未来高速无线通信标准发展探析

    众所周知,无线通信标准在不断演进,以提供日益增长的数据吞吐能力。数据速率的提高主要是通过协议物理层的增强实现的。这些增强一般都需要几年的时间,这使得我们能够同时展望未来的通信系统和RF测试要求的变化。目前最热门的两个无线标准是无线局域网(WLAN)产品领域的IEEE 802.11ac和蜂窝通信领域的3GPP LTE-Advanced。
IEEE 802.11ac是一个新标准,该标准针对更高吞吐能力的无线连接而设计,与基于IEEE 802.11a/g/n的当代Wi-Fi产品相比,具有更多的MIMO通道、更高的带宽和更高阶的调制类型。我们将研究的一些关键的IEEE 802.11ac规范采用8×8多输入多输出(MIMO)天线技术、160MHz通道带宽和256状态正交调幅(256QAM)。

    同样,LTE-Advanced是3GPP LTE规范的演进版本,它具有各种还包含更多空间流和载波聚合技术的增强功能。目前新设计的LTE网络基于3GPP发行版8规范,而LTE-Advanced则基于3GPP发行版10规范,其增强功能很有可能作为现有LTE网络的未来升级而提供。LTE-Advanced的主要细节包括使用8×8 MIMO技术和载波聚合技术,从而使用多达100 MHz的通道带宽。

    本文将探讨这两个标准的物理层特性,并介绍高数据速率是如何实现的。我们还将讨论更多的空间流、载波聚合和更高阶的调制方案如何直接转化成更高的数据吞吐能力。最后,我们将讨论每个标准的物理层演进给当前RF工程师带来了怎样的新测试挑战。

不断增加的空间流

    第一个无线通信标准为提高数据速率而引入MIMO天线技术已经有五年多了。在MIMO以前,一般将香农-哈特利(Shannon-Hartley)定理作为给定数据通信通道的理论数据吞吐能力的模型:

容量=带宽×log2(1+SNR)

    根据该定理,通过影响通道带宽或信噪比(SNR)可以提高特定通道的数据速率。不过具有多个空间流的MIMO系统的设计却允许背离香农哈特利定理。在2×2 MIMO系统中,在同一物理通道中使用两个独立的空间流能够有效地使数据速率达到传统的单输入单输出(SISO)系统的应有数据速率的两倍。相应地,4×4 MIMO通道可以实现4倍的数据速率,8×8 MIMO通道则可以实现8倍的数据速率。

    目前,IEEE 802.11ac和LTE-Advanced等新一代无线通信标准不断地使用更多的空间流来提高数据吞吐能力。比如,Wi-Fi的前身IEEE 802.11n采用复杂的4×4 MIMO配置,新一代802.11ac采用8×8 MIMO配置。从LTE到LTE-Advanced的蜂窝通信技术的演进将带来同样的变化。目前的LTE规范可以实现4X4 MIMO下行链路通道,而LTE-Advanced则支持8×8 MIMO下行链路通道。除IEEE 802.11ac和LTE-Advanced之外,我们将看到这一趋势将继续向前发展。有关16×16 MIMO系统的研究已经开始进行,未来有一我们会看到16×16 MIMO系统(这取决于研究的结果)。

    对于新一代基于MIMO的通信系统的测试工程师而言,根据历史事实,使用传统仪器很难满足多端口MIMO测量的同步要求(如果这些要求并不是无法满足的话)。如今,PXI仪器的模块化和软件定义架构可以为工程师提供测试新一代无线标准所需的灵活性。比如,在典型的PXI系统中,只需在同样的主机中增加更多的PXI下变频器和数字化器,4通道RF信号分析仪就可以升级到8通道RF信号分析仪。

更高的通道带宽

    正如香农哈特利定理的所述,增加数字通信通道的带宽是增加通道带宽的第二个途径。根据历史事实,在蜂窝领域,当GSM/EDGE发展到UMTS时,仅增加数字调制信号的符号率即可增加通道带宽。不过,大家普遍认为,在单载波通信系统中使用宽带信号会产生固有的物理硬件挑战。此外,由于具有更高符号率的系统会产生较短的符号周期,因此多径衰落等其他常见的无线挑战在宽带单载波通信系统中的问题会越来越大。

