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          單線串行總線測量設(shè)備隔離傳感的接口介紹

          作者: 時間:2012-09-16 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)用經(jīng)常為了病人和操作員的人身安全要求電壓達(dá)到2500Vac或更高。該屏障不僅要把電源傳輸?shù)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/傳感">傳感器件上,而且還要傳送往來于該器件上的數(shù)據(jù)。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/164914.htm

            每一個穿越屏障的數(shù)據(jù)信號都要求隔離。因此,在這些應(yīng)用中,設(shè)計(jì)者可以通過選用而不是并行來節(jié)約成本。包括SPI、I2C和Dallas總線。

            Dallas總線只需要一根數(shù)據(jù)線(外加地線)來進(jìn)行雙向通訊。由于光隔離器是單向器件,典型的傳輸需要兩個光耦,數(shù)據(jù)流的每個方向上各用一個(而SPI和I2C總線則至少需要三個光耦)。

            該單線串行總線不僅允許傳輸雙向數(shù)據(jù)流,而且還可以寄生電源模式傳遞電源。用一個隔離的變換器來為器件供電。這樣,絕大多數(shù)的設(shè)計(jì)需要兩個光耦用于數(shù)據(jù):一個光耦用于反饋到隔離的電源上,而一個變壓器用于電源隔離。

            該電路如圖所示,電路中僅用了一個隔離變壓器驅(qū)動器(U1)和一個單光耦(U3),把用于隔離的器件數(shù)減到了最少,而同時又保持了雙線抽頭設(shè)計(jì)。

          電路中僅用了一個隔離變壓器驅(qū)動器  U1提供隔離的和虛調(diào)節(jié)的電源,并能夠使主控臺把數(shù)據(jù)傳送到隔離另一側(cè)的單線串口上。而接收通道上的單光隔離器使得主控臺能夠接收來自單線串口上的隔離數(shù)據(jù)。

            注意下列的觀察結(jié)果:在引腳VISOI處(原理圖的右上角),由U1和變壓器T1產(chǎn)生的電壓約為4.0V。D1和D2實(shí)現(xiàn)變壓器次級的半橋式整流。

            在U1中,將FS和VCC連接起來,使得器件的開關(guān)頻率為額定的860kHz。電容器C2對輸出進(jìn)行濾波,使輸出電平保持在正半周期。R1用來對C2進(jìn)行放電。

            通過利用Dallas單線串行總線,電路能提供主控臺微控制器和元件之間的隔離和雙向通訊。

            主控臺微控制器通過控制U1的SD端的通斷來向單線串口設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)不發(fā)送數(shù)據(jù)時,通常U1工作并向單線串口設(shè)備供電,對單線設(shè)備表示為邏輯高電平。此時引腳VISOL處的電壓約為4.0V。

            進(jìn)行通訊時,主控臺施加一個復(fù)位脈沖將SD置高電平,關(guān)斷U1。由于U1的關(guān)斷,VISOL處的電壓降低到單線串口設(shè)備的邏輯低電平。合理選擇R1、R2、R3和C2的值,使得VISOI在大約5μs內(nèi)降到邏輯低電平門限(0.8V)以下。(R1=R2=1.00kΩ, R3=2.00kΩ, C2=4.7nF將產(chǎn)生測試起始值,而終值則取決于所選擇的光耦。)當(dāng)U1工作時,合理選取上述四個數(shù)值,使得VISOI不能低于單線串口設(shè)備的邏輯高電平門限(2.4V)。

            當(dāng)主控臺接收來自單線串口設(shè)備的數(shù)據(jù)時,光耦(U3)被VISOI電平或單線串口設(shè)備的數(shù)據(jù)端(DQ)調(diào)節(jié)。當(dāng)U1工作時, U3中的LED點(diǎn)亮。這將強(qiáng)置Rx為低電平。當(dāng)單線串口設(shè)備將DQ拉到低電平時,LED熄滅,而Rx變?yōu)楦唠娖健6鳸1關(guān)斷時,Rx變?yōu)楦唠娖剑瑢?dǎo)致VISOI降低而熄滅LED。(微控制器上的Tx和Rx邏輯與單線串口設(shè)備上的邏輯相反。)

            這樣,由一個光耦、一個變壓器和一個Dallas單線串行線就構(gòu)成了一個位于主控制臺和精密的單線串口測溫設(shè)備之間的隔離傳感接口。在保持連接和器件成本最低的同時,該電路支持醫(yī)療和工業(yè)中的高壓應(yīng)用場合。

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