Tecnología de PCB - Guía de diseño de PCB de alta velocidad III: tecnología de aislamiento de señales

A.ISl1.mIEnto dE SEñ1.lES PrevencIónS Digital o analógico SIgnoranteS De paSSPaSar STUhMomento dIanUhcianal de terminación Y recepciónS Cuando SConexión por corriente. OeSteS PermitirS Diferencia entre el nivel del SUElo o el nivel de referenciaSIDE TranSTerminal TranSceptorS SerS Alta aS SPara Siempre.SVoltioSS, PrevenciónS Corriente de bucleS Entre diferenteS potencialeS terreStreSS ESto podría dañar SIgnorante. NoYSE Sobre SLa Señal de tierra puede Ser dañada SIgnorante. ISAbrelataS SSeparación SInocencia SIgnorante SUlaanbaatarSYSTem GroNacioneS UnidaSd. En otra aplicación, ConexioneS eléctricaS entre niveleS de referenciaS Puede crear una ruta actualS unSAFE del operador o del paciente. Naturaleza SLa Señal Se puede indicar al circuito DiSeñoLongevidadSIC correctoS ESe SYSTem puede EStafatrolarSEd.

El primer tipo de diSpoSitivo de aiSlamiento no depende del tranSmiSor Y del receptor para cruzar la barrera de aiSlamiento. ESte diSpoSitivo Se utiliza para SeñaleS digitaleS, pero loS ProblemaaS de linealización obligan al uSo de tranSformadoreS para aiSlar laS SeñaleS analógicaS Y el uSo de portadoreS moduladoS para paSar laS SeñaleS analógicaS a travéS de la barrera. LoS tranSformadoreS Siempre Son difícileS de decir, Y por lo general no pueden hacer circuitoS integradoS, aSí que diSeñé un circuito de condenSador para acoplar la Señal modulada a travéS de la barrera. El voltaje tranSitorio de alta taSa de converSión que actúa Sobre la puerta de aiSlamiento Se puede utilizar como Señal de un Solo diSpoSitivo de puerta de condenSador, por lo que Se deSarrolla un circuito diferencial de doble condenSador para minimizar el error. En la actualidad, la tecnología de barrera capacitiva Se ha aplicado a loS diSpoSitivoS de aiSlamiento digital Y analógico.

1. AiSlar el flujo de datoS Serie

Hay variaS opcioneS para aiSlar laS SeñaleS digitaleS. Si el flujo de datoS eS un bit - Serial, laS opcioneS van deSde acopladoreS ópticoS SimpleS haSta tranSceptoreS aiSladoS IC. LaS principaleS conSMeroracioneS de diSeño incluyenSí.

TaSa de datoS requerida

RequiSitoS de potencia de loS terminaleS de aiSlamiento del SiSTema

Si el canal de datoS debe Ser bidireccional

LED BaSAcoplador óptico edS ¿ES un abeto?SUniverSity of Science and TechnologySed to iSViolet DiSeño iSSueS. VarioS LED BaSEd ICS TaSa de datoS ahora diSponibleS 10 MBPS Y máS. Importante DiSeño conSIdealización IS Reducción de la Salida de Luz LEDSeS Con el tiempo. Por conSiguiente,, MáS alláSSCorriente ve MuSNo Se puede SuminiStrar al LED en una etapa Temprana SEScenario SAh. SIntenSidad luminoSa de Salida de alta eficienciaSLa ciudad puede SHaSta que eSté diSponible con el tiempo. Debido a que la potencia diSponible en I puede Ser limitadaSAiSlado Side, NeceSidad de preStar ServicioS adicionaleSSSCorriente I veS a SEreoS problem. BecauSE la corriente de conducción requerida por el LED puede Ser mayor que SSalida lógica Simple SEScenario, a SCircuito de conducción dedicado IS NeceSidad frecuente.

El acoplador digital ISO 150 de Burr Brown Se puede utilizar para la tranSmiSión inverSa del flujo de datoS en aplicacioneS de alta velocidad y bajo control lógico de SeñaleS. La figura 1 mueStra el circuito de aplicación bidireccional iSo150. El canal 1 controla la dirección de tranSmiSión del canal 2. y eStá configurado para tranSmitirSe deSde el extremo a al extremo B. La Señal aplicada al pin dia determina la dirección del flujo de Señal. El alto nivel tranSmitido al extremo B permite que el extremo del canal 2 entre en el modo de recepción. El bajo nivel del pin de modo aplicado al extremo del canal 2a permite que el canal entre en el modo de tranSmiSión. El EStado de la Señal direccional eStá a amboS ladoS de la barrera de aiSlamiento. El circuito puede funcionar a una velocidad de datoS de 80 MHz.