    目前,新一代无线通信通道整合正交频分复用(OFDM)技术和载波聚合技术来提高有效的符号率,同时还可以避免出现宽带单载波通信系统的传统挑战。OFDM是目前用于IEEE 802.11a/g/n和LTE的一种常见技术,这种技术可以将一个通道分成正交和较低符号率的子载波,从而实现更高的有效符号率,同时减轻多径衰落问题。对于IEEE 802.11ac和LTE-Advanced等新一代标准而言,通过增加通道带宽提高数据速率是通过使用以下两种机制实现的:更多的子载波和载波聚合。

    IEEE 802.11g是针对单个20-MHz OFDM通道而设计的标准,IEEE 802.11n则支持多达两个20MHz通道的设备实现40MHz的总带宽,从而增加载波聚合技术。相比之下,IEEE 802.11ac支持20、40、80和160MHz通道带宽方案。在40和80MHz模式的IEEE 802.11ac中,通过使用更多的子载波实现了更高的带宽。因此,20MHz模式采用64个子载波,40MHz模式采用128个子载波,80MHz模式采用256个子载波,160MHz模式采用512个子载波。相比之下,80+80 MHz模式的IEEE 802.11ac将采用略有不同的方案。在这种模式下,载波聚合方案将通过接入点同时采用两个唯一的80MHz OFDM通道(每个通道256个子载波)。在表1中,我们对各种常见IEEE 802.11标准的不同调制类型、MIMO方案和通道带宽进行了比较和对比。

[课堂]微型投影机防震小窍门

    微型投影机有一个有点是无庸置疑的,就是其便捷性,所以很多时候微投需要经常的移动使用,所以在这方面不免会产生一些震荡,这对于投影机播放的效果来说是不好的,所以防震对于微投来说非常的重要,那么今天小编就个大家分享一下,关于微型投影机防震的一些相关知识。

微型投影机也要注意防震
    微型投影机是高度精密的电子产品,所以对于震动相当敏感。特别是以便携性为特点的产品更是如此,目前无论是教育还是商用市场,便携式移动微型投影机都得到了广泛应用。这种微型投影机在设计时已预计了移动的问题,因此稍有冲击震动,是不会影响微型投影机的使用效果和寿命的。不过,如果微型投影机受到震动而引起LCD移位,哪怕只有1mm,所导致的颜色偏差都会在画面上显示出来。因此防震也是微型投影机保养中的重要一关,特别是对于在移动性上相对较为频繁的便携型微型投影机,更应该遵循轻拿轻放的操作原则。

微型投影机震动的危害
    从整体来看,一定要严防对于微型投影机强烈的冲撞、挤压和震动。剧烈的碰撞会造成对于微型投影机表面的擦划,对于镜头表面也会有一定的危险。挤压或者冲撞从内部来看影响要更为严重,强烈的碰撞会造成液晶片的移位,从而将大大影响到在投影时LCD的会聚,最终导致颜色偏差。而光学系统中的透镜、反射镜也会产生变形或损坏,影响图像投影效果,而变焦镜头在冲击下会使轨道损坏,造成镜头卡死,甚至镜头破裂无法使用。
注意几点即可防震

    因此在日常保养中,我们首先要做到轻拿轻放,其次一定要避免在微型投影机运行过程当中进行移动。除此之外,如果需要微型投影机经常性的移动使用,那么在购买时要考虑购买体积小巧的产品,并配专用的便携箱。如果能遵从以上几种使用方法,相信您的微型投影机也能承受8级地震。

音响系统与听音房间的匹配原理

    音响系统讲究的就是一个匹配,其中音响系统和房间进行搭配是比较困难的。在音响展览会上,可以说参展者没有一家不抱怨自己的音响系统与展示厅房间不匹配的问题。再者,我为各层次的朋友搭配的部分较高档次的系统(价格大都在1万~2万元),在各自的房间中产生的效果真是千差万别。总结一点就是,不管你的音响系统档次有多高,只要和听音环境不匹配,全都是白白浪费银子,一句话就是空间失真的问题。

    一般地说,音源的负载是功放机,功放机的负载是音箱,而音箱的负载就是听音的房间。空间失真是指重放系统声音输出和进入人耳的声音输入之间的差别。这种失真主要是由于房间的谐振驻波产生的,由于房间中的墙壁、地板、天花板以及室内的各种物体,或者对某些频率的吸收或反射。直达声经过反射造成的起初的延迟声和后来的延迟声相互交织在一起造成失真,或者由于音箱位置摆放不好而使其方向性变窄,不能使原音声场再现。对于以上问题,因各自的房间不同,以及各种设备的性能特点不一样,哪怕是权威专家也难有统一的标准,只能根据各自的实际情况来调试搭配。

