長いケーブルで5V信号を送信する

これに対する信頼できる答えが必要なので、私はここで助けを求めています。5v digital pulseコントロールボードから離れた位置にある（近接）センサーからマイクロコントローラーへの入力信号（低周波数）を取得する必要があります。

重要なポイントを箇条書きにします。

• 最大送信距離：50 m
• 最大デジタルパルス周波数：10 Hz
• センサーの電圧範囲：5〜30 v（供給されたものと同じ電圧を出力します）
• マイクロコントローラーへの最大入力：5 v

単純な同様のアプリケーションの場合、これは以前に行ったことです。センサーには12 Vが供給されます。もう一方の端では、パルス（現在は0〜12 V）が7805レギュレーターを介してマイクロコントローラーに供給されます。それはうまくいきましたが、誰かが私に、この方法は良くなく、信頼できるアプリケーションには適していないと言いました。私もそれはいと感じていますが、ハードウェアを使いこなしたり、個別の回路を構築したりすることは期待していません。

回路をまったく構築する必要がない場合、私は多くのことを好みます。不可能な場合は、少なくとも非常に単純なものです！（ハードウェアの複雑さという意味では単純です。PCBを必要としない回路、2本のワイヤだけが必要です。だから7805ソリューションが大好きです）。ただし、（残念ながら）信頼性を最優先する必要があります。

推奨されるアプローチは、フォトカプラに続いてコンパレータ（例：LM339）を使用するか、フェアチャイルドセミFODM8071 ロジックゲート出力オプトカプラなどの統合部品を使用することです。

オプトカプラーが推奨される理由：

50メートルのケーブルでは接地電位差があり、長いケーブルではEMIを拾う可能性もあります。オプトカプラーは、センサーの電源電圧をマイクロコントローラーの電源電圧と正確に一致させる必要性だけでなく、グランドループ/潜在的な不一致の懸念を排除します。

オプトを使用すると、センサー回路により高い電圧を使用できるようになり、EMIノイズ感度が低下します。

上記の特定のフェアチャイルド部品の追加の利点は、その高いノイズ耐性です。これにより、距離が関係する場合に重要な、より安定した信号取得が可能になります。

FODM8071は5ピンのリード付きSMTパーツであるため、基本的に追加の回路を構築する必要はありません-必要に応じてパーツを配線し、いくつかの個別のコンポーネントをデッドバグスタイルでサポートしたり、プロトタイプにまとめたりすることができます-ボードPCB。

50 Hzで10 Hzを送信するのは難しい問題ではないため、さまざまな方法があります。以前のソリューションとほぼ同じソリューションを実現するには、単純なツェナー回路をお勧めします。

前と同じように、単に5 Vを超える電圧をセンサーに供給します。6〜12 Vとし、この制限回路で電圧をダウンストリーム回路と互換性のあるレベルに下げます。センサー回路の最大（または望ましい）出力電流と選択したセンサー電圧に応じて、R1の値を調整する必要があります。選択したツェナーに応じて、コストは7805ソリューションに非常に近くなります。

別の回答で提案されたオプトカプラーのように、ツェナーダイオードはこれらの過渡電流をグランドにシャントできるため、ケーブルに誘導される高電圧過渡電流に対する保護を提供します。フォトカプラ回路は、送信システムと受信システムの間のグランドループを破壊する可能性がありますが、7805ソリューションが機能している場合、ツェナーも同様に機能するはずです。

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もう少し作業を行う場合は、この回路をもう少し複雑にすることで改善できます。

追加されたショットキーダイオードは、ダウンストリーム回路を負の過渡現象から保護します。ツェナーはこれを行っていましたが、過渡電圧を-0.7 V程度に制限していました。ショットキーは、それらを-0.3または-0.2 Vに制限します。これは、ダウンストリームデバイスが一般的なロジックゲートである場合、より安全です。

追加された4.7 uFコンデンサは、入力が低いときにノイズを減らすのに役立ちます。

最後に、出力が5 Vロジックゲートに対して安全であることを確認するためにツェナー電圧を調整し、ツェナー電圧のドリフトも許容し、R1を大きくして入力を駆動するのに必要な電流を減らしました。

これらはすべて、センサーとダウンストリーム回路の詳細に合わせて調整されます。

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見た前に一晩考えなければならなかった重要なポイント：

50 mのケーブルに信号線とアース（またはリターン）線が含まれていると仮定すると、フォトカプラはコモンモード過渡現象から保護します（つまり、信号とアース線の両方が受信回路のアースに対して電圧を変化させるとき）。ツェナー回路は差動に対して保護します、信号線の電圧が接地線に対して変化する過渡現象ます。

近くで落雷が発生し、グランドと信号線が1ミリ秒間100 Vにジャンプする場合、レシーバーを損傷から保護するためにフォトカプラ回路が必要です。

ただし、近くのモーターのスイッチがオンになり、信号線が接地線より30 V上にジャンプする場合、光カプラーを過負荷から保護するためにツェナー回路が必要です。

もちろん、ケーブルの種類とその環境によって、これらのシナリオのどちらがより可能性が高いかが決まります。汎用の制御線を使用している場合、どちらのシナリオも現実的です。同軸ケーブルを使用している場合、コモンモード過渡現象が発生する可能性が高くなりますが、ケーブルがレシーバーに接続されていない場合の取り扱いによるESD損傷の可能性、およびケーブルが最初に充電された場合の影響も考慮する必要があります受信機に接続されているとき。