電容式數(shù)字隔離器應(yīng)用設(shè)計.

1、目前，有關(guān)電子設(shè)備使用和設(shè)計的安全規(guī)定層出不窮，使電流隔離器幾乎成為所有數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)中的必需。避免控制系統(tǒng)低壓電路在電場中遭受潛在的傳感器和傳動器組件高壓損害的一種方法，就是使用數(shù)字隔離器。本文的目的在于告訴大家如何簡化隔離系統(tǒng)設(shè)計，文章除描述電容式數(shù)字隔離器的基本功能，詳細(xì)介紹如何在信號通路中安裝隔離器外，還就如成功設(shè)計電路板提供了一些有價值的參考意見。電容式數(shù)字隔離器的基本功能圖 1 顯示了一個電容式數(shù)字隔離器的簡化結(jié)構(gòu)圖，該隔離器由一個高速信號路徑和一個低速信號路徑組成。高速路徑(藍(lán)色部分)傳輸100kbps 至 150Mbps 的信號，而低速路徑(橙色部分)則傳輸 100kbps

2、 以下信號至 dc。藍(lán)色部分所示路徑中處理的高速信號被電容式隔離勢壘分為多個快速瞬變脈沖群。隨后的觸發(fā)器(FF)將這些瞬態(tài)脈沖群轉(zhuǎn)換成波形和相位均與輸入信號一致的脈沖。內(nèi)部看門狗(WD)檢烤河鯽魚”。我說好。結(jié)果他玩好電腦到上班時又是急匆匆地上查高速信號邊緣的周期性。在低頻輸入信號情況下，連續(xù)信號邊緣間的持續(xù)時間超出了看門狗窗口。這樣便迫使看門狗將輸出開關(guān)位置從高速路徑(位置 1)改變?yōu)榈退俾窂?位置 2)。低速路徑比高速路徑多出幾個功能元件。因為低頻輸入信號要求隔離勢壘禁止采用大電容，所以輸入信號被用于對內(nèi)部振蕩器(OSC)的載波頻率進(jìn)行脈寬調(diào)制(PWM)。這就構(gòu)成了一個非常高的頻率，能夠通

3、過該電容勢壘。由于輸入得到了調(diào)制，因此必須在實際數(shù)據(jù)傳輸至輸出端以前使用低通濾波器(LPF)去除其中的高頻載波。在信號鏈中的安裝位置數(shù)字隔離器分為單通道、雙通道、三通道及四通道器件，可以實現(xiàn)單向和雙向運(yùn)行，它們的共有特性如下：不符合任何特定接口標(biāo)準(zhǔn)；使用 3V/5V 邏輯開關(guān)技術(shù)專為電隔離數(shù)字、單端(SE)數(shù)據(jù)線而設(shè)計烤河鯽魚”。我說好。結(jié)果他玩好電腦到上班時又是急匆匆地上雖然最后一點(diǎn)似乎是設(shè)計上的限制，然而圖2 卻顯示了如何對多種接口進(jìn)行隔離，其中包括低 壓 SPI、 高壓 RS232、 差分 USB 和 差 分CAN/RS485。所有接口都有一個相同點(diǎn)，那就是數(shù)字隔離器必須安裝在隔離接口的

4、單端 3V/5V 部分。由于數(shù)字隔離器都具有 1 到 2ns 的升降時間，因此它們在長信號走線情況下往往易出現(xiàn)信號反射，其特性阻抗與隔離器輸出的源阻抗不匹配。因此，我們建議在其相應(yīng)數(shù)據(jù)接收裝置和數(shù)據(jù)源(例如：控制器、驅(qū)動器、接收器和收發(fā)器等)附近安裝一個隔離器。在設(shè)計中如果無法這樣做，那么就必須使用受控的阻抗傳輸線。PCB 設(shè)計指南就數(shù)字電路板而言，要使用標(biāo)準(zhǔn) FR-4 環(huán)氧玻璃作為 PCB 材料，這是由于相比那些廉價材料，其不但符合 UL94-V0 要求，而且還擁有更少的高頻介電損耗、更低的吸濕性、更大的強(qiáng)/硬度以及更高的阻燃特性?？竞遇a魚”。我說好。結(jié)果他玩好電腦到上班時又是急匆匆地上要實

