隔離技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)接口中的應(yīng)用

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1、隔離技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)接口中的應(yīng)用(轉(zhuǎn))2010-04-1611:25在許多應(yīng)用中，數(shù)據(jù)鏈路之間需要（甚至是必要的）非直接的（導(dǎo)電）電連接，從而在提供數(shù)據(jù)的同時(shí)避免來(lái)自系統(tǒng)某一部分的危險(xiǎn)電壓（或電流）對(duì)其另一部分造成破壞。造成這種破壞性失效的可能是電源質(zhì)量低劣、接地故障、雷擊和浪涌等各種故障。此外，通信節(jié)點(diǎn)的間距可能相當(dāng)大，常常由不同接地區(qū)域的AC插座來(lái)給這些節(jié)點(diǎn)供電，這些接地區(qū)域之間的電位差（可能含有DC偏壓、50Hz的AC諧波和各種瞬態(tài)噪聲分量）也會(huì)造成破壞。1隔離技術(shù)的簡(jiǎn)介及應(yīng)用場(chǎng)合　　　　在許多應(yīng)用中，數(shù)據(jù)鏈路之間需要（甚至是必要的）非直接的（導(dǎo)電）電連接，從而在提供數(shù)據(jù)的同

2、時(shí)避免來(lái)自系統(tǒng)某一部分的危險(xiǎn)電壓（或電流）對(duì)其另一部分造成破壞。造成這種破壞性失效的可能是電源質(zhì)量低劣、接地故障、雷擊和浪涌等各種故障。此外，通信節(jié)點(diǎn)的間距可能相當(dāng)大，常常由不同接地區(qū)域的AC插座來(lái)給這些節(jié)點(diǎn)供電，這些接地區(qū)域之間的電位差（可能含有DC偏壓、50Hz的AC諧波和各種瞬態(tài)噪聲分量）也會(huì)造成破壞?！　　　≡诠こ虒?shí)際使用中，經(jīng)常發(fā)生通過(guò)電纜邏輯接地或屏蔽將這些地線連接在一起的情況，可能形成接地環(huán)路，且電流將流入該電纜。接地環(huán)路電流會(huì)對(duì)通信產(chǎn)生嚴(yán)重影響（包括數(shù)據(jù)惡化、EMI過(guò)大、元件損壞），當(dāng)電位差足夠大時(shí)，人體就有遭受電擊的可能。為了避免上述破壞，可引入非直接的（導(dǎo)電）電

3、連接（稱作“隔離”）。進(jìn)行隔離是為了消除噪聲并且防止電流在兩通信端之間流動(dòng)。隔離電路具有相對(duì)于其他電路元件極高的阻抗，從而“切斷”了由電路路徑形成的環(huán)路;斷開(kāi)環(huán)路后，噪聲電壓將出現(xiàn)在隔離層上而非接收機(jī)或其他敏感組件上。隔離原理如圖1所示?！　　　∫话阍趦煞N情況下會(huì)采用隔離技術(shù)：①有可能存在損壞設(shè)備或危害人員的潛在電流浪涌，如醫(yī)療上的應(yīng)用、電機(jī)控制、交通戶外設(shè)備等方面;②存在不同電位的接地回路的互連。這兩種情況都是采用隔離來(lái)避免電流通過(guò)，而允許兩點(diǎn)之間有數(shù)據(jù)或功率傳送。隔離普遍應(yīng)用于包含高壓、高速或高精度的通信、長(zhǎng)距離通信的場(chǎng)合，常見(jiàn)的有工業(yè)輸入/輸出系統(tǒng)、接口方面、總線、電源、電機(jī)

