RS-232,RS-485和CAN总线有了新的“守护神”:数字隔离器.doc
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1、RS-232,RS-485和CAN总线有了新的“守护神”:数字隔离器在工业过程控制,电源调节和计算机之间的点对点通信等应用中,串行通信总线通过各种物理网络传输数据,如RS-232 ,RS-485和控制器区域网(CAN)。每个互连系统通常都有自己的电源,系统通常需要长距离分离,因此通常需要电流隔离来打破接地回路,保护系统免受高压瞬变的影响,并减少信号失真至于物理安全。隔离变压器,耦合电容,光耦合器 - 现在, i 耦合器 - 是提供电流隔离的典型方法,它可以阻止来自两点之间流动的电流,同时允许数据畅通无阻(图1)。隔离用于防止由线路浪涌或接地回路引起的高电压或电流,这可能发生在具有多个接地路径的
2、任何系统中。由长电缆隔开的系统接地不会处于相同的电位,因此接地电流将在两个系统之间流动。如果没有隔离,这种电流可能会引入噪声,降低测量结果,甚至会破坏系统组件。通过电机开关 on 电感耦合到工业环境中的长电缆中的电流 / em和 off ,静电放电(ESD)或附近的雷击可能导致地电位的快速变化,通常可达数百或数千伏。当发生这种情况时,远程系统预期的逻辑电平转换信号将叠加在相对于其本地接地的高电压上。如果没有隔离,此电压可能会破坏信号或损坏系统。将连接到总线的所有设备引入单个接地将保护系统免受这种破坏性能量的影响,隔离设备将防止接地回路和电涌。要完全隔离系统,必须隔离所有信号线和电源。隔离式DC
3、-DC转换器可提供电源隔离,而 i 耦合器数字隔离器提供信号隔离。i 耦合器技术 / h3i 耦合器隔离器是基于芯片级变压器的磁耦合器(图2),与光耦合器中使用的LED和光电二极管相比。平面变压器使用CMOS金属层,以及放置在钝化层顶部的金层。金层下面的高击穿聚酰亚胺层使顶部变压器线圈与底部绝缘。连接到顶部和底部线圈的高速CMOS电路提供每个变压器与其外部信号之间的接口。晶圆级处理提供了一种在单个封装中集成多个隔离通道以及其他半导体功能的低成本方法。 i 耦合器技术消除了不确定的电流传输比,非线性传递函数以及与光耦合器相关的漂移(随时间和温度);降低功耗高达90;并且不需要外部驱动器或分立器件
4、。变压器初级侧的电路将输入逻辑转换编码为1 ns脉冲,然后通过变压器耦合;次级侧的电路检测它们并重新创建输入信号,如图3所示。输入侧的刷新电路确保输出状态与输入状态相匹配如果没有输入转换。这对于上电情况以及低数据速率或恒定直流输入的输入波形非常重要。因为 i 耦合器产品的目的是将输入与输出隔离,所以变压器一侧的电路必须包含在与电路上的电路不同的芯片上。变形金刚的第二面。变压器本身可以放置在芯片上或第三个芯片上,如图4所示的ADuM140x。整个芯片组组装在标准塑料封装内,类似于用于各种半导体器件的封装。i 耦合器设备的一个新功能是它们能够在同一个包中同时结合传输和接收通道。 i 耦合器变压器本
5、质上是双向的,因此只要变压器的每一侧都有适当的电路,信号就可以向任一方向传递。通过这种方式,多通道隔离器提供各种发送/接收通道配置。串行通信总线RS-232(EIA232)和RS-485(EIA / TIA485)规范仅定义物理层,允许信号协议由用户定义,或者由指定其在物理层中使用的其他标准定义。另一方面,CAN总线定义了物理层和数据链路层。RS-232: RS-232总线标准是最受欢迎的串行通信总线之一,最初于1962年指定用于计算机和调制解调器之间的通信。它仍然被广泛用作系统间通信链路,其简单性,灵活性和成功使用的悠久历史是其持续流行的原因。它专为点对点通信而设计,使用两条专用的非平衡单端
6、线路和地面参考信号提供全双工通信。数据速率限制为20 kbps或64 kbps低压变化。 2500-pF最大负载电容和3-koh -7-kohm负载阻抗将最大实际电缆长度限制在约16米。 RS-232指定驱动器输出电平为-5 V至-15 V(逻辑1)和+5 V至+15 V(逻辑0)和接收器输入电平(-3 V至-15 V)逻辑1和+3 V至+15 V(逻辑0)-3 V和+3 V之间的电压未定义。宽电压摆幅和未定义区域确保了高水平的抗噪声能力,并允许通过冗长的电缆接收有效的信号电平。RS-232规范定义了25针D型连接器的引脚排列。信号线,但有8条信号线的9针连接器,如图5所示,更常见。每个方向上
7、的一条线用于数据传输;其余行被指定用于通信协议。最简单的是,RS-232只需三条线即可实现: Tx (传输数据), Rx (接收数据)和GND(地)。用于设备安全的保护接地在25针连接器中定义。该线路通常连接到电源接地或机壳接地,不应连接到信号地或系统与系统之间。RS-232标准将设备分为两类:DCE(数据通信设备)和DTE(数据终端设备)。这些名称是他们的计算机和现代传统的遗产;这些术语现在只是定义哪些线路作为输入连接,哪些线路作为输出连接。RS-232通常用于连接多个系统,因此每个系统和总线之间的隔离至关重要。数字隔离器不支持RS-232标准,因此不能在收发器和电缆之间使用;相反,它们用在
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