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I2Cの伝送可能距離

センサから5mほど離れたところに有線でデータを渡したいと考えています。
センサとマイコンはi2cで通信しています。

①[センサ]←(i2c, 5m)→[マイコン]
②[センサ←(i2c)→マイコン]←(Uart?, 5m)→[マイコン]

できれば①の方法でやりたいのですがi2cは長距離には向かない、基板内通信用など書いてあるページがあります。伝送可能距離を明確に記してある記事が無く困っています。
起こりうる問題や、この方法だとまずいこと等あれば教えて下さい。実際に試したところ動きました。
②の方法だと無駄に一手間かかってしまうので遅くなってしまうと懸念しています。
どのようにデータを渡すのが一般的なのでしょうか。いい方法を教えて下さい。
よろしくお願いします。

  • わわいです

    IICってのはオープンコレクタで伝送しているため、あまり長い距離の伝送は想定していません

    あくまでも基板内での接続を想定してます。

    だもんで、伝送可能距離を決める資料ってのはおそらく見つからないと思われます。

    まー、5mぐらいの距離なら、プルアップ抵抗を規格いっぱいに小さくし、クロック周波数を遅くしていけば、十分行けそうな気もしますが、

    あくまで自己責任ってことでやってみてください

  • In reply to わわい:

    I2Cにもバッファ(トランシーバー)がありますよ。例えば、P82B96:

    http://www.tij.co.jp/jp/lit/ml/jajb014/jajb014.pdf

    少なくとも20mにわたって400kHzファーストI2Cバス動作と書いてあります。

  • In reply to pecteilis:

    kjsmさん

    IICの仕様書に計算方法など色々書いてありますよ。
    http://www.nxp.com/documents/user_manual/UM10204_JA.pdf

    例えば一般的なフラットケーブル(いわゆる、すだれケーブル)を使って、信号線をGNDで挟んだ場合(GSGSG)
    1メートル当たり60pF程度なので、5メートルで300pFになります。

    さらに、ケーブル容量に基板上の容量を足して合計400pF程度と見込んで計算すると、 Standardモード(~100Kbps)ならTr=1000nsecなので、Rpmax=1000nsec/(0.8473*400pF)=2.95KΩ
    プルアップ抵抗を2.95KΩとすればOKです。

    プルアップ抵抗はICが許す限り値を小さくすれば(1Kとか470Ωとか)ノイズ耐性やマージン確保に役立つと思います。

    ケーブルの信号配列がSGVSとかSGSとかの場合は、ケーブル容量が半分になるので、10メートル程度までは伸ばせる計算ですね。(GNDで挟めていないのでノイズに弱そうですけれども)

  • In reply to Kirin:

    わわいです

    ええっ、OCで400Kで20m!すげー、とおもってみてみたら、、これ、IICは両端だけなのね。。

    まー、センサ側にPICにRS422ドライバでもつけてレシーバでうければシリアルで100mは余裕で延ばせるのでそっちの方がいいよーなきがしますねーw

  • In reply to わわい:

    kjsmさん すんませんダラダラ書いてたら長くなったw

    通信方式ってのは、みんな得手不得手があるです。I2Cは、「少ない接続線」「少ない部品」で「沢山のデバイス」を接続できる事に特化している反面、「ビットレート」「データレート」は遅く「品質」も注意が必要になり、時には「抵抗値の計算」が必要になります。I2Cでの遠距離通信は「あえて定義しない」という気配が感じられ、「やる分にはいいけどうまく行くかどうか知らんよ」という規格です。

    なのでI2Cで距離を伸ばしたい、という相談は、通信プロトコルや電気特性等を判った上で、実使用上困らない「やり方」を追及できる人が自己責任でやる必要がある、という話になります。(環境毎にやり方も変わるので、誰も一律な正解を持っていません)

    さてI2Cの実際のところですが、クロックの「立ち上がり」のタイミングでデータを拾う、またはクロックのH時にデータの変化を見る、という感じなので、2線どちらもノイズに弱いです。しかもHレベルはプルアップに拠るので、なおさら弱いです。Kirinさんの言われる通りICのpinが許す限りプルアップを小さくする事でマシになりますが、それでも所詮プルアップなので弱いです。

