iCoupler數(shù)字隔離器保護(hù)工業(yè)、儀器和計(jì)算機(jī)應(yīng)用中的RS-232、RS-484和CAN總線(05-100)

　　引言

　　在工業(yè)過(guò)程控制、穩(wěn)壓電源和計(jì)算機(jī)之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信等應(yīng)用中,都是采用串行通信總線在各種物理網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù),例如RS-232、RS-485和控制器局域網(wǎng)(CAN)總線?；ミB系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)通常都有自己的電源,而且往往相距很遠(yuǎn),所以通常都需要采用電流隔離不形成接地環(huán)路,保護(hù)系統(tǒng)免遭瞬態(tài)高電壓損壞,而且降低了信號(hào)失真,也保護(hù)了人身安全。

　　隔離

　　變壓器、耦合電容器、光耦合器以及本文討論的iCoupler隔離器——都是提供電流隔離的典型方法,它們能阻斷兩點(diǎn)之間的電流,同時(shí)允許數(shù)據(jù)順利通過(guò)(見(jiàn)圖1)。隔離用來(lái)保護(hù)設(shè)備以防由電源浪涌或接地環(huán)路引起的高電壓或電流,這在任何有多個(gè)接地通路的系統(tǒng)中都有可能發(fā)生。被長(zhǎng)電纜分開(kāi)的系統(tǒng)地線因?yàn)椴皇翘幱谙嗟鹊碾娢?所以地電流會(huì)在這兩個(gè)系統(tǒng)之間流動(dòng)。如果不采用隔離,上述電流會(huì)引入噪聲,降低測(cè)量質(zhì)量,甚至毀壞系統(tǒng)元件。

　　圖1 電流隔離器允許信息通過(guò)而阻止電流通過(guò)

　　工業(yè)環(huán)境下發(fā)生的因電機(jī)開(kāi)關(guān)、靜電放電(ESD)或者鄰近電弧閃擊通過(guò)感應(yīng)方式耦合到長(zhǎng)電纜中的電流會(huì)引起地電位的快速變化,常常會(huì)高達(dá)上百甚至上千伏。當(dāng)這種情況出現(xiàn)時(shí),應(yīng)將遠(yuǎn)程系統(tǒng)需要的邏輯電平開(kāi)關(guān)信號(hào)疊加到相對(duì)于其本地的地電位的高電壓上。如果沒(méi)有隔離,此電壓可能會(huì)破壞信號(hào)或者損壞系統(tǒng)。如果將連接到總線上的所有器件都參考同一地線可以保護(hù)該系統(tǒng)以防這種破壞性的高電壓,而且隔離的器件會(huì)防止形成接地環(huán)路和電涌。

　　要完全地隔離系統(tǒng),必須隔離所有的信號(hào)線和電源。帶隔離的DC/DC變換器可以提供電源隔離,而iCoupler數(shù)字隔離器可以提供信號(hào)隔離。

　　iCoupler技術(shù)

　　iCoupler隔離器是基于芯片尺寸變壓器的磁耦合器,這是與光耦合器中采用的發(fā)光二極管(LED)和光電二極管對(duì)比的不同之處。iCoupler技術(shù)消除了與光耦合器相關(guān)的不確定的電流傳送比率、非線性傳送特性以及隨時(shí)間漂移和隨溫度漂移問(wèn)題;功耗降低了90%;并且無(wú)需外部驅(qū)動(dòng)器或分立器件。

　　變壓器初級(jí)端的電路將輸入邏輯跳變編碼成1 ns的脈沖,然后通過(guò)變壓器對(duì)它耦合;次級(jí)端電路檢測(cè)這些經(jīng)過(guò)耦合的脈沖并且恢復(fù)輸入信號(hào),如圖2所示。輸入端有一個(gè)刷新電路保證即使不存在輸入跳變的情況下輸出狀態(tài)也能與輸入狀態(tài)相匹配。這對(duì)于上電狀態(tài)和具有低數(shù)據(jù)速率的輸入波形或恒定的直流輸入情況下是很重要的。

　　圖2 在iCoupler隔離器的輸出端恢復(fù)數(shù)字輸入信號(hào)