    一、房间大小与机器功率之间的匹配功率放大器的功率输出必须根据房间面积大小、高度、容积等条件来选择,主要保证重放时有一定的声压,而且要和音箱功率基本匹配。功率太小音量不够,太大又造成浪费。一般家用根据经验,胆机20W~50W,石机50W~100W额定输出功率就可以了。

    二、听音房间的空间尺寸为了避免产生驻波,房间的空间尺寸的比例要合适。消除或者至少避免声波因四周墙壁在某一频率上产生共振,可大大提高系统重放时的声音清晰度。一旦共振发生将很难消除,一间尺寸和装修都已经固定的房间,并不是什么高档器材和音源都可以完美重放的。一般家庭的客厅比较容易出现驻波的频率大约在80Hz~300Hz,根据很多资料的介绍,听音房间的长、宽、高比例应该是1.618:1:0.6侣,如房间尺寸差异太大,可以在装修时通过调整天花板吊顶的高度来弥补,而宽度则可以调节墙面装饰物的厚度(如电视墙、酒柜墙、古董架等)来弥补。

    三、听音房间的混响时间对于不同尺寸、构造,特别是室内六面材料都不同的房间,都存在不同的混响时间。混响时间的长短主要和发声清晰度构成一对矛盾,混响时间太短,声音枯燥发干,混响时间太长,声音混淆不清,大量细节将无法在声场中重现,大大影响欣赏音乐的效果。

以上工作做好后,我们来听一听房间的听音效果:
    1、如果低音鼓,拨弦或低音号的声音听起来一模一样,那只能说明扬声器或音箱里可能有较大的低音共振效应,这是与房间无关的,着重改造音箱系统,这一点先要搞清楚。
    2、把语音和音乐播放性能进行比较,具体就是在播放音乐很正常的情况下,保持机器的状态不变,只改变音源来播放语音(如诗词朗诵),语音应该显得生动活泼、清晰自然、发音易懂,这与房间的关系最大。

    3、听一段打击乐器,一阵一阵的强音,再听一段拨奏乐,查证一下有没有拖音这种瞬态失真。

    4、给音源机送入《雨果金碟》一辑,播放10000Hz连续信号,在音箱前面走一圈,检查一下输出声音的相对指向性,高频时输出的分布越是开阔,这个系统和听音房间就越是匹配。

    5、除了检查音箱箱体有无共振之外,更重要的还要调试左右声场的平衡,在皇帝位上能感觉前方有非常明显的声场定位。特别是器乐合奏时,各种乐器在声场中的位置应该很明显,而且不能随音量的改变有移位的感觉,歌唱演员在声场中间偏左的位置上,开声后就不能有位移了。

透析音箱采用双功放驱动的优点

    在专业扩声领域里,传统扬声器驱动方式均为单功放驱动的内置分频模式,只适于一般应用的场合。在要求高、功率大的现代扩声系统中常采用双功放(低音功放和中高音功放)或三功放驱动(高、中、低音三种扬声器分别驱动)。相对于单功放驱动,此种匹配方式能免除诸多单功放驱动的缺点,使音质更加悦耳动听。

一、改善了音箱系统的阻尼系数
    阻尼系数反映的是扬声器阻抗与整个扬声器前电路的总阻抗的比值,阻尼系数越高,功放输出信号的变化在扬声器上的反应也就越明显,也就是说,功放对扬声器的控制力越高。内置分频器本身所用的分频原件,都是高阻抗原件,所以功率分频会大大增加电路的总阻抗,从而降低功放的控制力,影响音质的提高。

    而采用双功放或三功放驱动后,就没有内置分频器这级电路,所以对于系统的阻尼系数没有不良的影响。

二、消除了音箱的插入损耗
    所谓插入损耗,就是指为功放输出,但却不能传输到扬声器上转化为声音的那部分功率。内置分频也称LC分频,它的原理是利用电感(L)和电容(C)的低通和高通特性来阻碍一部分频率的信号通过某一路电路,从而完成分频的。但是内置分频器上使用的电感、水泥电阻等原件,本身就属于消耗很大能量的功率原件,损失在这些原件上的能量,就构成了所谓的“插入损耗”,而且分频器越是复杂,插入损耗就会越大。

