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产品类别:SGG隔离变压器

产品名称:通比牛牛浅谈数字隔离器件的选型与应用

产品详情

  芯科测验室公司是采用射频调制变压器本领研发临蓐数字间隔器件的典范代外。其Si844x系列器件以一套专利架构为本原,欺骗尺度全CMOS工艺缔制众组芯片级变压器,可能供应整合度最高的4通道间隔功效。产物中采用的射频编码和译码机制使得不需求异常商量或初始设定,就能供应牢靠的间隔数据旅途。芯科测验室公司产物的好处与ADI公司的产物好似,但也有一个很明明的误差。因为采用射频调制,内部有2.1GHz的载波发作及检测,载波协调波会对外界发作电磁辐射,但是电磁辐射值满意FCC(美邦通讯委员会)尺度请求。该公司射频调制间隔器件的竣工道理框图如图4所示。

  数字信号的传送是通过发送大约1ns宽的短脉冲到变压器另一端来竣工的,两个连绵的短脉冲暗示一个上升沿,单个短脉冲暗示降低沿。信号传送框图如图2所示。次级端有一个不成反复触发的单稳态电道发作检测脉冲。要是检测到两个脉冲,输出就被置为高电平。相反的,要是检测到单个脉冲,输出就置为低电平。采用一个输入滤波器有助于进步噪声抗扰才力。要是1ms支配没有检测到信号周围,发送鼎新脉冲信号给变压器来保障直流的精确性(直流校正功效)。要是输入为高电平,就发作两个连绵的短脉鼓动作鼎新脉冲,要是输入为低电平,就发作单个短脉冲鼎新。这对付上电状况和具有低数据速度的输入波形或恒定的直流输入是很苛重的。为了增补驱动器端的鼎新电道,正在采纳器端采用了一个看守按时器来保障正在没有检测到鼎新脉冲时,输情由于一种挫折安适状况。ADI公司ADuM1100器件道理框图如图3所示。

  某便携产物安排时收发模块需向信号执掌模块供应0、1电平的状况线MHz方波时钟,体例请求信号执掌模块需对这两根信号线举办间隔采纳。最初安排时选用了安华高公司的光电间隔器HCPL-063实近况况线的间隔,NVE公司的IL710竣工时钟的间隔。修正安排时,电道板稳定,富裕欺骗ADI公司ADuM系列间隔器件的直流校正功效,直接用ADuM1100替换HCPL-063和IL710,测验结果功能优秀。当然,也可用TI公司的ISO721替换。若电道板从新安排,则可选用双通道具有直流校正功效的间隔器件,如ADI公司的ADuM1200或TI公司的ISO7220,来替换单通道的HCPL-063和IL710器件。

  跟着数字电道和通讯工业的飞速开展,数字间隔器件取得了寻常的利用。本文先容了最新几种数字间隔本领及器件的办事道理和优误差,电道安排师可按照的确的电道特征,拣选相宜的数字间隔器件。

  变压器是一个最常睹的例子:低级绕组及次级绕组的构造(单元长度的圈数)、磁芯介电常数以及电流强度决心了磁场强度。按照对数字信号编解码的分歧,合键有以采用脉冲调制(ADI公司)和射频调制(芯科测验室)为主的两类产物。而采用巨磁电阻(GMR)效应本领安排的数字间隔器件是另一个例子,以NVE公司和安华高公司为代外。

  NVE公司的IL系列和安华高公司的HCPL-90XX/09XX系列高速数字间隔器件是采用巨磁电阻本领集成的高速CMOS器件。正在GMR间隔器中,输入端信号正在低电感线圈感到电流,发作正比的磁场。总的磁场改观GMR的电阻,通过CMOS集成电道解析,输出便是输入信号的精准新生。该类器件好处与其余电感式器件好似,但有几个明明的误差:上电或初始状况时输入与输出能够状况不类似;对输入噪声敏锐,奉陪一个噪声尖峰,输出担心静,有能够与输入不类似,也能够类似,还能够会振荡;对较缓的脉冲上升沿,输出能够随输入蜕变,能够稳定,还能够会振荡;输出有过冲;无直流校正功效,无法传输直流信号。NVE公司巨磁电阻间隔器件IL710的竣工道理图如图5所示。

