本文开篇先来稍作科普,众所周知,隔离可防止高电压对敏感电子组件造成损坏或对人造成伤害,另外它还可以透过大的地电位差消除通讯链路中的接地回路,来保持信号完整性。而经常用于恶劣环境下的工业和仪器设备应用中的RS-485总线规范符合真正多点通信网络的要求,根据该标准,单个(双线)总线上最多可以连接32个驱动器和32个接收器。部分RS-485收发器改变输入阻抗以允许最多8倍的节点连接至同一总线。
RS-485系统通常用于连接多个系统,电缆铺设距离很长(有时超过4000米),因此总线和所连接的各系统之间的隔离非常关键。今年越来越普及的数字隔离技术在RS-485电缆网络和与之连接的系统之间提供了重要的隔离,并防止过压瞬变,同时避免在RS-485网络中形成接地环路。
在工业应用中,如今对隔离和数据收发存在两大需求:更高的数据速率和更低功耗的工作模式。ADI公司的iCoupler®数字隔离器和RS-485收发器产品系列可以很好地满足这两大需求。
隔离式高速RS-485应用案例分析
对于高性能电机控制编码器应用而言,通常需要更高的数据速率、更小的RS-485收发器封装和IEC 61000-4-2 ESD保护。ADI公司的ADM3065E/ADM3066E 50 Mbps收发器采用节省空间的10引脚LFCSP封装,可提供±12 kV(接触)和±12 kV (空气)的IEC 61000-4-2 ESD保护功能,为EnDat编码器提供了一套可靠的解决方案。此外,在ADM3065E/ADM3066E中添加高速稳定的信号和功率隔离可以通过ADI公司isoPower ADuM6401或 isoPower ® ADuM6000及iCoupler ADuM241D系列来实现。
利用iCoupler和isoPower技术,可以向ADM3065E中增添兼具加强绝缘和5kV rms瞬态耐受电压的电流隔离。 ADuM6401提供了所需的四通道5kV rms信号隔离、最高 25 Mbps 的工作速率以及集成式DC/DC 转换器。 ADuM6401配合ADM3065E(如图1所示)需将VISO引脚配置为3.3 V,具体方法是将VSEL引脚连接到GNDISO引脚,并将5V电源连接到VDD1引脚。在3.3V电压下工作,即使数据速率达25 Mbps ,也可以确保ADM3065E 仍保持在 ADuM6401的负载能力范围内。利用ADuM241D四通道数字隔离器和ADuM6000隔离式 DC/DC 转换器,可以实现50 Mbps 数据速率以及 ADM3065E隔离,如图2所示。ADuM241D的数据速率最高可达150 Mbps,能够提供完全支持ADM3065E以50 Mbps数据速率工作所需的精确时序。
图 1: 信号和电源隔离的 25 Mbps RS-485 解决方案(简化图,未显示全部连接。来源:ADI公司)
不过,以50Mbps数据速率工作的前提是使ADM3065E工作在3.3 V电压下。 如果需要在5V电压下工作,可以将ADuM6000上的VSEL引 脚连接到VISO,但支持的最大数据速率会降低(例如,<10 Mbps)。更多信息,请参考ADuM241D和ADuM6000数据手册。 ADuM6401和ADuM6000 isoPower器件中的DC/DC转换器 可为ADM3065E(和ADuM241D)提供稳压隔离电源。这 两款isoPower器件利用高频开关元件,通过变压器传输功 率。用户必须遵循辐射标准进行印刷电路板 (PCB) 布局。
图 2. 信号和电源隔离的 50 Mbps RS-485 解决方案(简化图,未显示全部连接,来源:ADI公司)
隔离式低功耗RS-485应用案例分析