    而采用双功放或三功放驱动后,由于在功放输出到扬声器单元之间不存在第三种设备,所以它可以完美的消除插入损耗,也就是它对于功放输出能量的利用率明显更高了。

三、相位特性更好
    功率分频器的LC原件,除了内阻带来的麻烦外,它们作为相位原件带来的相位影响也是在设计功率分频时所需要认真考虑的。对于一个音箱来说,在不同的频率下,高低音单元和分频器本身的相位情况是很复杂的,如果设计分频器时不考虑相位问题,做出合适的相位补偿,那么很可能造成虽然高低音扬声器的分频衰减很完美,但由于二者的相位不一致,导致曲线凹凸不平的情况,甚至于,一个曲线完美但相位不良的音箱,声音往往会比没有相位问题,曲线却不太理想的音箱更加难听得多。

    采用双功放或三功放驱动后,电子分频的电路设计,在相位控制上要比内置分频容易,在相位特性上要比内置分频好得多。

家庭影院布线攻略强弱电篇详解

    随着经济的发展,越来越多的人开始计划搭建家庭影院。在开始自己的计划之前,有许多需要考虑的因素,比如使用空间的定位,是客厅还是书房,比如面积的大小,大一点用投影机,小一点就只要用平板电视了。除此之外,家具选配,背景墙的设计,想要搭建完美的家庭影院,不仅经济上要投入,精力上更是要做好不怕麻烦的准备。 

    当然,上述很多问题都可以自己应付,即使没有做到完美,后期也没有太大的影响。但是最让人头疼的就是布线问题了,自己如果没有点相关积累,想要完全靠自己之力布线是很困难的,不说那些让人头疼的装修问题,就是布线的设计图也很难完成。

    平板电视、投影机和其他各种家庭影院的设备都需要电源支持,有的朋友可能觉得电源的布线简单,其实这其中也有不少学问,并且电源布线的好与坏都可能会影响家庭影院的整体效果。

    具体来说,电源布线分为强电和弱电布线。强电一般指器材的电源线了,家庭影院器材对电源的要求较高,最好直接从进户线单独牵几条电线。视听室电源箱的布线应该是进线与出线分开走,并按走向及电流大小分开、矩形固定,分别用线卡卡好。

    弱电主要包括电话线、网线、有线电视线、音频线、音响线等等。弱电的过管排法几乎和强电是一样的,也要穿PVC管的。以线的截面不超过PVC管截面的40%为好。再强调一点,千万不可穿的太多,而且强电和弱电绝对不能穿在同根管子里。而且要尽量分开,强电和弱电之间的距离最少是20厘米以上,否则就会有干扰。另外,各种线材的质量要力求过硬,以满足20年正常使用为底线。

    电源的布线好坏很重要,各种电源线混杂在一起可能会有干扰,普通的市卖插线板可能会影响到家庭影院画面的清晰度和音质是否纯净。有的人线材和设备都买最贵的,但是对电源的布线不重视,这样也得不到较好的效果。

    关于音箱的布线也些需要注意的地方。在布线时,线路尽量走直线,尽量不绕大弯,因为过长的环绕线会对音频信号带来损耗,影响音箱的音质。有条件的埋设音箱线路时要注意不要让线路直接接触地面,需用套管将其套在其中,注意不要打结。

如何确保LED显示屏信号稳定?

    正在使用中的led显示屏突然间因信号问题出现乱码,如果是在某次重大开幕式上,那损失是无法弥补的。因此如何提高信号传输的可靠性和稳定性便成为工程师不得不面对的课题。信号在传输过程中,随着距离的增大而减弱。所以,传输介质的选择则显得尤为重要。下面以RS-485作为远距离数据传输线时要注意的事项。

1、信号的衰减
    不难理解,信号无论借助何种介质传输,都会在传输过程中产生衰减。我们可以把RS-485传输电缆看成是由若干个电阻、电感和电容联合组成的等效电路。导线的电阻对信号的影响很小,可以忽略不计。电缆的分布电容C主要是由双绞线的两条平行导线产生。信号的损失主要是由于电缆的分布电容和分布电感组成的LC低通滤波器。通讯波特率越高,信号衰减也会越大。因此,在传输数据量不是很大,传输速率要求不是很高的情况下,通常我们采用9 600 bps的波特率。