  外1对各式数字间隔器件的功能目标举办了概括斗劲,供研发安排师正在安排产物时参考。各公司的间隔器件只消通道数相似,都采用相似的封装,引脚彼此兼容,仅有局限引脚界说稍有分歧,大大批情景下都可彼此交换。产物安排师可按照的确需求拣选分歧公司的产物,也可正在调试时转换,给产物安排留下了更众的拣选空间。

  电感耦合应用不休蜕变的磁场来通过间隔层竣工通讯。电感耦合的上风之一是能够正在不明明下降差模信号的情景下最小化变压器的共模噪声。另一个上风是信号能量的转换效果极高,于是能够竣工低功耗间隔器。误差之一是易受外部磁场(噪声)的作梗。马达统制等工业利用正在磁场境况中平凡需求间隔。电感耦合另一个值得合怀的题目是数字数据与数据逛程长度(Datarun-length,连绵“1”或“0”的数目)的传输。低级绕组与次级绕组之间的耦合可能以可承担的衰减量通报肯定频率范畴的信号。数据逛程长度的节制或时钟编码请求信号必需依旧正在变压器的可用带宽范畴内。应用电感耦合的通用数字间隔器需求对信号举办执掌材干传输并重修数字信号,以及传输代外一长串“1”或“0”的低频信号,以至直流电平。

  电容耦合应用不休蜕变的电场来通过间隔层竣工音讯传输。电容器极板之间的原料是电介质绝缘体(二氧化硅),即间隔层,这种高功能的绝缘体具有很安静的牢靠性和耐用性以及抗磁作梗才力和抗瞬态电压才力。电极板的巨细、板间隔绝以及电介质原料决心了电气特质。采用电容间隔层的上风是效果高,无论正在体积、能量转换仍旧正在抗磁场作梗方面均如斯。这种高效特质使得竣工低功耗及低本钱的集成式间隔电道成为能够。抗作梗性则使得器件能够正在饱和或汇集磁场境况下办事。与变压器分歧的是,电容耦合的误差正在于无差分信号,而且噪声与信号共用统一条传输通道。这就请求信号频率应远高于能够呈现的噪声频率,以便使间隔层电容对信号展现低阻抗而对噪声展现高阻抗。犹如电感耦合雷同,电容耦合也存正在带宽节制,并需求时钟编码数据。

  光耦合器(opticalcoupler)也叫光电间隔器或光电耦合器,简称光耦。它是以光为引子来传输电信号的器件。发光器(红外线发光二极管LED)与受光器(光敏半导体管)被封装正在统一管壳内,当输入端加电信号时发光器发出光泽,受光器承担光泽之后就发作光电流,从输出端流出,从而竣工了“电—光—电”转换。以光为引子把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器,因为具有体积小、寿命长、无触点,抗作梗才力强,输出和输入之间绝缘,单向传输信号等好处,正在数字电道上取得了寻常的利用。其电道构造相对较为粗略,合键由砷化镓红外发光二极管和用作检测器的光敏二极管或三极管构成,有些产物正在光敏二极管或三极管的后级增加少许执掌电道,使其特质适合于少许奇特的利用或竣工少许尺度接口。安华高公司的高速CMOS接口光耦合器HCPL-0723的道理框图如图1所示。

  数字间隔本领常用于工业收集境况的现场总线、军用电子体例和航空航天电子修立中,越发是少许利用境况斗劲卑劣的地方。数字间隔电道合键用于数字信号和开合量信号的传输。应用间隔电道的一个首要道理是为了打消噪声。另一个苛重道理是包庇器件(或人)免受高电压的妨害。厂商的产物手册中所列出的间隔品级(isolationrating)应适合美邦保障商测验室(UL1577)、邦际电工委员会(IEC60747-5-2、IEC61010-1)以及加拿大尺度协会(CSAComponentAcceptanceNotice5A)拟订的相合间隔器尺度。