而在电池供电系统、一些对续航敏感地应用(如井下、采矿)以及在4 mA至 20 mA环路中工作的过程控制系统中,往往对低功耗工作模式具有较高需求。ADI公司的微功耗数字隔离器 ADuM1441在关断模式下的静态功耗低于23 μA 。ADI公司提供的ADM3483 3.3 V、250 kbps RS-485收发器的静态功耗也极低,关断模式下通常仅2 nA。 图1所示为适合井下应用稳定可靠的低功耗隔离式RS-485 解决方案。ADM3483和ADuM1441共用可提供一条通往远程地下测量节点的可靠低功耗链路。系统接口卡包括 ARM® Cortex® 微控制器单元 (MCU)、ADuCM3027和集成 模拟前端 (AFE)AD7124-4,用于远程温度和压力测量。系统接口卡的固件更新通过远距离RS-485电缆提供,更新后能够在最长1 km的远距离内实现低数据速率传输(例如,9.6 kbps)。
图 3. 适合井下应用稳定可靠的ADI公司低功耗隔离式 RS-485 解决方案
图4显示了ADI公司ADuM1441微功耗、四通道、数字隔离器和 ADM3483低功耗、半双工RS-485收发器的组合。当ADM3483处于关断模式(驱动器使能DE引脚为低电平 且接收器使能RE引脚为高电平)时,静态电源电流通常仅 为2nA(最大规范值为1 μA)。如图4所示,ADuM1441的 引脚7和引脚10分别连接至GND1和GND2。这意味着当 ADuM1441隔离器处于无总线通信活动的关断模式时,其静态电流低于23 µA。总体来说,该解决方案的静态功耗低至24 µA以下。
图 4. 低功耗、隔离式 RS-485 节点(来源:ADI公司)
如果ADuM1441的引脚7和引脚10分别直接连接到VDD1和VDD2,则ADuM1441的静态功耗仅1.2 µA。这可以通过PCB 上的跳线连接来实现,用户可以选择将引脚7连接到VDD1 或GND1,还可以选择将引脚10连接到VDD2或GND2。将 ADuM1441中的1.2 μA静态功耗特性添加到ADM3483静态电源中,可实现一个在关断或待机模式下仅消耗2 μA电流 的完全隔离式RS-485节点。为了确保隔离器正常工作, ADuM1441的引脚7和引脚10必须分别连接到GND1和 GND2。
本文小结
RS-485总线标准是使用最广泛的物理层总线设计标准之一。以数字方式(ADI公司的iCoupler和isoPower)将RS-485与连接至总线的各系统隔离开来,可减少信号失真和误差,并防止系统和组件发生系统和总线电压和接地适配。并且通过不同隔离器和RS-485收发器型号的搭配,可轻松满足工业应用中高速率和低功耗的不同应用场景需求。
上一篇:Analog Devices RadioVerse为无线电设计提供一站式采购资源
下一篇:开关电源PCB设计经验分享
推荐阅读最新更新时间:2023-10-12 23:03
- 热门资源推荐
- 热门放大器推荐
- PLC数据显示技术和应用特性
Vishay线上图书馆
- 选型-汽车级表面贴装和通孔超快整流器
- 你知道吗?DC-LINK电容在高湿条件下具有高度稳定性
- microBUCK和microBRICK直流/直流稳压器解决方案
- SOP-4小型封装光伏MOSFET驱动器VOMDA1271
- 使用薄膜、大功率、背接触式电阻的优势
- SQJQ140E车规级N沟道40V MOSFET
- MathWorks 和 NXP 合作推出用于电池管理系统的 Model-Based Design Toolbox
- 意法半导体先进的电隔离栅极驱动器 STGAP3S为 IGBT 和 SiC MOSFET 提供灵活的保护功能
- 全新无隔膜固态锂电池技术问世:正负极距离小于0.000001米
- 东芝推出具有低导通电阻和高可靠性的适用于车载牵引逆变器的最新款1200 V SiC MOSFET
- 【“源”察秋毫系列】 下一代半导体氧化镓器件光电探测器应用与测试
- 采用自主设计封装,绝缘电阻显著提高!ROHM开发出更高电压xEV系统的SiC肖特基势垒二极管
- 艾迈斯欧司朗发布OSCONIQ® C 3030 LED:打造未来户外及体育场照明新标杆
- 氮化镓取代碳化硅?PI颠覆式1700V InnoMux2先来打个样
- 从隔离到三代半:一文看懂纳芯微的栅极驱动IC