数字隔离在电子产品中的应用

第1页/共7页数字隔离在电子产品中的应用罗国才应用工程师，世强电讯当前的电子系统中，往往有很多数字信号和模拟信号需要进行传递，同时要求有很高的电阻隔离特性，实现电子系统与用户之间的隔离，多采用光耦、磁隔离和电容隔离来实现，但其功耗、速度、隔离电压等方面往往不能达到最优。针对隔离产品市场，SiliconLabs公司推出以无线传输来实现信号的隔离和传递，同时在性能方面得到了很大的提升。本文将重点对数字隔离器的工作原理，产品特点及性能等分别进行介绍，再讲解数字隔离器在电子产品中的部分应用。一、隔离产品的工作原理1、按照隔离产品的传播方式可以分为光耦隔离、磁隔离和电容隔离，以及SiliconLabs产品中采用的无线隔离。以光耦为例，其传播原理如下：输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出，这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。其优点是信号单向传输，隔离电压高，抗干扰能力强；其缺点也比较明显，速度不会特别快，最高50Mbps，LED功耗较大，工作时间较长LED很容易老化。2、SiliconLabs以无线的方式实现信号的隔离和传播，下面以Si84xx为例说明其工作原理。第2页/共7页说明：左边Input做为信号的输入，将该信号转换为无线射频信号后，右边进行RF接收和处理，并且通过Output将接收的信号进行输出。无线信号的调制频率为2.4GHz左右，不在通讯频率范围。其调制和解调信号如下图：因为采用了无线信号进行信号的传递，信号的转换和传递速度快，数据传递速率可达到150Mbps，尺寸也可以做的很小，功耗非常低，传播时间短，隔离电压非常高。由于是无线进行信号传递，容易造成电磁干扰。二、SiliconLabs隔离产品分类及特点1，SiliconLabs隔离产品，大致可分为三类，数字隔离，隔离门级驱动，电流隔离传感，如下：2，产品特点。SiliconLabs隔离产品具有功耗低、速度快、传播延迟短等优点，是业界速度最快，集成度最高的隔离器。最高速度达到150Mbps，一个IC最高能集成6通道，隔离电压可达到5KV，共模瞬态抗扰度（CMTI)高，大于25KV/uS；EMI方面，符合IEC61000-4-8和IEC61000-4-9标准。3，数字隔离可供选择的产品非常多，有单向、双向及混合型的隔离产品，单通道和多通道的产品均有，如下。第3页/共7页4，产品的隔离性能很好，其参数如下。三、SiliconLabs隔离产品的性能及应用1，SiliconLabs隔离产品能消除地线回路的问题，实现不同电压的传送，增加共模抑制比等。CircuitASignalsCircuitBGROUNDAGROUNDBSUPPLYVOLTAGEASUPPLYVOLTAGEBISOLATIONVeryhighimpedancebetweengroundsAandBDCDC第4页/共7页A，消除地线回路应用B，实现电压传送应用C，增加共模抑制比应用D，使逻辑电平兼容应用2，SiliconLabs隔离产品在工业领域中的应用`MCUorDSPBusController&TransceiverSIGNALRETURN(-)(+)GroundLoopGroundPotentialDifferenceHostComputerGATEDRIVERHVDCMCUorDSPMOUTVCMMCUorDSPVCMOUTDCDriverDriver600VDC5V24VVOH=5VCMOSLEVELGATEDRIVER(VIH=19V)MCUorDSP第5页/共7页A，隔离ADC数据特点是在高压电路中传送低压信号，消除地线回路，抑制共模噪声，低延时，高速度，可靠性高。B，工业通讯隔离SensorsVCM=600VDC24-BitSerial?SADC3.3VSCLKDOUTDINCSC8051F921MCUSi84414channelIsolatorSensorsVCM=600VDC16-BitParallelOutputADC3.3VSi84606channelIsolator(x4)DATA(16)DATA(16)Control(8)Control(8)C8051F921MCUorDSP第6页/共7页能实现现场总线，器件总线，控制总线的隔离，能是用户和系统之间进行保护和隔离，传输速度快而且可靠性高。3，SiliconLabs隔离产品Si8405等能实现I2C的双向隔离，比光耦减少1/3空间，支持35mA开路输出，外围电路仅需要两个电阻和电容，支持时钟速度达1.7MHz。在传统的I2C通讯隔离中，需要将两套单向的隔离器件重复使用，才能将信号双向信号(比如Data)进行有效的隔离。4，SiliconLabs隔离产品在能源系统中的应用，典型的有开关电源，灯光照明，逆变器，马达控制等等，在系统的应用机会如下：RS232TransceiverRS232OUTRS232INSi84212chIsolatorC8051F310MCUTXRXOtherRS422/485DevicesC8051F310MCURS422/485BusRS422/485TransceiverSi84212chIsolatorTXRX*CNTLOtherCANDevicesC8051F9xxMCUDeviceNETCANInterfaceSi84212chIsolatorTXRX第7页/共7页SiliconLabs的数字隔离器件，具有速度高、隔离电压高、功耗低、可靠性高的特点，能很好的应用于电子产品中，并且可供选择的产品类型众多。在电子系统的应用中，SiliconLabs的数字隔离器件能很好地消除地线回路，增加共模抑制比，通讯数据隔离。目前，SiliconLabs授权代理商世强电讯可以提供Si84xxISO开发板、分布供电参考设计、IBIS模型等。