數字隔離器是電子系統(tǒng)中,數字信號和模擬信號進行傳遞時,使其且具有很高的電阻隔離特性,以實現電子系統(tǒng)與用戶之間的隔離的一種芯片,多采用光耦、磁隔離和電容隔離來實現,但其功耗、速度、隔離電壓等方面往往不能達到較優(yōu)。
1.數字隔離器是什么
數字隔離器是電子系統(tǒng)中,數字信號和模擬信號進行傳遞時,使其且具有很高的電阻隔離特性,以實現電子系統(tǒng)與用戶之間的隔離的一種芯片。設計人員之所以引入隔離,是為了滿足安全法規(guī)或者降低接地環(huán)路的噪聲等。
2.數字隔離器工作原理
按照隔離產品的傳播方式可以分為光耦隔離、磁隔離和電容隔離,以及Silicon Labs產品中采用的無線隔離。以光耦為例,其傳播原理如下:
輸入的電信號驅動發(fā)光二極管(LED),使之發(fā)出一定波長的光,被光探測器接收而產生光電流,再經過進一步放大后輸出,這就完成了電—光—電的轉換,從而起到輸入、輸出、隔離的作用。其優(yōu)點是信號單向傳輸,隔離電壓高,抗干擾能力強;其缺點也比較明顯,速度不會特別快,較高50Mbps,LED功耗較大,工作時間較長LED很容易老化。
3.數字隔離器的作用
數字隔離器是為了降低接地環(huán)路的噪聲,電流隔離確保數據傳輸不是通過電氣連接或泄漏路徑,從而避免安全風險。
數字隔離器是電子系統(tǒng)中,數字信號和模擬信號進行傳遞時,使其且具有很高的電阻隔離特性,以實現電子系統(tǒng)與用戶之間的隔離的一種芯片。設計人員之所以引入隔離,是為了滿足安全法規(guī)或者降低接地環(huán)路的噪聲等。電流隔離確保數據傳輸不是通過電氣連接或泄漏路徑,從而避免安全風險。然而,隔離會帶來延遲、功耗、成本和尺寸等方面的限制。數字隔離器的目標是在盡可能減小不利影響的同時滿足安全要求。
數字隔離器相比光耦合器在性能上有諸多優(yōu)勢,如壽命長,沒有溫漂,性能一致性好,集成度高等。隨著國產數字隔離器的興起和隔離器價格的降低,數字隔離器替換光耦的趨勢將愈演愈烈。但數字隔離器相比光耦合器在應用中,有一些差異性的地方。本文主要討論數字隔離器和光耦合器的差異點,以便較好地使用數字隔離器。
1、數字隔離器與光耦合器輸入輸出電路設計注意點
光耦合器的輸入端為二極管輸入,當二極管的陽極和陰極之間的電流**過閾值電流,二極管開啟,這樣把信號從一端傳輸到另一端。光耦的輸入電路設計中,一般采用添加限流電阻的方式實現。如果在一些對傳輸速率要求比較高的場合,還需要加一級推挽電路,增加二極管的驅動電流,解決由于光耦溫漂和光衰帶來的全溫度范圍和全生命周期信號傳輸可靠性問題。
對于數字隔離器而言,通過判斷輸入端的電壓大小來辨別高低電平,只要幾十個uA的電流就可以驅動。例如5V的信號,即使串聯100K的電阻,有50uA的電流,已經足以讓隔離器通過電壓判別高低電平。這里判別高低電平的方式一般有兩種,一種是TTL電平,一種是CMOS電平。TTL電平可以保證2.0V以上輸入為高電平,0.8V以下輸入為低電平;CMOS電平可以保證0.7VDD以上輸入是高電平,0.3VDD以下輸入為低電平。
在輸入電路設計中,如果輸入的信號是開漏信號,不論是光耦還是數字隔離器都需要添加上拉電阻以提供高電平,上拉電阻和通訊速率相關,速率要求比較高的場合,一般上拉電阻盡量小。差異在于光耦通過判別二極管電流大小判別高低電平,而數字隔離器通過輸入信號電壓大小判別高低電平。
絕大部分光耦合器輸出為開漏輸出,需要添加上拉電阻提供高電平。數字隔離器輸出為推挽輸出,如圖1所示。輸出電阻為50歐姆左右,因此不需要上拉電阻,如果添加上拉電阻,建議上拉電阻至少在500歐姆以上。例如,上拉電阻為500歐姆,因為隔離器輸出電阻在50歐姆左右,因此,隔離器輸出低電平大約為0.1VDD左右。
數字隔離器均采用5V標準CMOS工藝制作而成,因此對供電引腳和輸入輸出端口的電壓應力有嚴格的要求,一般規(guī)格書會規(guī)定電壓尖峰不能**過7V,數字隔離器也會留有一定的裕量,例如榮湃3KV隔離耐壓產品VDD過電壓應力能力在12V左右,5KV隔離耐壓產品VDD過電壓應力能力在16V左右。但是在某些較端的系統(tǒng),由于開關電源不穩(wěn)定等原因,有可能有**過20V以上的電壓尖峰,這樣會導致隔離器損壞,因此在這樣情況下,需要對芯片供電電路做一些優(yōu)化。通常的做法是在芯片VDD供電串聯50-100歐姆電阻,如有必要再在VDD與GND之間并聯一個TVS管
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詞條
詞條說明
PLC模塊6ES7492-2AX00-0AA0西門子 S7-400系列 可編程控制器
PLC模塊6ES7492-2AX00-0AA0西門子 S7-400系列 可編程控制器6GK1704-5DW53-3AA06GK1905-0CB006GK1977-3AA00-0AA06GK1704-5DW60-3AA06GK1905-0CC006GK5104-2BB00-2AA36GK1704-5DW61-3AA06GK1905-0CD006GK5106-1BB00-2AA36GK1704-5DW
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