2、通信线路中的信号反射
    除了信号衰减之外,影响信号传输的另一个因素是信号反射。阻抗不匹配和阻抗不连续是导致RS-485总线形成信号反射的两个主要原因。一、阻抗不匹配,阻抗不匹配主要是485芯片与通讯线路之间的阻抗不匹配。之所以引起反射是因为在通讯线路空闲时,整个通讯线路信号杂乱无章,一旦此类反射信号触发了485芯片输入端的比较器,就会产生错误的信号。我们通常的解决方法是将RS-485总线的A、B线加上一定阻值的偏置电阻,分别拉高和拉低,这样就不会出现不可预知的杂乱信号了。 二、阻抗不连续,顾名思义,与光从一种媒质进入另一种媒质时所引起的反射是相似的。信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有,信号在这个地方就会引起反射。消除这种反射最常用的方法,是在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻,使电缆的阻抗连续。由于信号在电缆上的传输是双向的,因此,在通讯电缆的另一端同样要跨接一个相同大小的终端电阻。

3、分布电容对RS-485总线传输性能的影响
    RS-485传输电缆通常多为双绞线,双绞线的两条平行导线之间即会产生电容。同时,电缆和大地之间也同样存在类似很小的电容。由于RS-485总线上传输的信号是由无数的“1”和“0”位所组成的,所以当遇到0x01等特殊字节时,电平“0”使得分布电容得到充足的时间充电,而当电平“1”突然来到时,电容集聚的电荷不能在短时间之内放掉,因此导致信号位的变形,从而影响了整个数据传输的质量。

4、制定简单可靠的RS-485通讯协议
    当通讯距离较短,应用环境干扰小的情况下,我们有时只需要简单的单向通讯就能实现项目的所有功能,但是大部分应用环境并非如此理想。项目前期综合布线的是否专业(比如信号线与动力线要保持一定的距离)、通讯距离的不可决定性、通讯线路周围干扰程度、通讯线是否采用双绞屏蔽线等等,这些因素都给系统的正常通讯带来极大的影响。于是,制定一套完善的通讯协议就显得尤为重要了。

浅谈国内无线耳机的发展现状

    为了使耳机产品使用更加便捷,各大公司大力开发无线耳机,其信号传输先后经历了FM调频、红外、2.4G技术、蓝牙、kleer等技术升级演变,每一代技术都在不断提升传输带宽、速度以及听觉品质,同时也降低了高质量视听设备的成本。下文就当前无线耳机的发展作一简要的介绍。

FM无线耳机
    FM是英文频率调制的缩写,简称调频。采用FM技术的无线耳机,出现的时间较早,其原理就是将音频信号通过FM发射机发射,同时在耳机中装上FM接收电路,就成了既能收听特有信号源又能收听调频广播的耳机了。由于FM调频技术原来主要用于无线电台广播,所以适合于远距离、大面积的接收,但其最高22kHz的采样率被称之为“收音机音质”,所以FM无线耳机音质较差、保密性不强、易于受到干扰。

红外无线耳机
    红外线属于光波,除强光外很少有能影响到红外无线的传输,因此稳定性较好,广泛应用于各种遥控器、无线鼠标以及早期的手机。红外无线技术最大的优点在于带宽,也就是说采用红外无线技术的音频产品可以传输大容量的信号,音质效果较好。

蓝牙耳机
    蓝牙技术也是一种基于2.4 GHz技术的无线传输协议,由于采用的协议不同,所以区别于其他2.4 GHz技术而被称之为蓝牙技术。目前,蓝牙技术应用最广的就是蓝牙耳机。由于大部分的手机、笔记本电脑、MP3都集成蓝牙功能,所以使用蓝牙无线耳机在大部分情况下本身不需要设置发射机,使得用户成本降低。其次,蓝牙耳机保密性佳,这点是因为2.4 GHz的频率特性所决定的,使得采用蓝牙技术制作的耳机不容易产生跳频或被窃听。

Kleer无线耳机
    Kleer无损数字传输技术是基于2.4 GHz传输频率的通信技术,利用二次抽样的无线电波结构来保证在可靠的2.4 GHz频率上传输无损的CD质量数字立体声音频。使用Kleer技术的KLR3012 RF音频模块能通过2.4 GHz的频段以2.4 Mb/s的速度将数据传输lOm以上的距离,频响20 Hz-20 kHz,失真率小于0.1%,并且传输延迟非常小。

[讲堂]组建家庭影院的常见器材

    很多网友都在E家论坛里面询问家庭影院的相关知识,尤其是一些基础的影院器材选购和搭配的问题最多。为了方便大家的查询,笔者这里特意整理了一些家庭影院各项器材的选购和搭配知识技巧,希望对入门级的家庭影院组建者有所帮助。

1、THX认证
    在了解各种器材选购之前,作为入门级的网友有必要知道什么是THX认证,因为这将对你选购器材起到很大的作用。THX认证主要是为家用视听器材提供完整的品质规格规范。一套完全由THX规格器材组成的AV系统应该能够达成以下的效果:全频段的高音及低音;声音更为平顺自然;在听觉范围内最少的低音失真;更清晰的人声定位。

