信號(hào)和電源隔離RS-485現(xiàn)場(chǎng)總線的高速或低功耗解決方案

簡(jiǎn)介

ADI公司的iCoupler^?數(shù)字隔離器和RS-485收發(fā)器產(chǎn)品系列解決了工業(yè)應(yīng)用中的兩大需求：更高的數(shù)據(jù)速率和更低功耗的工作模式。

對(duì)于高性能電機(jī)控制編碼器應(yīng)用而言，通常需要更高的數(shù)據(jù)速率、更小的RS-485收發(fā)器封裝和IEC 61000-4-2 ESD保護(hù)。ADM3065E/ADM3066E  50 Mbps收發(fā)器采用節(jié)省空間的10引腳 LFCSP封裝，可提供±12 kV（接觸）和±12 kV（空氣）的IEC 61000-4-2 ESD保護(hù)功能，為 EnDat編碼器提供了一套可靠的解決方案（請(qǐng)參考AN-1397應(yīng)用筆記了解更多 信息）。此外，在ADM3065E/ADM3066E 中添加高速穩(wěn)定的信號(hào)和功率隔離可以通過(guò) isoPower^? ADuM6401或 isoPower ADuM6000 及 iCoupler ADuM241D來(lái)實(shí)現(xiàn)，如本應(yīng)用筆記中所述。

圖1 適合井下應(yīng)用穩(wěn)定可靠的低功耗隔離式RS-485解決方案

在電池供電系統(tǒng)、井下應(yīng)用（例如，采礦）以及在4 mA至20 mA環(huán)路中工作的過(guò)程控制系統(tǒng)中，往往對(duì)低功耗工作模式具有較高需求。ADI公司生產(chǎn)的微功耗數(shù)字隔離器ADuM1441在關(guān)斷模式下的靜態(tài)功耗低于23 μA。ADM3483 3.3 V、250 kbps RS-485收發(fā)器的靜態(tài)功耗極低，關(guān)斷模式下通常僅2 nA。

圖1所示為適合井下應(yīng)用穩(wěn)定可靠的低功耗隔離式RS-485解決方案。ADM3483和ADuM1441共用可提供一條通往遠(yuǎn)程地下測(cè)量節(jié)點(diǎn)的可靠低功耗鏈路。系統(tǒng)接口卡包括ARM^? Cortex^? 微控制器單元(MCU)、ADuCM3027和集成模擬前端(AFE)AD7124-4，用于遠(yuǎn)程溫度和壓力測(cè)量。系統(tǒng)接口卡的固件更新通過(guò)遠(yuǎn)距離RS-485電纜提供，更新后能夠在最長(zhǎng)1 km的遠(yuǎn)距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)低數(shù)據(jù)速率傳輸（例如，9.6 kbps）。

圖2 信號(hào)和電源隔離的25 Mbps RS-485解決方案（簡(jiǎn)化圖，未顯示全部連接）

隔離式高速RS-485

利用iCoupler和isoPower技術(shù)，可以向ADM3065E中增添兼具加強(qiáng)絕緣和5 kV rms瞬態(tài)耐受電壓的電流隔離。ADuM6401提供了所需的四通道5 kV rms信號(hào)隔離、最高25 Mbps的工作速率以及集成式DC/DC轉(zhuǎn)換器。ADuM6401配合ADM3065E（如圖2所示）需將VISO引腳配置為3.3 V，具體方法是將VSEL引腳連接到GNDISO引腳，并將5V電源連接到VDD1引腳。在3.3V電壓下工作，即使數(shù)據(jù)速率達(dá)25 Mbps，也可以確保ADM3065E仍保持在ADuM6401的負(fù)載能力范圍內(nèi)。

利用ADuM241D四通道數(shù)字隔離器和ADuM6000隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器，可以實(shí)現(xiàn)50 Mbps數(shù)據(jù)速率以及ADM3065E隔離，如圖3所示。ADuM241D的數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)150 Mbps，能夠提供完全支持ADM3065E以50 Mbps數(shù)據(jù)速率工作所需的精確時(shí)序。

不過(guò)，以50 Mbps數(shù)據(jù)速率工作的前提是使ADM3065E工作在3.3 V電壓下。

如果需要在5V電壓下工作，可以將ADuM6000上的VSEL引腳連接到VISO，但支持的最大數(shù)據(jù)速率會(huì)降低（例如，<10 Mbps）。更多信息，請(qǐng)參考ADuM241D和ADuM6000數(shù)據(jù)手冊(cè)。

ADuM6401和ADuM6000 isoPower器件中的DC/DC轉(zhuǎn)換器可為ADM3065E（和ADuM241D）提供穩(wěn)壓隔離電源。這兩款isoPower器件利用高頻開(kāi)關(guān)元件，通過(guò)變壓器傳輸功率。用戶(hù)必須遵循輻射標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行印刷電路板(PCB)布局。如需PCB布局建議，請(qǐng)參考AN-0971應(yīng)用筆記。

圖3 信號(hào)和電源隔離的50 Mbps RS-485解決方案（簡(jiǎn)化圖，未顯示全部連接）

隔離式低功耗RS-485

圖4顯示了ADuM1441微功耗、四通道、數(shù)字隔離器和ADM3483低功耗、半雙工RS-485收發(fā)器的組合。

當(dāng)ADM3483處于關(guān)斷模式（驅(qū)動(dòng)器使能DE引腳為低電平且接收器使能引腳為高電平）時(shí)，靜態(tài)電源電流通常僅為2 nA（最大規(guī)范值為1 μA）。如圖4所示，ADuM1441的引腳7和引腳10分別連接至GND1和GND2。這意味著當(dāng)ADuM1441隔離器處于無(wú)總線通信活動(dòng)的關(guān)斷模式時(shí)，其靜態(tài)電流低于23 μA?？傮w來(lái)說(shuō)，該解決方案的靜態(tài)功耗低至24 μA以下。

如果ADuM1441的引腳7和引腳10分別直接連接到V_DD1和VDD₂，則ADuM1441的靜態(tài)功耗僅1.2 μA。這可以通過(guò)PCB上的跳線連接來(lái)實(shí)現(xiàn)，用戶(hù)可以選擇將引腳7連接到V_DD1或GND₁，還可以選擇將引腳10連接到V_DD2或GND₂。將ADuM1441中的1.2 μA靜態(tài)功耗特性添加到ADM3483靜態(tài)電源中，可實(shí)現(xiàn)一個(gè)在關(guān)斷或待機(jī)模式下僅消耗2 μA電流的完全隔離式RS-485節(jié)點(diǎn)。為了確保隔離器正常工作，ADuM1441的引腳7和引腳10必須分別連接到GND1和GND2。

圖4 低功耗、隔離式RS-485節(jié)點(diǎn)