4、控制、儀器儀表等。　　　　2隔離技術(shù)的分類　　　　當(dāng)前有3種通常的隔離技術(shù)：光電隔離、變壓器隔離（電感隔離）、電容隔離。此外，還有ADI公司的一項(xiàng)專利隔離技術(shù)，即磁耦（iCoupler）隔離技術(shù)。其中，光電隔離、電容隔離、磁耦隔離都屬于數(shù)字隔離，而電感隔離通常僅用于電源或模擬隔離器，而非數(shù)字隔離器件?！　　　」怦詈霞夹g(shù)是在透明絕緣隔離層（例如空氣間隙）上的光傳輸，完成了電一光電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出隔離的作用。光耦合技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是，光對(duì)外部電子或磁場(chǎng)內(nèi)在的抗干擾性強(qiáng)，而且光耦合技術(shù)允許使用恒定信息傳輸。光耦合器的不足之處主要體現(xiàn)在速度限制、功耗以及LED老化上?！　　　∽儔浩?/p>

5、隔離使用變壓器線圈來(lái)使傳輸信息通過(guò)隔離層，隔離前端的電流變化通過(guò)線圈引起隔離另一側(cè)的電流變化。Ac信號(hào)（例如以太網(wǎng)）的隔離非常適合于變壓器耦合。變壓器隔離的優(yōu)點(diǎn)是速度高，而且可以給隔離端供電;缺點(diǎn)是易受外部磁場(chǎng)（噪聲）的干擾且變壓器的體積比較大?！　　　‰娙蓠詈鲜褂貌粩嘧兓碾妶?chǎng)來(lái)通過(guò)隔離層實(shí)現(xiàn)信息傳輸。電容器極板之間的材料是電介質(zhì)絕緣體，即隔離層。電容隔離層的優(yōu)勢(shì)是效率高，無(wú)論在體積、能量轉(zhuǎn)換還是在抗磁場(chǎng)干擾方面均如此。與變壓器不同的是，電容耦合的缺點(diǎn)在于無(wú)差分信號(hào)，并且噪聲與信號(hào)共用同一條傳輸通道。這就要求信號(hào)頻率應(yīng)遠(yuǎn)高于可能出現(xiàn)的噪聲頻率，以便使隔離層電容對(duì)信號(hào)呈現(xiàn)低阻抗，而

6、對(duì)噪聲呈現(xiàn)高阻抗。如同電感耦合一樣，電容耦合也存在帶寬限制。磁耦隔離技術(shù)是ADI公司的一項(xiàng)專利隔離技術(shù)，它是一種基于芯片尺寸的變壓器，而非傳統(tǒng)的基于光電耦合器所采用的發(fā)光二極管（LED）與光敏三極管結(jié)合。采用iCoupler技術(shù)的數(shù)字隔離器利用平面磁場(chǎng)專利隔離技術(shù)，并采用iCoupler變壓器專利技術(shù)集成變壓器驅(qū)動(dòng)和接收電路，同時(shí)不再需要驅(qū)動(dòng)LED的外部電路，具有低功耗、高集成度等特點(diǎn)。　　　　3隔離技術(shù)的具體應(yīng)用　　　　3.1隔離技術(shù)在RS485/RS422中的應(yīng)用　　　　RS485/RS422作為強(qiáng)健的接口標(biāo)準(zhǔn)，采用雙絞線電纜連接并具有寬共模電壓范圍內(nèi)差分信號(hào)傳輸?shù)牡驮肼曬詈咸?/p>

7、性，允許在高達(dá)10Mbps的信號(hào)傳輸速率下進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。盡管該標(biāo)準(zhǔn)已被廣泛接受，但是它在實(shí)際應(yīng)用中的一些具體問(wèn)題并沒(méi)有得到深入的認(rèn)識(shí)，甚至存在著種種誤區(qū)（比如接地、隔離及瞬態(tài)保護(hù)并沒(méi)有在實(shí)際使用中得到正確的應(yīng)用），以至于影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能。在實(shí)際應(yīng)用中，RS485/RS422通信大多采用圖2所示的3種方式?！　　　?duì)于圖2（a）的設(shè)計(jì)，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)連接通常存在很大的地電位差（GDP），該電位差到了發(fā)送器的輸出上就成了共模噪聲。如果這種噪聲過(guò)大，就可能超過(guò)接收器的輸入共模