5、現(xiàn)低電磁干擾(EMI)的 PCB 設(shè)計，這里推薦一個最少四層的設(shè)計實例(請參見圖 3)，其從上到下分別為：高速信號層、接地層、電源層以及低頻信號層。在頂層布置高速走線為隔離器及其相應(yīng)的驅(qū)動器提供了一目了然的連接。高速走線要短，并避免使用過孔，以此保證高速走線電感最低。緊接著高速信號層放置一個平衡板面地線層，以確保接地層和信號走線之間存在強(qiáng)大的電氣耦合。這樣便建立起傳輸線互聯(lián)的受控阻抗，同時也極大地減少了 EMI。最終，平衡板面地線層為回流提供了一個非常好的低電感路徑。將電源層置于接地層下面。這兩個參考層構(gòu)成了一個大約為 100pF/in2 的附加高頻旁路電容器。在底層布線低速控制信號。這些信號

6、鏈路擁有足夠的余量來承受過孔引起的中斷，從而實現(xiàn)了更大的靈活性。受控阻抗傳輸線是特性阻抗 Z0 始終受控于烤河鯽魚”。我說好。結(jié)果他玩好電腦到上班時又是急匆匆地上其幾何特性的走線。走線長度大于 15mm(tr=1ns)和 30mm(tr=2ns)時，走線阻抗必須要與隔離器輸出阻抗 Z0rO 匹配(4 所示)，使信號反射最小化。這被稱為源阻抗匹配。隔離器的動態(tài)輸出阻抗 r0，可以通過隔離器數(shù)據(jù)手冊中列出的近似電壓-電流輸出特性線性部分得到。一般來說，標(biāo)準(zhǔn)輸出阻抗大約為70Ω。因此，對一條標(biāo)準(zhǔn)的 2 盎司鍍銅線和電介質(zhì)為 4.5 的 FR-4 而言，接地層上 8mm 寬、10m

7、m 長的走線幾何形狀會產(chǎn)生所需的 70Ω特性阻抗。布線指南建議遵循下列幾條主要的布線原則，以保持信號完整性和低 EMI。為了將串?dāng)_降至 10%以下，需保持信號走線是高速信號層到接地層距離的三倍(d=3h)。信號走線下的回流密度遵循 1/1+(d/h)2函數(shù)，因此其在 d3h 點(diǎn)上的密度會非常低，從而避免鄰近走線中出現(xiàn)較大的串?dāng)_(請參見圖 5)?？竞遇a魚”。我說好。結(jié)果他玩好電腦到上班時又是急匆匆地上使用 45o 走線彎曲(或者斜切式彎曲)而非90o 彎曲，可保持有效的走線阻抗并避免信號反射。為了實現(xiàn)在噪聲環(huán)境下的，將隔離器的閑置啟 動 輸 入 通 過 一 個 電 阻 器 (

8、1kΩ 到10kΩ)連接到合適的參考層。將高電平有效、高位允許輸入連接到電源層，同時將低電平有效輸入連接至接地層。當(dāng)過孔電感增加信號路徑電感時，要避免各層隨快速信號走線改變。在隔離器與周圍電路之間使用較短的走線長度可避免噪聲引入。數(shù)字隔離器通常會帶有隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，后者提供了跨越隔離層的電源。由于隔離器的單端傳輸信號對噪聲引入過于敏感，因此鄰近 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的開關(guān)噪聲可以很容易被長信號走線引入。將大容量電容(比如 10μF)置于靠近電源如穩(wěn)壓器旁，或是在電源進(jìn)入 PCB 的地方。通過將電容的電源端直接連接至器件的電源端，然后經(jīng)過孔連至 V 層，在器件上安裝小容烤河鯽魚”。我說好。結(jié)果他玩好電腦到上班時又是急匆匆地上量的 0.1μF 或 0.01μF 旁路電容。經(jīng)數(shù)個過孔將電容接地端連接至接地層(請參見圖 6)。將多個過孔用于連接旁路電容和其他保護(hù)器件(