle därför ha nytta av att använda sig av PPS-signalen. Trigger-kortet som används i dagsläget är, som nämnts tidigare, konstruerat för annat och är därför inte särskilt effektivt. Förslagsvis skulle buffrar kunna kopplas i ledare längs vägen. Detta blir dock in-te lika effektivt då ännu mer plats kommer att tas upp än i dagsläget. Men med ett enda kort som sköter båda dessa delar, kan en ethernetanslutning placeras på kortet istället för att ha adapter mellan ethernet och RS-485 som används i dagsläget. Dessutom kan åtgärder införas för att isolera kundernas EPODar från systemets egna kretsar som har behov av PPS. På så vis kan det garanteras att de interna sonarenheterna såsom PHINS, R2Sonic och EdgeTech inte påvkeras oavsett vad som kopplas in på denna PPS.

16 3 Metod

3.2

Problemsökning

En rapport som delades ut av uppdragsgivare var en undersökning av kvaliteten på PPS och trigg-puls, som hade utförts på grund av att denne hade problem med vissa funktioner runtom i systemet som använder sig av dessa. I denna rap-port presenterades att en bättre signalintegritet kunde åstadkommas bara PPS och returledare tvinnades och placerades nära på kopplingsplintar, vilket visar att mycket av de störningar som existerar är ledningsburna elektromagnetiska störningar. Den främsta källan till dessa elektromagnetiska störningar är DC/DC-omvandlarna som används för att mata spänning till enheterna. Switchande regu-latorer har särskilt stor störningspåverkan när switchfrekvensen ökar [13]. Dess-utom är de överlagrade störningar som presenteras i rapporten desamma som switchfrekvensen. Ifall enheter som matas av dessa omvandlare skulle behöva stora strömvariationer, alltså stor di_dt, leder det till ett spänningsfall över induk-tansen (och parasitinduktanser) och matningen kommer att variera. Denna del har dock utelämnats på grund av arbetets begränsade storlek.

När systemritningarna studerades upptäcktes även att ingen speciell åtgärd har gjorts för att hålla kraftjord, signaljord och digitala jordar åtskilda. Allt har dragits ihop, varför även dessa jordstörningar valts att undersöka.

3.2.1

Simulerad farkost

Då ingen farkost fanns tillgänglig skapades en tillfällig labbuppkoppling som skulle simulera den verkliga farkosten så bra som möjligt. I de senare varianter av farkost har PPS-signalen buffras med en icke-inverterande OP-förstärkare, var-för en signalgenerator används som driver samma OP som finns i farkosten som kommunikationsenhet. Denna OP matas med en 12 V DC/DC-omvandlare, som i sin tur är försörjt med 240 V vilket ska representera batterierna i farkosten. Samma kablar som används i produktion (AWG 20) dras från kommunikations-enheten till kopplingsplintar där signalen splittras till respektive last. De laster som används ska representera PHINS, R2Sonic och EdgeTech och alla värden på dessa laster har tagits från datablad till respektive enhet. PHINS är isolerad och ersätts därför med en 470Ω resistor mellan signal och retur. R2Sonic ersätts med 21 kΩ, EdgeTech med 4.7 kΩ, båda mellan signal och returledare.

För att få in störningar i denna labbuppkoppling har en ferritkärna kopplats på kabeln mellan kommunikationsenheten och kopplingsplintarna. Denna ferrit-kärna blir dessutom lindad fyra varv av en kabel som kopplas till en signalgene-rator som ger ut en sinus på 1 MHz. Ferriten kommer fungera som en transforma-tor och inducera en oönskad spänning i ledaren. På så vis kan olika sorters kablar testas. Se figur 3.1 för mätuppkopplingen.

3.2 Problemsökning 17

Figur 3.1:Mätuppkoppling

I farkosterna dras även signalen från kopplingsplintarna till ett don som är tillgängligt för externa enheter. Alla mätningar gjordes på kopplingsplintarna och fyra olika tester med olika slags kabeldragning från kommunikationsenheten utfördes; partvinnat, koaxialkabel och partvinnat med jordad skärm på en sida respektive två sidor.

