小さな回路のリバースエンジニアリングと理解の助けが必要

私は電子学生です。ある日、自宅にあるEM21というエネルギーメーターを開いたところ、その本体が2つの主要なコンポーネントで構成されていることがわかりました。

• グリッドに接続して電圧と電流を測定するメーター本体（理論的には、メーターのすべてのインテリジェンスを備えています）
• 測定に関するユーザーのリアルタイム情報を表示するLCDディスプレイ（ダム、LCD、押しボタンを制御し、誘導を使用して電圧/電流/電力情報をボディに要求するのに十分なインテリジェンスを備えています）

ここでのすばらしい点は、LCDコンポーネントが身体から電力を供給され、誘導（非接触）以外のものを使用せずに身体と通信することです。

[LCD with buttons]-----coil  <magnetism magic>  coil-----[meter body]

数時間で、ボタンを使ってLCD画面にエネルギーを供給するためにカップリングを使用する回路を逆転させようとしました。同時に、そのカップリングは非接触通信チャネルとして使用されています。

これが最終結果でした：

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

接続を整理してくれたTransistorと/ u / eyal0 @ Redditに感謝

そして、これらは実際の共食い回路の写真です：

• FRONT（1つのタブで開く）
• 戻る（別のタブで開いてから、両方の間で通勤すると、それらは互いに整列します）
• FRONTラベル付き
• PWR SRC回路に電力を供給する（ボディがLCD回路に電力を供給する）および通信に使用されるコイル

（図が正しく取得されたかどうかを確認できますか？）

/ u / InductorMan @ Redditで、図にあるC4 / R4の間違いを指摘してくれてありがとう。

私は答えが見つからないこの内部の仕組みについていくつか質問があります：

1. コイルはどのようにしてATMEGAにDC電流を供給できますか？どうしてVCCがコイルの一方の端に直接接続されていて、ATMEGAを揚げないのですか？

2. Q1の役割は何ですか？

3. WB2コンポーネントとは何ですか？

4. 通信に使用されるATMEGAピンは何ですか？どのようにして（オシロで）それらを「聞いて」、通信プロトコルを発見できますか？

5. AVCCとAREFは、図で配線されている方法で何をしていますか？

6. コンデンサとツェナーの値を簡単に見つけるにはどうすればよいですか？

ありがとう！

リンク：現在進行中のRedditに関するディスカッション

DC電源コンポーネントへのRF誘導は、相互結合とインピーダンスに対して慎重に選択する必要がありますが、共振は非常に低いQ〜1です。

詳細が提供されていないため、いくつかの仮定を行う必要がありました。

受信コイルと同じ巻数と同じ200uHの1次コイル（不図示）のトランスを使用すると、比率は1ですが、相互結合は50Vから250kHzにスイープする20Vpp入力と15Voutpp（無負荷）で楽観的な75％に減少しました。写真からのコイルインダクタンスの見積もりとRFIDとWPT（ワイヤレスパワートランスファー）の経験により、充電は（現在の私の分析から）〜100〜200kHzの範囲でうまく機能しているようです

ツェナー、D2およびC2、220uFのキャップでは、C3を広い範囲で選択し、5nFで解決しました。C3と上記の設定がない場合、50msで5Vに達し、C3で半分の時間、25msに達しました（低いQを意味します）。C2 = 0Vの初期状態は、（ダイオードのESR）/ Xc（f）= Qインピーダンス比を低下させるので、LC （つまり、Qが低い）、共振はなく、0.5A（rms）から開始して多くのリップル電流で十分に減衰していません（範囲の最低周波数で最大はインピーダンスを意味します）、充電時にIpkを減らします、しかし、Ipkはまだ何倍もDC負荷です。

理論的にはこれらの値で200uHと5nFは100kHzをわずかに超えて共振するはずですが、実際にはスイッチドインピーダンスツェナーから220uFのキャップまでは100kHzを超えても同じように機能し、1Kの負荷RとXに220Ωを使用した非常に低いQを意味します（f）パルス電流を使用するLCの場合。（非線形）