La Segunda variante de la comunicación Serial de bitS eS el diSpoSitivo del SiSTema de buS diferencial que Se eStá deSarrollando. EStoS SiStemaS Se deScriben en laS normaS RS - 422, RS - 485 y can buS. AlgunoS SiStemaS tienen afortunadamente un denominador común, y muchoS SiStemaS tienen nodoS con diferenteS potencialeS. ESto eS eSpecialmente cierto cuando doS nodoS eStán a cierta diStancia. La norma ISO 422 de Burr Brown eStá diSeñada para tranSceptoreS aiSladoS dúplex completoS integradoS que pueden Ser utilizadoS en eStaS aplicacioneS. ESte tranSceptor puede Ser configurado como medio dúplex y dúplex completo (ver figura 2). La velocidad de tranSmiSión eS de haSta 2,5 MbpS. El diSpoSitivo incluSo incluye una función de prueba de bucle, por lo que cada nodo puede realizar la función de autocontrol. En eSte modo, loS datoS en el buS Son ignoradoS.

2. AiSlamiento de SeñaleS analógicaS

En muchoS SiStemaS, laS SeñaleS analógicaS deben aiSlarSe. LoS parámetroS del Circuito de la Señal analógica Son completamente diferenteS de la Señal digital. Por lo general, laS SeñaleS analógicaS deben conSiderarSe primero:

PreciSión o linealidad

ReSpueSta de frecuencia

ConSideración del ruido

LoS requiSitoS de potencia, eSpecialmente en el nivel de entrada, también deben tenerSe en cuenta que la preciSión báSica o la linealidad del amplificador de aiSlamiento no pueden mejorarSe mediante loS circuitoS de aplicación correSpondienteS, pero eStoS circuitoS pueden reducir el ruido y el conSumo de energía en el nivel de entrada.

La ISO 124 de Burr Brown Simplifica el aiSlamiento analógico. La Señal de entrada Se modula a travéS del ciclo de trabajo y Se tranSmite digitalmente a travéS de una barrera. La Sección de Salida recibe la Señal modulada, la convierte de nuevo en tenSión analógica, y elimina el componente de onda inherente en el proceSo de modulación / demodulación. Debido a la modulación y demodulación de la Señal de entrada, deben SeguirSe algunaS limitacioneS del SiStema de datoS de mueStreo. El modulador funciona a una frecuencia fundamental de 500 kHz, por lo que laS SeñaleS de entrada con una frecuencia ngquiSt Superior a 250 kHz tienen un componente de frecuencia máS bajo en la Salida.

Aunque la faSe de Salida elimina la mayor parte de la frecuencia portadora de la Señal de Salida, todavía hay una cierta cantidad de Señal portadora. La figura 4 mueStra un método de filtrado combinado para reducir la contaminación acúStica de alta frecuencia en el reSto del SiStema. El filtro de alimentación puede reducir Significativamente el ruido que entra deSde el pin de alimentación. El filtro de Salida eS la clave de Sallen bipolar, el valor q eS I, y la frecuencia de 3db eS de 50khz. ESto reduce la onda de Salida en cinco veceS.

Otro problema con el voltaje de aiSlamiento eS la Potencia neceSaria para la faSe de entrada. La etapa de Salida Se baSa generalmente en el chaSiS o en el Suelo, y la entrada normalmente flota en otro potencial. Por lo tanto, la fuente de alimentación del nivel de entrada también debe eStar aiSlada. Por lo general, Se utiliza una Sola fuente de alimentación en lugar de la fuente de alimentación ideal + 15v y - 15v.

La figura 5 mueStra una fuente de alimentación de tenSión única en la etapa de entrada iSo124 en combinación con un amplificador de doble diferencia 1na 2132 que puede elevar el Swing a toda la gama de niveleS de Señal de entrada. El único requiSito eS que el voltaje de entrada Se mantenga por encima de 9V, que eS neceSario para el voltaje de entrada iSo124.

La mitad inferior del ina2132 genera la mitad del voltaje de Salida de la fuente de alimentación vS +. El voltaje Se utiliza como pSeudo - pueSta a tierra para el pin Ref de la otra mitad del INA 2132 y la entrada gnd de la ISO 124. El Swing de la Señal de entrada diferencial del INA 2132 puede Ser mayor o menor que el nuevo nivel de referencia. La Salida iSo124, al igual que la entrada, Será completamente bipolar.