Alla mätningar utfördes med ett oscilloskop kopplad via en skyddstransfor-mator till elnätet för att undvika jordslingor med spänningsaggregatet som re-presenterar batteriet.

18 3 Metod

Figur 3.2 visar hur signalen ser ut på utgången av kommunikationsenheten när inga laster är påkopplade. Till höger visas hela aktiva perioden och till väns-ter är det inzoomat på den stigande flanken. Inga nämnvärda störningar, endast lite självsvängning då oscilloskopet har en inresistans på 1 MΩ och ingen im-pedansmatchning sker.

3.3

Simulering

All simulering ha gjorts i programmet LTSpice, vilket är en gratis SPICE-baserad simulator utvecklad av Linear Technology. Då både externa och interna störning-ar är komplicerade att simulera och därför hstörning-ar en del förenklingstörning-ar gjorts, vilket leder till att simuleringsresultat kan komma att vara missvisande. De externa störningarna representeras genom att ha en kabel dragen intill och använda sig av en icke-ideal kabelmodell. Modellen beskriver den kapacitiva kopplingen mel-lan närliggande kablar med en kapacitans på 100 pF och en självinduktans på 50 nH. Självinduktansen i kablarna kopplas tillsammans med ett SPICE komman-do,K statement, för att representera de magnetiska krafter som kommer inducera

oönskade strömmar i dessa självinduktanser. De interna representeras som en spänningskälla mellan de olika jordpotentialerna. Spänningskällan som ska re-presentera de externa störningarna sätts till en sinuskurva med amplitud på 1 V och frekvens till 10 kHz medan spänningskällan mellan jordpotentialerna repre-senteras med en sinuskurva med amplituden 1 V och frekvensen 1 kHz.

Figur 3.3:Modell för PPS från kommunikationsenhet till en last på 1 kΩ I figur 3.3 visas en modell av hur signalen dras från kommunikationsenhet till en last på 1 kΩ, med jordstörningar och externa störningar. Här går det att se att jordslingor kommer att uppstå när jordarna kopplas ihop som de gör i dagsläget.

3.3 Simulering 19

Se figur 3.4 för simuleringsresultat. Alla simuleringsresultat visar en hel aktiv period till vänster och den stigande flanken för samma simulering till höger.

Figur 3.4:Simuleringsresultat för PPS utan någon åtgärd

Dessa störningar, framförallt jordstörningar, är överdrivna för att förtydliga poängen och testa designen så det finns störmarginal när systemet utsätts för det värsta scenariot.

3.3.1

Differentiell signalering

Figur 3.5 föreställer två komplementära signaler som tvinnas och störs av en ex-ternt liggande kabel. Driv- och mottagarkretsen som används i simulering är idea-la schmittriggers i olika varianter med samma värden, VT = 1.2 V och VH= 0.8 V.

Även här kopplas alla självinduktanser ihop med ettK statement för att simulera

de inducerade strömmar som uppstår.

20 3 Metod

Figur 3.6:Resultat av differentiell modell

Resultatet som visas i figur 3.6 ger en tydlig bild av att detta är en bra me-tod för att få bort alla sorters störningar. De externa störningarna påverkar lika mycket på båda kablar, så de tas ut och inga jordslingor uppstår. Problemet med denna metod är att mottagaren måste vara kompatibel att ta hand om differen-tiella signaler, vilket inte alltid kan garanteras. Dessutom så blir det dubbelt så många kablar och utgångar vilket inte är att föredra ur ett ekonomiskt perspektiv eller när fysisk plats är begränsad som i detta arbete är fallet.

3.3.2

Optoisolering

Alla störningar modelleras även här på samma sätt som innan. Kommunikations-enheten driver en LED som i sin tur driver en transistor. På så vis finns ingen direkt koppling mellan de olika systemen. Se figur 3.7 för kretsen och figur 3.8 för simuleringsresultat.

