數字隔離器原理及在電子產品中的應用

發布時間:2019年10月17日 16:10    發布者:xunavc
  當前的電子系統中,往往有很多數字信號和模擬信號需要進行傳遞,同時要求有很高的電阻隔離特性,實現電子系統與用戶之間的隔離,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最優。針對隔離產品市場,Silicon Labs公司推出以無線傳輸來實現信號的隔離和傳遞,同時在性能方面得到了很大的提升。
  本文將重點對數字隔離器的工作原理,產品特點及性能等分別進行介紹,再講解數字隔離器在電子產品中的部分應用。
  一、隔離產品的工作原理
  1、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:
  傳播原理 www.elecfans.com
  輸入的電信號驅動發光二極管(LED),使之發出一定波長的光,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,最高50Mbps,LED功耗較大,工作時間較長LED很容易老化。歡迎轉載,本文來自電子發燒友網(http://www.elecfans.com/)2、Silicon Labs以無線的方式實現信號的隔離和傳播,下面以Si84xx為例說明其工作原理。
  說明:左邊Input做為信號的輸入,將該信號轉換為無線射頻信號后,右邊進行RF接收和處理,并且通過Output將接收的信號進行輸出。無線信號的調制頻率為2.4GHz左右,不在通訊頻率范圍。其調制和解調信號如下圖:
  因為采用了無線信號進行信號的傳遞,信號的轉換和傳遞速度快,數據傳遞速率可達到150Mbps,尺寸也可以做的很小,功耗非常低,傳播時間短,隔離電壓非常高。由于是無線進行信號傳遞,容易造成電磁干擾。
  二、Silicon Labs隔離產品分類及特點
  1,Silicon Labs隔離產品,大致可分為三類,數字隔離,隔離門級驅動,電流隔離傳感,如下:
  Silicon Labs隔離產品
  Silicon Labs隔離產品
  2,產品特點。Silicon Labs隔離產品具有功耗低、速度快、傳播延遲短等優點,是業界速度最快,集成度最高的隔離器。最高速度達到150Mbps,一個IC最高能集成6通道,隔離電壓可達到5KV,共模瞬態抗擾度(CMTI)高,大于25KV/uS;EMI方面,符合IEC 61000-4-8 和 IEC 61000-4-9標準。
  3,數字隔離可供選擇的產品非常多,有單向、雙向及混合型的隔離產品,單通道和多通道的產品均有,如下。
  數字隔離可供選擇的產品非常多
  4,產品的隔離性能很好,其參數如下。
  產品的隔離性能參數
  三、Silicon Labs隔離產品的性能及應用
  1,Silicon Labs隔離產品能消除地線回路的問題,實現不同電壓的傳送,增加共模抑制比等。
  Silicon Labs隔離產品能消除地線回路的問題
  A,消除地線回路應用
  消除地線回路應用
  B,實現電壓傳送應用
  實現電壓傳送應用
  C,增加共模抑制比應用
  增加共模抑制比應用
  D,使邏輯電平兼容應用
  使邏輯電平兼容應用
  2,Silicon Labs隔離產品在工業領域中的應用Silicon Labs隔離產品在工業領域中的應用
  A,隔離ADC數據
  隔離ADC數據
  特點是在高壓電路中傳送低壓信號,消除地線回路,抑制共模噪聲,低延時,高速度,可靠性高。
  B,工業通訊隔離
  工業通訊隔離
  能實現現場總線,器件總線,控制總線的隔離,能是用戶和系統之間進行保護和隔離,傳輸速度快而且可靠性高。
  3,Silicon Labs隔離產品Si8405等能實現I2C的雙向隔離,比光耦減少1/3空間,支持35mA開路輸出,外圍電路僅需要兩個電阻和電容,支持時鐘速度達1.7MHz。
  Silicon Labs隔離產品Si8405等能實現I2C的雙向隔離在傳統的I2C通訊隔離中,需要將兩套單向的隔離器件重復使用,才能將信號雙向信號(比如Data)進行有效的隔離。歡迎轉載,本文來自電子發燒友網(http://www.elecfans.com/)4,Silicon Labs隔離產品在能源系統中的應用,典型的有開關電源,燈光照明,逆變器,馬達控制等等,在系統的應用機會如下:
  Silicon Labs的數字隔離器件,具有速度高、隔離電壓高、功耗低、可靠性高的特點,能很好的應用于電子產品中,并且可供選擇的產品類型眾多。在電子系統的應用中,Silicon Labs的數字隔離器件能很好地消除地線回路,增加共模抑制比,通訊數據隔離。
  ADUM1301ARWZ-RL www.dzsc.com/ic-detail/9_12931.html技術參數
  品牌:ADI
  型號:ADUM1301ARWZ-RL
  批號:19+
  封裝:16-SOIC
  數量:45000
  對無鉛要求的達標情況 / 對限制有害物質指令(RoHS)規范的達標情況:無鉛 / 符合限制有害物質指令(RoHS)規范要求濕氣敏感性等級(MSL):1(無限)系列:iCoupler?
  包裝:管件
  零件狀態:在售
  技術:磁耦合
  類型:通用
  隔離式電源:無
  通道數:3
  輸入-輸入側1/輸入側2:3/0
  通道類型:單向
  隔離電壓:2500Vrms
  共模瞬態抗擾度(最小值):25kV/?s
  數據速率:1Mbps
  傳播延遲tpLH/tpHL(最大值):100ns,100ns脈寬失真(最大):40ns上升/下降時間(典型值):2.5ns,2.5ns
  電源電壓:2.7V~5.5V
  工作溫度:-40°C~105°C
  封裝/外殼:16-SOIC(0.295",7.50mm寬)
  供應商器件封裝:16-SOIC


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