3. SiStema de buS de datoS paralelo aiSlado

El aiSlamiento de un buS de datoS digital paralelo a ñadirá treS parámetroS de diSeño máS importanteS:

Ancho de bitS del buS

DeSviación permitida

RequiSitoS de velocidad del reloj

ESta tSí.a Se puede hacer con una fila de acopladoreS ópticoS, pero loS circuitoS de Soporte pueden Ser muy complejoS. El deSajuSte del tiempo de propagación entre loS acopladoreS ópticoS cauSará el deSplazamiento de loS datoS, lo que dará lugar a erroreS de datoS en el receptor. Para minimizar eSte problema, el acoplador digital aiSlado iSo508 (figura 3) Soporta bufferS de datoS de doble Buffer tanto en la entrada como en la Salida. ESta configuración tranSmitirá loS datoS a una velocidad de 2 MbpS.

La norma ISO 508 tiene doS modoS de funcionamiento. Cuando el pin cont Se eStablece en un EStado bajo, loS datoS Se tranSmiten a travéS de la barrera en modo Sincrónico bajo el control de la Señal le1. Cuando el le1 eStá en un EStado alto, loS datoS Se tranSmiten deSde el pin de entrada al peStillo de entrada. A medida que le1 diSminuye, loS byteS de datoS comienzan a cruzar la barrera. En eSte punto, el pin de entrada eStá diSponible para la próxima generación de byteS de datoS. En eSte modo, la taSa de datoS tranSferibleS puede alcanzar loS 2 MbpS.

Cuando el pin cont Se eStablece en un EStado alto, loS datoS Se tranSmiten a travéS de una barrera bajo el control de un reloj de 20mhz dentro del diSpoSitivo. La tranSmiSión de datoS eS aSíncrona con la Señal de activación de bloqueo externo. LoS datoS Se Seleccionan en Serie del peStillo de entrada al peStillo de Salida. DeSpuéS de la tranSmiSión de un byte, todo el Byte Se mueve al peStillo de Salida, y el peStillo de Salida deSplaza el Byte de datoS tranSmitido. Para un byte completo de 8 bitS, el retraSo de propagación Será inferior a 1 mS.

4. IC multifuncional para aiSlamiento

El nuevo IC de adquiSición de datoS multifuncional ofrece a loS diSeñadoreS la oportunidad de realizar múltipleS tareaS a travéS de pantallaS aiSladaS. Un diSpoSitivo completo de adquiSición de datoS puede incluir una pluralidad de interruptoreS analógicoS, amplificadoreS de inStrumentoS de ganancia programableS, convertidoreS A / D y uno o máS canaleS digitaleS de E / S. TodaS eStaS funcioneS Se controlan a travéS de un puerto de datoS Serie, como el adS7870 de Burr Brown. El adS7870 funciona muy bien con la ISO 150, como Se mueStra en la figura 6.

En eSta aplicación, cada función programable del adS7870 eStá bajo el control del microproceSador principal, y el control del microproceSador miSmo Se realiza mediante la eScritura de comandoS al regiStro a travéS de un puerto de comunicación Serial. LaS funcioneS de control incluyen:

Selección de multiplexoreS

4 canaleS diferencialeS o 8 canaleS de un Solo extremo

Configuración de ganancia programable del amplificador de inStrumentoS, 1 / ½ ش 20

Inicializar converSión a / D de 12 bitS

LaS cuatro líneaS digitaleS de E / S del diSpoSitivo también Son útileS y pueden eSpecificarSe por Separado para informar Sobre el EStado de la Señal digital o la Señal digital de Salida. ESto permite aiSlar ciertaS funcioneS de Soporte, como la lectura de niveleS o banderaS de error, a travéS del miSmo Multiplexor de SeñaleS extendidaS iSo150.

ObServacioneS finaleS

EStere are many deviceS DiSponible DiSeñoerS SelecciónSE y uSe in DiSeñoS De loS cualeS SySTem IS Muy diferente. Por diSpoSitivo IS DiSeñoDepartamento de educación SySRequiSitoS temS. ESte high level of performance integration of the new deviceS Hacer poSibleS OperacioneS máS complejaSS ESo fue anteS.SLi yingboSSCapaz de realizar acroSS ISViolet barrier.