3.3 Simulering 21

Figur 3.8:Resultat modell optoisolering

Detta fungerar också bra som figur 3.8 visar. Dock så syns det tydligt att PPS ligger på en låg spänning när den kommer till isolatorn på grund av att det drivs en relativt hög ström och ett spänningsfall sker över RSource. En annan nackdel

med denna krets är att optokopplare är långsamma, så en hög fördröjning intro-duceras från ingång till utgång.

3.3.3

Buffra signalen

I denna modell dras signalen direkt in i en schmittrigger med samma värden som innan, som använder sig av Vground som referens och vidare genom

kabelmodel-len till resistiv last. Se figur 3.9 för krets och figur 3.10 för simuleringsresultat.

22 3 Metod

Figur 3.10:Resultat för modell av bufferkrets

Även denna modell kan fungera om man väljer att inte koppla ihop jordar-na för att undvika jordslingor. Dock är denjordar-na metod begränsad till hur mycket överlagrad störning Vgroundinnehåller. Om den blir för stor kan falska pulser ges

eller pulser inte ges alls när det ska.

3.4

Kablage

Inuti frontlocket så kopplas alla kablar till kopplingsplintar för att sedan dras vi-dare till enheterna. Dessa kopplingsplintar ligger fysiskt nära DC/DC-omvandlarna, som generellt utsänder ett varierande magnetfält i och med de stora strömänd-ringar som sker. En enkel, men viktig, taktik vid dragning av kablarna är att pla-cera signal och retur bredvid varandra. Ifall dessa plapla-ceras i varsin ände av kopp-lingsplinten, för att sen dras ihop, skapas en enkel variant av loopantenn. Det varierande magnetfältet kommer att inducera en oönskad ström i denna slinga. Men genom att minska arean i slingan kan denna ström reduceras, därav placeras signal och retur bredvid varandra, samt att tvinna kablarna. För att även skydda mot det elektriska fält som uppstår vid ett varierande magnetfält krävs en ledan-de skärm. Denna ledanledan-de skärm kan bestå av till exempel koppar och kopplas till jord för att leda undan strömmar. Ett alternativ till dessa skärmade tvinnade kablar är koaxialkabeln. Den består av fyra lager; ett ledande material i mitten som leder signalen, isolator, en ledande skärm som dessutom är signalens retur och en isolator till.

Signalen utan några åtgärder på kabeldragning och de olika varianterna på kablar testades i samma uppkoppling som figur 3.1 illustrerar. Figur 3.11 visar hur signalen ser ut utan åtgärder och figur 3.12–3.15 visar hur signalen ser ut med respektive kabeltyp. Även här presenteras signalens aktiva period till höger och samma signals stigande flank till vänster.

3.4 Kablage 23

Figur 3.11:PPS-signalen utan åtgärd

Figur 3.12:Tvinnade kablar utan skärm

24 3 Metod

Figur 3.14:Tvinnade kablar med skärmjordat på båda sidor

Figur 3.15:Koaxialkabel

Dessa bilder visar en tydlig förbättring på samtliga kabeltyper. Innan åtgärd mäts störningarna till 1.3 Vpp, medan exempelvis koaxialkabeln har 260 mVpp.

Tabell 3.1 visar en sammanställning av störningarna topp till topp på alla mät-ningar ovan. kabeltyp utan åtgärd tvinnad skärm jor-dad på en sida skärm jordad på två sidor koaxialkabel Vpp 1.2 360 m 320 m 240 m 260 m Tabell 3.1:Mätvärden olika kabeltyper

Mätvärdena visar att skärmning på en sida inte ger någon något skydd mot dessa störningar, då störningarna har samma värde på tvinnade kablar utan skärm (med reservation för små mätfel). Mätningen visar dessutom att det inte är någon

3.5 Sammanfattning av förstudie 25

större skillnad på koaxialkabeln och att ha tvinnade kablar med skärm jordat i båda ändar då även dessa har liknande storlek på störningarna. Tvinnade kablar med skärm har nackdelen att det krävs tre anslutningar medan koax endast krä-ver två. Dock i och med att koaxialkabelns retur är densamma som skärmen kan jordstörningar introduceras ifall den inducerade störningen i skärmen blir alltför stor. Detta problem existerar ej för tre ledande kablar, därför är skärmad tvinnad kabel att föredra så länge det finns möjlighet att ha tre ledare.

