iCoupler數字隔離器保護工業、儀器和計算機應用中的RS-232、RS-484和CAN總線(05-100)

　　引言

　　在工業過程控制、穩壓電源和計算機之間點對點通信等應用中,都是采用串行通信總線在各種物理網絡上傳輸數據,例如RS-232、RS-485和控制器局域網(CAN)總線。互連系統中的各子系統通常都有自己的電源,而且往往相距很遠,所以通常都需要采用電流隔離不形成接地環路,保護系統免遭瞬態高電壓損壞,而且降低了信號失真,也保護了人身安全。

　　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,它們能阻斷兩點之間的電流,同時允許數據順利通過(見圖1)。隔離用來保護設備以防由電源浪涌或接地環路引起的高電壓或電流,這在任何有多個接地通路的系統中都有可能發生。被長電纜分開的系統地線因為不是處于相等的電位,所以地電流會在這兩個系統之間流動。如果不采用隔離,上述電流會引入噪聲,降低測量質量,甚至毀壞系統元件。

　　圖1 電流隔離器允許信息通過而阻止電流通過

　　工業環境下發生的因電機開關、靜電放電(ESD)或者鄰近電弧閃擊通過感應方式耦合到長電纜中的電流會引起地電位的快速變化,常常會高達上百甚至上千伏。當這種情況出現時,應將遠程系統需要的邏輯電平開關信號疊加到相對于其本地的地電位的高電壓上。如果沒有隔離,此電壓可能會破壞信號或者損壞系統。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該系統以防這種破壞性的高電壓,而且隔離的器件會防止形成接地環路和電涌。

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

　　iCoupler技術

　　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光二極管(LED)和光電二極管對比的不同之處。iCoupler技術消除了與光耦合器相關的不確定的電流傳送比率、非線性傳送特性以及隨時間漂移和隨溫度漂移問題;功耗降低了90%;并且無需外部驅動器或分立器件。

　　變壓器初級端的電路將輸入邏輯跳變編碼成1 ns的脈沖,然后通過變壓器對它耦合;次級端電路檢測這些經過耦合的脈沖并且恢復輸入信號,如圖2所示。輸入端有一個刷新電路保證即使不存在輸入跳變的情況下輸出狀態也能與輸入狀態相匹配。這對于上電狀態和具有低數據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數字輸入信號