    実験でうまくいったとの事ですが、環境が変わった時(違う部屋、違う建物、クルマや電子レンジの近くなど)でも平気という保障は無いと思われます。一定確率でノイズが載ることを前提に、パリティなりを付加した方が安全かと思われます。が、普通のセンサだとそうもいかないと思いますので、データを幾つか取得して平均をとるなり3σ以外は除外する等のソフトウェアでのフォローが必要と考えます。自分だったら完成した環境の近くの空中でスタンガンとか動かしても大丈夫か見ますかね。

    そういったソフトウェアフォローが出来ない場合は、②のような構成の方が良いかなぁとも思います。UART-I2C変換デバイスとか市販であるんじゃね?と思いましたが、パッとは探せませんでした。めっちゃオーバースペックですが、GR-KURUMIとかでさくっと作るのでも良い気もします。

  • In reply to flux:

    こんにちは

    kjsmさんも書かれていますが、I2Cは通信トラブルがよく発生する様です。

    通信路が長くなるとノイズの影響を受けやすくなると思います。

    もし、I2Cを用いるのであればトラブル対策が必須になると思います。

    品種はまちまちですが、I2Cのトラブルに関して、ルネサスさんのFAQに以下のものがあります。ご参照なされては如何でしょうか?

    support.renesas.com/.../226674427

    support.renesas.com/.../211563587

    support.renesas.com/.../210899318

    また、RXマイコンのI2Cバスインターフェース(RIIC)の章の中には、バスハングアップといった項目があります。

    この様な項目があることは、I2Cはハングアップが起こりやすいということでしょう。

    こちらもご一読をおすすめします。

  • In reply to SA:

    皆様ありがとうございます。

    プルアップ抵抗もテキトーに決めてました。

    直接i2cでのやり取りはやめることにします。

    ノイズに弱いというのはわかりました。

    評価方法として何を行うのが適切なのかわかる方いましたらお願いします。(空中でスタンガンで十分か)

    P82B96を使うか、RS422にしようと思います。線数が少ないほうがよいので②の方法でRS422をとりあえず調べてみます。

  • In reply to kjsm:

    わわいです

    >評価方法として何を行うのが適切なのかわかる方いましたらお願いします。(空中でスタンガンで十分か)

    それは、あなたorあなたの会社がどこまでこだわるか、どういう基準を持ってるか、によります

    趣味で使うだけ、とか実験室の中でだけ使う、べつにエラー出しても構わない、という環境で使うのであればべつにかまわんのでしょうが、

    これを製品の一部として出す、となればそれは言語道断、ということになります

    なんせ、CPUのポートを直接引き延ばす形になりますんで、その5mがAC100Vラインとかモータへ行く線とかと接近している環境であれば、いくらプルアップ抵抗を小さくしたと言ってもサージ一発でラッチアップを起こしてCPUが燃える、という可能性も出てきます。

    #そうでなくても、CPUに繋がるラインを長く伸ばすと如実にサージ耐量が低くなりますねー

    まー、いずれにせよ、あはは、燃えちゃったねー、という言い訳ができる環境で使うのでなければ、やらないほうがいいでしょうね

  • In reply to わわい:

    RS422ドライバ等も絶縁されたものもありますし、光ファイバもありますね、絶縁を使用すると静電気や高圧のノイズ等も防げますからこれからは絶縁のものか、光ファイバか、無線を使用すればさらに壊れるというような問題は防ぐことができると思います。

  • In reply to IKUZO:

    スタンガンでテストと言うのは面白いですね!仕様が明確なスタンガンは高価で入手が大変と予想され、また、近くで使われることも無いと思うのでノイズ源としては良くないように思えます。

    電線へクランプによるノイズ注入としてはファストトランジェント、BCI、INSなどがあります。"ファストトランジェント"とか"BCI"で検索すれば、その他のテストも含めて概要、想定しているノイズ源、規格例、装置販売やレンタルの情報は多数得られます。

    安価な代替えとしては、①BCIなどでノイズ源として想定されていて、②職場に所有者がいそう、③電界強度がある程度コントロールできる でコンプライアンスの問題は残りますがアマチュア無線機器などは扱いやすいです。携帯電話(2.4GHzで最大1W程度)、ブルートゥース(2.4GHz)、WiFi(2.4GHzと5GHz)、プラズマ装置(13.56MHz)も近いです。

    ファストトランジェントは工場などのインダクタンス系のノイズを想定しているのですが、安価な代替えは思いつきません。

  • In reply to kijo:

    >安価な代替えは思いつきません。

      

    電子ライターとかチャッカマンとかでやってたけど?