Bilderna visar även att OP-förstärkaren i kommunikationsenheten inte orkar driva dessa tre laster helt. Detta ses genom att jämföra slutvärden ovan med slut-värdet i figur 3.2, då har det tappat omkring 0.4 V.

3.5

Sammanfattning av förstudie

De simuleringar och mätningar som gjorts är begränsade och ger inte helt korrekt uppfattning om det verkliga systemet. Trots detta kan det ändå ge en bra uppfatt-ning om vad som krävs. Alla de metoder som har presenteras i detta kapitel har bevisligen både för- och nackdelar, vilket ger en naturlig följd att endast en av dessa inte kommer att fungera ensam. Ett system som innehåller flera av dessa metoder och utnyttjar dess fördelar samt undertrycker dess nackdelar är därför att föredra. Differentiell signalering är den metod som gav bäst resultat i simule-ring, men har valts att inte användas då mottagaren behöver då vara kompatibel, vilket inte alltid kan garanteras när nya enheter köpes in. Ett blockschema över hur ett sådant system skulle kunna se ut presenteras i figur 3.16.

En optoisolator placeras i början, med eventuell resistor i serie för att ge rätt strömnivå till optoisolatorn. Jordslingan mellan styrbords frontlock och kommu-nikationsenheten kommer då att brytas, samt att PPS-signalens nivå kommer att anpassas till den lokala referensen. Sedan vidare till två separata drivers; en som används internt, alltså till PHINS, R2Sonic och EdgeTech, och en som kopplas ut till ett don som kunder kan koppla sina EPODar till. På så vis kan det garanteras att de interna systemen inte kommer påverkas oavsett vad som kopplas på och kunden får ett eget ansvar att anpassa hur mycket denna signal kan driva. PPS-signalen dras även till mikrokontrollern efter isolatorn för att definiera starten på en sekund för systemet då det nu har introducerats en fördröjning från kom-munikationsenheten. Att definiera en sekundstart för trigg-pulserna kan komma att vara av intresse i framtida applikationer. För att ta reda på vad dessa applika-tioner kan tänkas vara behövs en ny utredning göras.

26 3 Metod

Figur 3.16:Blockschema för triggerkort

Denna isolator går även att konstruera med andra komponenter än en op-tokopplare. Till exempel kan en fotodiod användas istället för en fototransistor som beskrevs i kapitel 2. Denna fotodiod är mycket snabbare än en fototransistor, så att använda sig av denna och sedan in i en förstärkare ger en snabbare krets. Förslagsvis kan HCPL-2430 från Avago användas. Detta chip har en responstid på under 100 ns, beroende på last, vilket är snabbare jämfört med optokopplare med fototransistor som ligger mellan 1 µs och 100 µs. Figur 3.17 visar kretsen för HCPL-2430 [14].

Figur 3.17:Optoisolator HCPL-2430

För att klara de externa störningar bör tvinnade kablar med skärm som jordas i båda ändar eller koaxialkabel användas. Då skärmad tvinnad kabel kräver tre

3.5 Sammanfattning av förstudie 27

anslutningar kan det bli problem med att mottagarenheter inte är kompatibla, därför används koaxialkabeln i implementationen även fast den inte hade bäst mätresultat.

4

Resultat

I detta kapitel presenteras det slutgiltiga resultatet med tillhörande krets, val av kablar och hur mätuppkopplingen ser ut för testfallet. Testfall som kommer att genomföras är för att visa att kvaliteten på pulsen kommer fortsätta vara intakt, oavsett vad kablar går igenom samt vad kunden kopplar på för enheter.

4.1

Implementation

I början placeras en isolator i form av HCPL-2430 [14] och de ingångar som inte används jordas. En resistor, R1, placeras även i serie för att begränsa strömmen in

i kretsen. Utgången på isolatorn kopplas till fyra av ingångarna på SN74HCT14N [15] och resterande två jordas. R2 och C1 begränsar strömmen på ingångarna,

samt skapar en viss tidfördröjning som behövs för variationer i chiptillverkning-en. Utgångarna dras vidare direkt till varsin last tillsammans med tillhörande retur, se figur 4.1.

