РАЗДЕЛ 10: Методы конструирования аппаратуры

Методы изоляции цифровых сигналов

Другой способ разорвать контуры земли состоит в том, чтобы использовать для этой цели некоторые методы изоляции. Аналоговые изолированные усилители находят широкое применение там, где требуется высокая степень изоляции, как, например, в медицинской технике. Методы изоляции цифровых сигналов дают надежный способ передачи цифровых сигналов по интерфейсам без введения дополнительных шумов (помех) со стороны земли.

В этом случае весьма полезны ИС оптической изоляции, которые существуют в широкой вариации видов и корпусов. Ток сигнала прикладывается к светодиоду передатчика, как показано на Рис.10.45. Световой сигнал принимается фототранзистором. Напряжения изоляции лежат в диапазоне от 5000 В до 7000 В. В схеме светодиод управляется током около 10 мА. Он создает световой сигнал, достаточный для насыщения фототранзистора. Будучи идеальными для цифровых сигналов, для большинства аналоговых приложений схемы оптических изоляторов вряд ли годны, вследствие присущей им высокой нелинейности. Следует понимать, что поскольку фототранзистор работает в режиме насыщения, времена нарастания и спада могут меняться от 10 мкс до 20 мкс для некоторых более медленных устройств. Таким образом, для каждого приложения следует выбирать соответствующую ему схему оптоизоляции.

♦Использует световой сигнал для передачи через барьер высокого напряжения.

♦Светодиод является передатчиком, а фототранзистор - приемником.

♦Напряжение изоляции составляет: 5000В-7000В

♦Нелинеен – идеален для передачи цифровой или частотной информации

♦Время нарастания и спада может быть 10-20мкс для более медленных устройств

♦Пример элемента: Siemens IL-1 (http://www.siemens.com)

Рис.10.45. Изоляция, использующая схемы оптоизоляторов.

Семейство изоляторов AD260/AD261 содержит изоляторы для 5 цифровых сигналов управления на/с высокоскоростных ЦПОС, микроконтроллеров или микропроцессоров. AD260 также содержит в себе трансформатор мощностью 1.5 Вт для подключения внешней схемы DC/DC-конвертера источника питания с прочностью изоляции 3.5 КВ.

Каждый канал AD260 может обрабатывать цифровые сигналы с частотой до 20 МГц при задержке распространения всего 14 нс, что позволяет выполнять очень быструю передачу данных. Симметричность выходного сигнала поддерживается в пределах ±1 нс по отношению ко входу, таким образом, AD260 можно использовать для корректной изоляции временных импульсных сигналов, например, сигналов с широтноимпульсного модулятора (ШИМ).

©АВТЭКС Санкт-Петербург (812) 567-7202, http://www.autexspb.da.ru, E-mail: autex@newmail.ru Автор перевода: Горшков Б.Л.

10-43

РАЗДЕЛ 10: Методы конструирования аппаратуры

Упрощенная схема одного канала AD260/AD261 показана на Рис.10.46. Входные данные пропускаются через каскад с триггером Шмитта, далее через защелку и специальную передающую схему, которая дифференцирует входной цифровой сигнал и управляет первичной обмоткой патентованного трансформатора биполярных сигналов. Вторичная обмотка изолирующего трансформатора управляет приемником биполярных сигналов данных, который далее восстанавливает первоначальную форму логического сигнала. Внутренние схемы работают в фоновом режиме, в котором все входы опрашиваются каждые 5мкс и в отсутствии логических сигналов посылают соответствующие биполярные импульсы сквозь барьер изоляции. Время восстановления при включении питания, таким образом, составляет 5-10 мкс.

Трансформатор питания (в составе AD260) работает на частотах от 150 КГц до 250 КГц и, управляясь пуш-пульным каскадом (5 В) передатчика, обеспечивает более 1 Вт изолированного питания. Различные варианты включения отводов трансформатора и подключения выпрямителя и регулятора могут обеспечить ряд напряжений питания: ±5В, 15 В, 24 В, 30 В или 37 В.

БАРЬЕР ИЗОЛЯЦИИ 3.5 КВ

Рис.10.46. Изоляторы цифровых сигналов AD260/AD261.

♦Напряжение испытания изоляции до 3.5КВ действующего (AD260B/AD261B)

♦Возможно подключение до 5 изолированных цифровых линий в 6 конфигурациях входа/выхода

♦Частота логических сигналов 20МГц макс.

♦Изолированный трансформатор питания: 37В от-пика-до-пика, 1.5Вт (AD260)

♦Симметрия передачи фронта импульса: ±1нс

♦Задержка распространения: 14нс

♦Время нарастания и спада: меньше 5нс

Рис.10.47. Основные спецификации изоляторов цифровых сигналов AD260/AD261.

©АВТЭКС Санкт-Петербург (812) 567-7202, http://www.autexspb.da.ru, E-mail: autex@newmail.ru Автор перевода: Горшков Б.Л.

10-44