    THX认证的器材都是针对家庭影院的功能而设计,对于音箱当然是充分考虑家庭影院的功用,对于功率放大器应当是功率十足,对于影音源则是其影像的品质达到一定水准之上,对于均衡器也是一样,但是对于解码前级及主机就有很多不同级别的差异。

2、音箱
    理想的家庭影院音箱,除了低音炮,各个声道最好力求一致,虽然并不强求主声道、中置环绕音箱在外观和体积上的完全一致,但起码要保证单元,特性,音色的一致。如果组建的音箱都不是来自同一品牌,它们之间无论从外形还是音色来看都有很大的差异。因为大部份动感强烈而吸引人的大片都录有环绕的动态音效。动态音效既包含会移动的音效,也包含大小声音的剧烈变化。为了要充分表现整个视听空间的移动音效,一致性高的音箱才能做到。

    作为家庭影院的声音系统至少要有4声道,既左前、右前、左后、右后声道。需要注意的是,对于入门级来说,目前还没有一个音箱是同时兼顾动态和细致的音质,即适合欣赏音乐的音箱会缺少爆炸力,而适合看影片的音箱在表现音质细腻方面有所欠缺。至于音箱间的协调,在选购过程中不妨多实际听听,多多比较。

    我们平时所说,5.1、7.1声道就是指多了个0.1声道,那个就是重低音,也叫超低音、低音炮。主要的目的是对整个音箱系统的低频做个补充,如果你的主音箱(5个或7个)低音非常强劲,不加也可以,这时候必须把解码器的重低音关掉,让此部分信号分到主音箱。但对于小型主音箱,加个重低音可以很好的渲染画面的火爆。

3、AV功放机
    目前市场上的AV功放机口牌众多,高档品牌以日本、欧美等地为主,国内虽然也有高档功放,但数量不多。一般而言,欧美的名牌机种档次较高,功率都比较充足,价格也较昂贵。
    而日本产品极高档的只是少数,中价位的较受欢迎,近来也推出不少廉价的机型。国产品则以平价为主,品质较好的一般也就在2000左右。因为蓝光和HD DVD播放机的出现,因此能够应付蓝光和HD DVD音频格式的功放也应运而生,目前生产支持次世代音频格式的新式功放的厂商主要有安桥、天龙以及先锋三大品牌。支持次世代音频格式的新式功放添加了不少新元素,效果更好,但是价格也高,不建议入门级影院购买。

4、播放器
    组建影院,还是建议购买DVD。一些入门级网友在选择DVD希望一步到位,所选DVD兼容所有的格式。目前DVD可以读取MPEG1、MPEG2、MPEG4、EVD专用格式、HDV专用格式和FLASH这些音视频格式以及MP3、WMA、CD音轨、MIDI、HDCD等音频格式。但是目前还没有一种DVD具备读取所有格式的功能。

    需要注意,入门级影院尽可能用同一个厂家生产的器材来搭配。一来是整齐划一,二来看上去的视觉感受也好一些。再者,同一个厂家生产的产品,各件器材之间的颜色的协调以及音色的搭配,都由厂家事先做了完美的考虑,这样在视觉上和使用上都要美观方便很多。如果像东选一个品牌,西挑一个型号,搭配起来实在既不美观,音色也不会太协调。

浅谈正弦波调光器的发展及应用

稿件提供:永林电子(上海)有限公司 研发总监 刘道坤

    Lite Puter从1978年开始专注灯光控制产品及系统的研发,三十几年的历程对灯光控制行业有了深刻的理解,产品的开发一直贴近市场需求,保持技术的领先,从2003年进入新一代调光——正弦波调光器的研发。

正弦波调光器发展背景
    随着使用者对调光品质的要求越来越高,当前以可控硅为主的调光器凭借控制线路简单,负载能力强,价格低等优势,备受调光器生产厂家和用户的青睐,由于可控硅调光是对正弦交流电交流电进行斩波,输出的电压波形已经不再是正弦波。对该周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解可知,可控硅调光过程中输出的负荷电压除含有与电源同频率的基波成分外,还含一系列频率为电源频率奇次倍的高次谐波。这些高次谐波向空中大量幅射,也会通过导线传导到其它负载,引起电源电压波形畸变,影响同一电源网络的仪器设备的正常运作,尤其是对音响系统的干扰尤为明显。除此之外,还有诸如调光噪声、能效低等影响。