値を試してみたい場合は、ここに進んでください。ファルスタッドに不慣れな場合は、波形をポイントすると、スコープされているパーツが強調表示され、その逆も可能です。各トレースの最大/最小値と、ACカップリングのように自動調整されますが、実際のDC最大値を表示し、ゆっくりと表示する最大スケールも選択しました。 -モーションはリアルタイムですが、スライダーとオプション>その他のオプションで調整可能

私はSOT23が5.6Vツェナーであると仮定しました。

これは、ワイヤレスLFからDCへのパスを分析するだけです。効率的ではありませんが、XFMR出力のスイッチを使用すると、最大電力伝達にほぼ一致しているようです。Rsを追加しない限り、すべてのキャップはロスレスとして暗黙に示されます。1GオームRはスコープトレースのために追加され、1オーム入力ESRは入力インピーダンスを測定するために追加されました。

グラウンドはフローティング回路への0V基準にすぎないことを覚えておいてください。それらを共通にすると、出力は-5Vから0Vになります。

入力を20Vppから18Vppに減らすと、充電は5V時間まで2倍になります。興味深い右上のスコープトレースは、非常に小さい5mA負荷での定常状態での220uF AC電圧増幅フルスケールです。上昇する電圧は、100〜200kHzのf範囲の真ん中のDC充電がかなり一定の傾きI = CdV / dtであることを示し、FMテストスイープパワー信号の外側の端で外側に向かって下向きに減衰します。私のスイープは双方向ではなかったので、スイープののこぎり波ログです。。これから、半波ツェナー整流からのキャップ充電電圧による電圧伝達関数がわかります。DCへの掃引は表示されていませんが、C3 = 5nFを選択すると、ツェナーがC2 = 220 uFに結合し、低f端での電圧が上昇します誘導結合の電流とインピーダンスを意味します。

Falstadシミュレーションは、与えられたすべてのコンポーネントプロパティと物理法則を適用します。

これで私の分析は終わりであり、私の予想と一致しています。

"Ballpark" 100kHz〜200kHz動作の前提

• C3 = 220uFの場合（低ESRと想定）
• コイルLs = 200uH、一次、Lpは示さず、1：1の比率の結合係数= 0.75で同じLを想定
• C2 = 5nF（低ESRと想定）
• 5Vdcを効率的に得るには、D2ツェナーが11.5V〜12Vでなければならず、12Vを使用
• SVP23、OVPでは5.6Vクランプは重要ではないと想定。

D2は、トランスからDCを生成してCPUに電力を供給する半波整流器です。C1とC3は並列であり、DCを平滑化します。未知のコンポーネントは、おそらく回路への供給電圧を制御するためのツェナーダイオードまたはシャントレギュレーターです。

負のレールにあるのは珍しいように見えますが、D2はおそらくそのように配置されているため、電圧はQ1でトランスを検知して駆動するために便利です。

C3は、電力と通信の転送に使用されるキャリアの周波数にトランスを共振させます。100〜200kHzの範囲の周波数を期待します。

AC信号は、通信のためにD1を介してCPUのピンPE1に渡されます。D1とR1の組み合わせにより、CPUが受け取る電圧が許容値に制限されます。

Q1は、CPUがデータをベースユニットに送信するために使用されます。MCUがPE1をハイにすることによって導通するように指示された場合、トランスの2次側のC1からの電圧を駆動します。ベースユニットはそれを拾うことができます。

ベースユニットが信号のデューティサイクルを変圧器に変化させることによってデータを送信し、同時にC2にエネルギーを投入してフロントパネルに電力を供給する半二重シーケンスを実装していると思います。

トランスミッターは送信を停止し、フロントパネルがベースユニットに情報を送信するのを待ちます。その後、シーケンスが繰り返されます。フロントユニットがベースユニットに情報を送り返している間、フロントパネルはC1のエネルギーで完全に動作しているため、シーケンスはかなり高速（毎秒数十秒または数百回）に実行する必要があります。

AREFはグランドに接続されているため、ADCが使用されていないことを意味します。ただし、通常はオープンのままにしておくことをお勧めします。