30 4 Resultat

Figur 4.1:Slutgiltig krets för triggerkort

För att testa den slutgiltiga kretsen med tillhörande kablar kopplades syste-met upp enligt figur 4.2. Triggerkortet är i detta fall ett kopplingsdäck med tillhö-rande labbkablar. Lasterna är desamma som i kapitel 3, förutom att kund EPOD lagts till som ska simulera värsta fall om kunden exempelvis skulle kortsluta in-gången. Även här används en ferrit och signalgenerator som störgenerator.

Figur 4.2:Mätuppkoppling

Uppkoppling i labbmiljön och hur delblocken såg ut under uppkoppling pre-senteras i figur 4.3–4.5

4.1 Implementation 31

Figur 4.3:Simulerat system i labbmiljö

32 4 Resultat

Figur 4.5:Störgenerator i form av ferrit och signalgenerator

4.2

Mätvärden

Testfallet som kördes presenterades i figur 4.2 och mätvärden togs över respekti-ve last. Resultaten från mätningarna presenteras i figur 4.6–4.9

4.2 Mätvärden 33

Figur 4.7:Mätresultat över EdgeTech

Figur 4.8:Mätresultat över PHINS

34 4 Resultat

Dessa mätresultat visar tydligt att funktionen uppfylls för alla interna enhe-ter, även fast kund EPOD i stort sett kortsluts. Figur 4.8 visar att den lågohmiga ingången på PHINSen börjar tappa nivå, men då den även är kompatibel på 3.3 V är detta inget problem. Kundens EPOD kommer inte fungera om signalen ser ut som den gör i figur 4.9, men det enda som kan göras från denna del är att kla-ra driva en relativt stor ström, alltså att ha en lågohmig utgång. Då kretsen som användes vid testet har en låg utimpedans får kunden ett eget ansvar att inte ha för låg inimpedans.

5

Diskussion och slutsatser

Syftet med detta arbete var att göra en utredning på signalintegriteten hos be-fintlig PPS-signal, undersöka eventuella metoder som kan förbättra integriteten samt föreslå hur verifiering av dessa metoder bör gå till.

5.1

Diskussion

Då ingen farkost fanns tillgänglig har alla uppkopplingar och mätningar varit bristfälliga. Testerna som utfördes för att verifiera implementerade metoder har endast introducerat störningar på kabeln och ej vid kopplingsplintar. I en far-kost ligger kopplingsplintar nära DC/DC-omvandlare som står för majoriteten av störningarna. Så om kabeln skalas för tidigt så att inte skärmen verkar hela vägen in till plinten så kommer störningar introduceras ändå och då speciellt om signal och retur är fysiskt långt placerade från varandra. Försök gjordes att dra kablar genom en box där DC/DC-omvandlaren placerades och belastades med en lågohmig last. Detta introducerade inga störningar alls, varför valet togs att använda sig av störgenerator som beskrivs i kapitel 4 istället.

Undersökningarna om var störningarna uppstår är även de ofullständiga då ingen verifikation har varit möjlig att genomföra. Alltså bygger undersökningen endast på teori och gamla undersökningars rapporter. Dock är de källor som an-vänds trovärdiga då de är böcker med kända författare och förlag, artiklar med kända utgivare samt välkända konferenser. Rapporterna som används består av mätningar på farkosten och är därför också trovärdiga. Alla resultat som upp-nåtts är eniga med vad som presenteras i kapitel 2.

36 5 Diskussion och slutsatser

5.2

Slutsatser

Källan till alla störningar som upptäcks är med största sannolikhet DC/DC-omvandlarna som används till att försörja alla enheter med spänning. Dessa om-vandlare skulle behöva en egen utredning, EMC-testas och eventuellt omdimen-sioneras. Detta hamnar dock utanför arbetets ramar och begränsningar. Det bör även undersökas om placeringen av kopplingsplintar och DC/DC-omvandlarna i babords frontlock går att göra nånting åt då de i dagsläget ligger tätt intill varand-ra.