    既然可控硅调光器有这样的缺点,新一代调光器的研发就备受期待,于是各大调光器厂商就纷纷投入到正弦波调光器的潮流之中,Lite Puter顺应潮流开始了漫长而又艰辛的SINEWAVE之旅。

正弦波调光的原理
    利用高速电子开关,依调光比例作输出或不输出的开关动作,一般采用大于30KHz的高速PWM讯号对AC切割,经由L-C线路还原为正弦波。通过微处理器控制的PWM+,PWM-推动Q1,Q2来实现AC的全波控制输出。微处理器输出的PWM频率为52KHZ。

正弦波调光器发展遇到问题及解决
    正弦波调光器顾名思义,其输出是连续的正弦波,其中用到关键功率器件IGBT,IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点,又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间,可正常工作于几十kHz频率范围内,故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。IGBT是电压控制型器件,在它的栅极与发射极间施加十几V的直流电压,只有μA级的漏电流流过,基本上不消耗功率。但是IGBT瞬间过流能力没有可控硅好,以及高速开关过程的发热问题。

    因此,正弦波调光器研发的难点在于过流时的保护以及调光器的散热问题,这两个问题是正弦波调光器能否运作的关键。
针对这两个问题常用的保护措施有:①利用温度传感器检测IGBT 的温度,当超过允许温度时输出功率降低甚至关闭,实施过热保护。②利用电压电流传感器检输出电压及电流,当输出电流大于系统额定电流时系统通过降低输出功率控制电流在合理范围甚至是关闭PWM输出,这些都是由微处理器来控制实现系统的过热、过流保护,让系统运行在安全的状态。

正弦波调光器的优点分析
    正弦波调光器的优点在于干扰小、噪声低、效率高,调光输出电流为真正连续的正弦波,因此没有灯丝的震荡声和电磁干扰,正弦波调光器从根本上解决高次谐波问题。

    首先我们对正弦波调光和可控硅调光的输出波形对比,红线为50%调光输出时SCR的调光波形,绿线为50%调光输出时正弦波调光波形。虽然他们的调光亮度是相同的,但是SCR的输出的瞬变电流很大,因为它的输出不是连续的正弦波,造成三相电力不平衡,它需要较粗的中性线,正弦波调光输出电流为真正连续的正弦波,因此没有灯丝的震荡声和电磁干扰。

    其次,我们比较两者的谐波,我们可以从这两幅图清楚地看出两者的差异,正弦波输出的频谱特性曲线,从特性曲线可以看出系统的二次以上谐波较低。
    接下来我们分析正弦波调光器的功率因数,功率因数(PF)是指交流输入有功功率(P)与输入视在功率(S)的比值。即
式中:I1为输入基波电流有效值;为输入电流失真系数; Irms为输入电流有效值;cosφ为基波电压与基波电流之间的相移因数。 由此可见PF由γ和cosφ决定。cosφ低,则表示用电电器设备的无功功率大,γ值低,则表示输入电流谐波分量大,对电网造成污染,严重时,对三相四线制供电还会造成中线电位偏移,致使用电电器设备损坏。

    1.由式(1)可知,要提高功率因数有两个途径,即使输入电压、输入电流同相位,使输入电流正弦化,如图04示,我们直接对正弦波进行高速切割,然后经过L1和C1的滤波,使输出还原为连续得正弦波,并且和输入电压同相位,cosφ=1。因此本系统可以获得较高的功率因数。

    2.无源无损吸收则是采用无源元件来减小MOSFET的dv/dt和二极管的dv/dt,从而减小开通损耗和反向恢复损耗。由微处理器控制储能释放线路,将L1和C1的储能,在IGBT关断时释放。

    3.本系统采用高速微处理器输出52KHZ的高频PWM来控制IGBT对AC的正弦波进行全波的高速切割,可以选择较小的电感和容值小的电容,使被高频切割的正弦波被还原为连续正弦波。功率因数校正电路工作于高频开关状态,体积小、重量轻、效率高。

    综上所述:这就是正弦波调光器高效、超静音、干扰小的原因。

正弦波调光器的现在和未来
    目前Liteputer的大功率正弦波调光器经过近十年的研发已经大规模应用到日本和台湾的大型剧场及电视台,它的超静音、干扰小、效率高的优势得到体现和认可。