  光耦合深远从此无间用于工业收集,电气层接口的早期参考安排中平凡征求光耦合器。其合键上风是光泽具有抗外部电磁场作梗的固有特质,并且光耦合可竣工稳态音讯的传输。亏欠之处正在于传输速率有限、功耗大而且发光二极管(LED)易受时候及温度的影响而老化。

  与光耦合雷同,电感耦合也有较长的利用史册,但平凡仅用于电源或模仿间隔器,而非数字器件。但跟着缔制工艺的前进和研发安排秤谌的进步,通比牛牛电感式数字间隔器件取得了缓慢的开展和寻常的行使。

  TI公司的ISO72x系列数字间隔器采用电容耦合本领。电容耦合治理计划应用了始末验证的低本钱缔制工艺,可能供应固有的抗磁场作梗特质。ISO72x应用“AC”与“DC”两种通道举办通讯,如图6所示。“AC”通道不始末编码,而是经单端至差分转换后直接通过间隔层传输数据。差分信号传输的好处是可抑低采纳机的共模噪声。共模抑低与耦合介质(对噪声展现高阻抗,对高频数据展现低阻抗)配合竣工了瞬态抗作梗功效。“DC”通道将输入数据转换成脉宽调制(PWM)格局,并应用差分方法通过间隔层传输数据。PWM与间隔层采纳侧的脉宽心调器(PWD)可确保稳态条款(1或0的长字符串)下可能精确通讯。其它,“DC”通道还可供应自愿防护功效。自愿防护指的是正在呈现输入挫折的情景下对输出状况的判决。ISO72x系列器件应用载波检测功效来确定输入构造的电源是否处于“开启”以及该构造是否正正在运转。要是该载波检测器正在4ms内未检测到脉冲,则会将输出设备为逻辑高电平。

  ADI公司的iCoupler间隔器是基于芯片尺寸变压器的磁耦合器,是采用脉冲调制方法竣工的数字间隔器件。平面变压器采用CMOS金属层,顶部镀了一层金用于钝化。正在镀金层下面的抗高击穿电压的聚酰亚胺层将其顶部的变压器线圈和底部线圈间隔。维系到顶部和底部线圈的高速CMOS电道为每个变压器及其外部信号之间供应接口。晶片级信号执掌供应了一种正在单颗芯片中集成众个间隔通道以及其它半导体功效的低本钱手腕。iCoupler本领打消了与光耦合器合联的不确定的电宣传送比率、非线性传送特质以及随时候漂移和随温度漂移题目,功耗下降了90%,而且无需外部驱动器或分立器件。

  某通讯修立的统制模块需与外部修立通过RS-422异步串口举办通讯,体例请求通讯修立的统制模块内异步串口需与其它电道举办间隔。首先安排时,选用TI公司的间隔电源转换芯片DCR01,将内部一起+5V电源转换成一起孤单+5V,给间隔芯片IL712和电平转换芯片RS422供电,间隔所需电源的电流大约为5mA。修正安排时,因为ADI公司的ADuM5241除了竣工数字信号的间隔功用外,还内置了DC/DC转换器,能向该芯片间隔端供应电源,并向采用5V电源的百般利用供应高达10mA的电流。故采用ADuM5241器件替代DCR01和IL712器件,竣工了同样的功效,同时减省了空间,删除了器件,下降了本钱。

  数字间隔器件的临蓐商许众,如安华高、TI、ADI、NVE(nonvolatileelectronicsInc)、芯科测验室(SiliconLaboratories)等公司,各厂商的产物都取得了寻常的利用。依据数字式间隔电道的临蓐工艺、电气构造和传输道理,数字间隔电道合键分为光学、电感以及电容耦合本领的数字间隔器件。产物有消费修立、工业统制、军用、航空航天等众个级别供用户拣选。

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