En klart förbättrad signalintegritet går att åstadkomma med alla olika sorters kablar som testades under kapitel 3, därav blir val av kablar beroende på hur stor störning som tillåts. Bäst är tvinnad kabel som är skärmjordad i båda ändar. Den-na metod kan dock innebära problem med kompatibilitet, varför koaxialkabeln rekommenderas som hade marginellt sämre resultat.

Konstruktion av ett triggerkort som sköter både PPS-signalen och trigg-pulserna blir nästa steg i detta arbete. Ifall dessa signaler sköts på ett och samma kort finns stora möjligheter till utveckling då det kommer finnas sex PPS-signaler där alla har högre drivförmåga än innan. Dessutom kommer trigg-pulserna att ha tillgång till PPS-signalen, vilket kan vara intressant för vissa applikationer. Ingången på detta kort, som kopplas till kommunikationsenheten kan överspän-ningsskyddas med förslagsvis en zenerdiod med backspänning på 3.3 V för att göra detta kort kompatibelt från just 3.3 V och uppåt ifall kommunikationsenhe-ten kommer att bytas ut i framtiden.

Litteraturförteckning

[1] L. Yang, R. Dang, C. Song, and Z. Xu. Reference phase stabilizer for dis-tributed underwater sonar systems. SENSORS, 18(12):1–16, 2018. doi: 10.3390/s18124279.

[2] Saab Seaeye. Sabertooth double hull overview. https:// www.saabseaeye.com/solutions/underwater-vehicles/

sabertooth-double-hull. [Visited 2019-02].

[3] N. Greco, A. Parisi, P. Lombardo, and G. Palmisano. A 100-mW fully integ-rated dc-dc converter with double galvanic isolation. Proc. ESSCIRC 2017 in Leuven, Belgium, pages 291–294. doi: 10.1109/ESSCIRC.2017.8094583. [4] H. Lu, H. Wang, C. Su, and C. Liu. Design of an all-digital lvds driver. IEEE

Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, 56(8):1635–1644, 2009. doi: 10.1109/TCSI.2008.2008279.

[5] P. Krehlik, M. Mazur, and Ł. Sliwczynski. Delay compensation of 1 pps time-tags in fiber-optic time distribution. Proc. EFTF/IFCS 2017 in Besancon, France, pages 366–367. doi: 10.1109/FCS.2017.8088893.

[6] MGBTech. About the pps pulse. http://pos.mgb-tech.com/ insightpps/, 2017. [Visited 2019-04].

[7] H. W. Ott. Electromagnetic compatibility engineering. John Wiley and Sons, 2009.

[8] D. J. Wagner. Introduction to magnetism and induced currents. https://www.rpi.edu/dept/phys/ScIT/InformationStorage/ faraday/magnetism_a.html, 2001. [Visited 2019-05].

[9] P. G. André and K. Wyatt. EMI Troubleshooting Cookbook for Product De-signers. SciTech Publishing, 2014.

[10] S. Benda. Störningsfri elektronik Elektromagnetisk kompatibilitet. Student-litteratur, 1996.

38 Litteraturförteckning

[11] S. C. Thierauf. Differential signaling, termination, and layout rules. https://www.globalspec.com/reference/64796/203279/

8-4-differential-signaling-termination-and-layout-rules, 2004. [Visited 2019-03].

[12] Nexperia. 74hc14; 74hct14. hex inverting schmitt trigger. Datablad, 74HCT14N.

[13] M. Terasaki, Y. Oohashi, Y. Masuyama, and T. Sudo. Design and analysis for noise suppression of dc/dc converter. Proc. EDAPS 2014 in Bangalore, India, page 109. doi: 10.1109/EDAPS.2014.7030827.

[14] Avago Technologies. 20 mbd high cmr logic gate optocouplers. Datablad, HCPL-2430.

[15] Texas Instruments. Snx4hct14 hex schmitt-trigger inverters. Datablad, SN74HCT14N.