    もちろん、正規のノイズ試験機はレンタルしてたけれど

    catalog.orixrentec.jp/.../list.html

    長期間借りるとそれなりにレンタル料が嵩むので、、、

    他には昔ながらのブラシ付きモータの電ドルとか

    最近のブラシレスモータのはノイズが出ないのでアレですが

    探せばそれなりに現存してる

    www.hitachi-koki.co.jp/.../dv19v.html

      

    この手の電ドルのコードに通信ケーブルを巻き付けて

    通信ラインをオシロで観測しながら電ドルに負荷を掛けて回す

    シールド無ケーブルとシールド有りケーブルで比較してみると

    シールドの恩恵がよくわかる

    KV電線とかの単線をツイストしただけでもノイズ対策効果が出るのも確認できる

    フェライトコアとかのノイズ対策機器の効果もある程度までは確認できる 

     

    このようなくだらない実験を高価なノイズ試験機でやってると社長から怒られるけど

    電ドルでの実験なら誰からも怒られない

     

    このような安価な事前実験をしてから

    最終的な評価試験のみ高価なノイズ試験機をレンタルしてくれば安価に済ませれる

  • In reply to lumiheart:

    まさかのスタンガン人気( ゚д゚)

    勿論、スタンガンさんチェックは趣味でしか使わないですw 電ドリ以外には、ドライヤーなんかも便利ですね。一時期謎のエラーに悩まされた時は、右手にドリル 左手にドライヤーを持って、いろんなポーズとりながらON/OFF連打してたりしつつ何やってんだろ俺って思ったりしてました。ちなみにソレをオシロで見たら、AC100vに30vくらいのスパイクノイズが乗った上、ACアダプタもDCDCも抜けて回路までノイズ飛び込んでるのが見えたりしてもう何も信じたくなくなったりしましたorz

    大手の会社さんだと(お役所仕事的に)でかい暗室で高価なスパーク機器とかでの検証が必須だったりですし。ノイズはけっこう貴重なノウハウかなーと思います。

  • In reply to flux:

    わわいです

    スイッチング/シリーズに限らず、レギュレータってのはせいぜい数キロヘルツ程度の電圧変動を検出して追従、安定化させるもんなんで、高い周波数を持つノイズやスパイクはほとんど素通しとなる、と思っていたほうがいいです

    ましてやレギュレータ回路自体にスパイクが飛び込んで誤動作となると目も当てられない被害となる、ってのは想像に難くないでしょう。

    前にモータを回す、というトピックでは、レギュレータ入れるという話でクローズしたようですが、それだけではうまくいかんだろーなーと思ってたり。。

  • In reply to わわい:

    ファストトランジェント(IEC61000-4-4)でしたら、各都道府県の工業試験場で借りれると思います。(非試験機器は持ち込み)私の住んでいるところだと1時間1000円くらいです。高いか安いかは人それぞれですが。

    その昔、イミュニティ評価中に制御回路の波形をオシロで見ようとしましたが、誤動作の頻度が余計に激しくなった記憶があります。たぶん、オシロのプローブからノイズが回り込んだのだと思います。イミュニティ評価中にオシロで観測した波形は信用ならないと思います。

  • In reply to あーばん:

    弊社でも電動ドリルやドライヤーなどお客様先で予想される機械でのEMSチェックがマニュアル化されてます。日本では電気用品安全法やVCCI程度になってしまうので、電動工具だけでなく家電でもEMI特性公表どころか計測もしていないようです。弊社では経験に基づいてモデル名もマニュアル内に指定されてます。数年前にテストそのものを削除しようと試みたのですが、マネージメントレベルの不安は払拭できず継続してます。シールドルームもノイズ試験機も持っているのに開発マニュアルが改訂でないので、古い電動ドリルをオークションで定価の何倍も出して競り落とすと言う困った状況に落ちいてます。お客様の環境も変化しており、メーカ情報のない古い現物によるEMS確認は、安心にもならないと思うのですが、止められなくなってしまいます。長期的に継続できない検証は危険です。本当にfluxさんと同じく「何やってんだろうか?」とか「誰が始めたんだ!」と思ってしまいます。

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