利用數(shù)字隔離器簡化設(shè)計(jì)并確保系統(tǒng)可靠性

圖2.ADuM344x可保證無錯(cuò)運(yùn)行的最大容許電流和頻率

高速運(yùn)行

當(dāng)隔離測量系統(tǒng)使用高采樣速率時(shí)，用光耦合器隔離串行總線可能是比較困難的任務(wù)。接收器光電二極管的寄生電容限制了光耦合器傳輸數(shù)字信號的速度。您可以通過增加來自LED的光量來提高該寄生電容的充電速度，但這樣做會(huì)增加功耗。另外，很少有光耦合器在每個(gè)封裝內(nèi)只沿同一方向提供兩個(gè)以上的通道，而且通常不包括與通道間匹配相關(guān)的時(shí)序規(guī)格。雖然假定同一封裝中的光耦合器之間具有良好匹配合乎邏輯，但缺少印制的規(guī)格意味著您必須做出工程設(shè)計(jì)假設(shè)。與依賴非印制規(guī)格的情況相同，大多數(shù)謹(jǐn)慎的工程師會(huì)選擇留出充足的設(shè)計(jì)裕量，工作性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于采用單個(gè)光耦合器時(shí)數(shù)據(jù)手冊指示的性能。

使用數(shù)字隔離器的另一優(yōu)勢是，產(chǎn)品可采用4通道器件形式，保證速度最高可達(dá)150 Mbps。另外，所有數(shù)字隔離器制造商都在數(shù)據(jù)手冊的時(shí)序部分提供了保證通道間匹配規(guī)格。例如，ADI公司的ADuM344x隔離器在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)的保證通道間傳播延遲失配小于2 ns。實(shí)際使用中，這意味著可以在數(shù)據(jù)手冊列出的速度下使用數(shù)字隔離器，而無需針對較大或未知的器件間或通道間偏斜來下調(diào)系統(tǒng)性能。

圖3.可以用單個(gè)ADM2682E實(shí)現(xiàn)全雙工、隔離式RS-485接口

集成

由于數(shù)字隔離器技術(shù)兼容標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝，因此，集成額外的功能以簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對較容易。例如，傳統(tǒng)的熱電偶測量器件可能用多個(gè)光耦合器來實(shí)現(xiàn)低速SPI接口，并用具有驅(qū)動(dòng)器和調(diào)節(jié)器的隔離變壓器來為隔離前端供電。利用集成隔離電源的數(shù)字隔離器(如 ADuM5401)，整個(gè)隔離系統(tǒng)成為帶四個(gè)數(shù)據(jù)通道和隔離電源的單個(gè)集成電路。與使用分立隔離器和隔離電源相比，這種方式提高了可靠性，節(jié)省了大量電路板空間，降低了成本。

許多儀器內(nèi)置隔離式RS-485端口，用于遠(yuǎn)程監(jiān)控或控制。幾年前，實(shí)現(xiàn)這樣的隔離端口不但需要為數(shù)據(jù)線路配置隔離器，而且需要兼容RS-485差分信號和電源的收發(fā)器。圖 3顯示了像 ADM2682E這樣的單個(gè) IC如何將所有功能集成到單個(gè)封裝之中。

總結(jié)

過去，設(shè)計(jì)隔離式測量設(shè)備是一種昂貴、困難、有時(shí)甚至令人沮喪的任務(wù)，因?yàn)楣怦詈掀鞔嬖谥T多的技術(shù)問題。在過去幾年中，數(shù)字隔離技術(shù)的進(jìn)步大大簡化了這一任務(wù)。數(shù)字隔離技術(shù)具有成本低、性能高、易用、集成度高的特點(diǎn)，有助于工程師按時(shí)完成開發(fā)進(jìn)度。另外，監(jiān)管機(jī)構(gòu)認(rèn)證以及承受高干擾水平的能力使其非常適合工業(yè)測量系統(tǒng)中常見的長壽命產(chǎn)品。