    现在LED的迅猛发展,但它在大功率的应用上还是无法替代传统光源,但是有一天它会成熟,到那时一颗绿色的大功率LED光源搭配一部绿色的SINWAVE调光器将是完美的结合。这是因为正弦波调光器很容易为未来的大功率LED提供强大的驱动力。正弦波调光器输出的是0-100%,可调的真正的正弦波加上强大的负载能力会为绿色照明作出它的贡献。

选购合适KVM交换机的十点建议

    当你在选购KVM交换机时,你肯定希望它能够满足你的需求。如果你是个新手,或者企业预算有限,又或者因为时间太紧没有做好市场调研工作,没关系,下面的十点建议可以帮助你选到最适合的KVM交换机。

1 正确操作
    在进行IT维护工作时,最令人郁闷的就是无法方便快捷的检查系统状态,或者需要不断的将标准键盘鼠标从一个服务器换到另一个服务器上,尤其是当系统出现紧急状况时(比如电邮服务器宕机,互联网连接出错,成百上千的用户受到直接影响时)。当你在面临这样充满压力的工作时,一沓别扭的KVM系统是千万要不得的。

2 兼容性
    KVM通常能与多种操作系统协同工作,但是偶尔也会出现小毛病。你可以在产品规格表上看到KVM所支持的操作系统,确保你的网络环境中使用的操作系统都能够被KVM支持。如果没有考虑到兼容性问题,你可能会在产品使用一段时间后将其打包,退回给厂家。

3 接口
    在购买新KVM时选择只支持DVI视频连接或只有PS/2接口的设备,结果发现网络环境中的服务器都只能使用VGA视频接口或USB外设接口。另外,有些工程师以为自己购买的KVM能够支持KVM over IP,但实际上是不能的。不要一时冲动购买 KVM交换机。首先要检查现有设备都采用了什么类型的接口,确保将要购买的KVM交换机能够支持这些接口。

4 端口扩展
    有些不从长远考虑的网管为了支持八台服务器,而选择八口的KVM交换机。我建议大家购买的KVM交换机带有一定的扩展空间。要至少能够用来增加一个VoIP系统,一个新的数据库平台,HVAC或报警控制服务器,以及其它目前由于预算问题还没有购买的设备。保证有20% 到25%的备用端口。

5 显示屏
    显示屏 (OSD)和菜单系统有时候容易被我们忽视。它可以提供直观的连接状态,让管理员在配置和切换设备时更加简单。如果你习惯在工作中使用 GUI界面作为辅助,那么一定要选择一个支持OSD的KVM。如果需要频繁的在多个设备间切换,也应该选择带有OSD的设备,它会让你的工作更有效率。

6 知否支持机架
    很多企业采用的是台式KVM,当迁移到机房,进入服务器机架环境时,这些设备就显得不那么合适了。根据公司发展的速度,如果目前还没有服务器机房甚至连机架都还没有,在选择KVM时,可以适当考虑能够在未来转换进机架的KVM设备结构,或者直接选择标准的机架单元。当然,如果你确定自己的所选择的台式KVM在未来也能继续工作在服务器机房或机架环境,那么也是可以的。

7 电气指标
    与那些通过相连设备获取电源的KVM交换机相比,自身带有电源的KVM交换机工作的会更稳定一些。有一些价格昂贵的KVM交换机带有可选的电源设备,但是不花钱人家是不会给你的。因此在选择KVM时,要看清包装中是否带有电源,或者是可增配电源。如果包装中不带电源,你可以在搞清楚KVM设备的电气规格后去电气设备店买一个对应的独立电源。
8 足够的电缆长度
    在准备购买KVM设备前,你一定要测量一下所需的线缆长度。要确保电缆或各个独立设备间的线缆具有足够的长度,满足你的网络环境需求。这看上去好像没什么,但KVM线缆价格昂贵,一旦使用后发现不够长,想去退还一个长一点的并补上差价都是不太可能的了,所以一定要注意。

9 Reset 按钮
    有时候 KVM的内存会出现崩溃。由于KVM通常不仅采用独立电源,而且同时也接受其所连接的服务器供给的电源,因此很难让一个内存崩溃的KVM彻底断电。估计没有人愿意为了给KVM断电重启而在机架间穿梭,拔掉四个,八个,十六个甚至更多的服务器连接线。因此你所选择的KVM最好带有重启按钮。

10 音频支持
    虽然不是很常见,但是有些服务器环境需要KVM控制系统能够支持音频。当然,并不是所有的KVM交换机都支持音频。因此在选购时应该查看设备功能表,确认设备能够支持音频。否则你就有可能陷入鼓噪的系统喇叭所发出的噪音中。