精密PCB製造、高周波PCB、高速PCB、標準PCB、多層PCB、およびPCBアセンブリ。
信号隔離は,電磁接続を通じて送信されるとき,送信端末と受信端末の間の障壁を通過するデジタルまたはアナログ信号を防ぐ.これにより,送信端末と受信端末の外の地面または参照レベルの差が数千ボルトまで高くなり,信号を損傷させる可能性がある異なる地面ポテンシャル間のループ電流を防ぐことができます.信号地面の信号音は信号を損傷させることができます。隔離は,信号をクリーン信号サブシステムの地面に分離することができます.別のアプリケーションでは,参照レベル間の電気接続は,操作者または患者にとって不安全な電流パスを作成することができます.信号の性質は,システムが考慮できる正しいICを回路設計者に示すことができます.
第1のタイプの分離装置は、分離障壁を通過するために送信機および受信機に依存しない。このデバイスはデジタル信号に使用されているが、線形化の問題は変圧器を使用してアナログ信号の分離を強制し、変調搬送波を使用してアナログ信号をこの障壁を通過させる。変圧器はいつも言いにくいし、一般的にICを作ることはできないので、変調信号を結合してバリアを通過するコンデンサ回路を考え出しました。分離障壁に作用する高変換率過渡電圧は単一キャパシタ障壁素子の信号として使用できるため、誤差を最小化するために二重電気容器差分回路を開発した。現在、容量障壁技術はデジタル及びアナログ分離装置に応用されている。
1.Isolateシリアルデータストリーム
デジタル信号を隔離するための様々なオプションがあります。データストリームがビットシリアルである場合,オプションは単純なオプトカップラーから孤立されたトランシーバーICまでです.主要なデザインの考慮事項は次のとおりです。
• 必要なデータレート
システムの隔離された端のための電力要件
• データチャンネルが双方向であるかどうか
LEDベースの光カプラは、設計上の問題を分離するための最初の技術である。現在、LEDベースのICはいくつかあり、データレートは10 Mbps以上である。重要な設計上の考慮事項の1つは、LEDの光出力が時間とともに低下することです。そのため、初期段階ではLEDに過大な電流を供給しなければならず、時間が経つにつれて十分な出力光強度を提供することができる。分離側の使用可能な電力は限られている可能性があるため、過大な電流を供給する必要があることは深刻な問題である。LEDに必要な駆動電流は、単純な論理出力段の利用可能な電流よりも大きい可能性があるため、通常は特別な駆動回路が必要である。
高速アプリケーションや論理信号制御下のデータストリームの逆転送のために,Burr-BrownのISO 150デジタルカップラーを使用できます.図1はISO150双方向アプリケーション回路を示しています。チャンネル1はチャンネル2の伝送方向を制御し,A端からB端に伝送するように設定されています.DIAピンに適用される信号は信号流れの方向を決定します.端Bに送られる高レベルは、チャンネル2の端を受信モードに置く。チャンネルの2A端にあるモードピンに適用される低レベルは、チャンネルを送信モードに入れます。方向信号の状態は隔離障壁の両側にあります。この回路は80MHzのデータレートで動作できます。
ビットシリアル通信の2番目のバリエントは、開発中の差分バスシステムデバイスです。これらのシステムはRS-422、RS-485、CANbus標準で説明されています。一部のシステムは共通点を持つことが幸運であり、多くのシステムは異なるポテンシャルのノードを持っています。これは特に2つのノードが一定の距離で離れている場合に当てはまります。Burr-BrownのISO 422は,これらのアプリケーションで使用できる統合されたフルデュプレックス孤立トランシーバーのために設計されています.このトランシーバーは,半重複およびフル重複として構成できます (図2を参照).伝送速度は2.5Mbpsに達することができます。このデバイスにはループ（ループバック）テスト機能も含まれており、各ノードは自己テスト機能を実行できます。このモードでは、バスのデータは無視されます。
2.Analog信号の隔離
多くのシステムでは、アナログ信号を隔離する必要があります。アナログ信号で考慮される回路パラメータは、デジタル信号と完全に異なります。通常、アナログ信号は最初に考慮する必要があります。
• 精度または線形性
• 周波数応答
ノイズに関する考慮事項
電力要件,特に入力段階のために,また,隔離放大器の基本精度または線形性は対応するアプリケーション回路によって改善できないことに注意する必要があります.しかし,これらの回路は電電ノノイズを減らし,入力段階の電力要件を減らすことができます.
Burr-BrownのISO 124はアナログ分離を簡略化する。入力信号はデューティサイクル変調され、バリアを介してデジタルに送信される。出力部は、変調信号を受信し、アナログ電圧に変換し戻し、変調／復調中に固有のリップル成分を除去する。入力信号の変調と復調のため、サンプリングデータシステムはいくつかの制限に従うべきである。変調器は500 kHzの基本周波数で動作するため、250 kHzのNgquist周波数より高い入力信号は出力中に低い周波数成分を示す。
出力ステージは出力信号のキャリア周波数のほとんどを除去するが、まだ一定量のキャリア信号が存在する。図4は,システムの残りの部分における高周波図高周波図図の図図図4は,システムの他の部分における高周波図図図の図図図 図4の組み合わせたフィルタリング方法を示しています.電源フィルターは,電源ピンから入る電電電電源フィルターを大幅に減らすことができます.出力フィルターは2極サレンキーステージで、QはIで、3dB周波数は50kHzです。これは出力リップルを5倍減らします。
絶縁電圧の別の問題は、入力段に必要な電力である。出力段は通常、シャーシまたはグラウンドに基づいており、入力は通常別の電位に浮遊している。そのため、入力レベルの電源も分離しなければなりません。通常は、+15 V電源や-15 V電源ではなく、単一の電源を使用します。
図5は,ISO124入力段階の単一電圧電源が,1NA2132デュアル差分放大器と組み合わせて,入力信号レベルの完全な範囲までスイングを高めることを示しています.唯一の要件は,入力電源電圧がISO124入力電圧に必要な9Vより大きくなることです.
INA2132の下半部は,VS+電源の出力電圧の半分を生成します.この電圧は、INA2132の他の半分のREFピンとISO124のGND入力のための偽地面として使用されます。INA2132の差分入力信号のスイングは,新しい参照レベルより高いか低いかもしれません.入力のように、ISO124の出力は完全に双極になります。
3. 隔離された平行データバスシステム
並行デジタルデータバスの隔離により、さらに3つの重要な設計パラメータが増加します。
• バスのビット幅
¢許可される偏差
• クロック速度要件
このタスクは1列の光カプラで行うことができますが、サポート回路は非常に複雑な可能性があります。フォトカプラ間の伝搬時間の不一致は、受信側のデータエラーを引き起こすデータオフセットを引き起こす。この問題を最小限に抑えるために、ISO 508アイソレーションデジタルカプラ（図3）は、入出力側でデュアルバッファリングデータバッファリングをサポートしている。この構成では、2 MBpsのレートでデータが転送されます。
ISO508には2つの動作モードがあります。CONTピンが低い状態に設定された場合,LE1信号の制御の下で,データは同期モードでバリアを越えて送信されます.LE1が高い状態にあると,データは入力ピンから入力ロッチに転送されます.LE1が低下すると、データバイトがバリアを越え始めます。現在、入力ピンは次世代データバイトに使用できます。このモードでは、転送可能なデータレートは2MBpsに達することができます。
CONTピンが高い状態に設定された場合、デバイスの内部20MHzクロックの制御の下でバリアを越えてデータが送信されます。データ伝送は外部ロッチ有効信号と非同期です。データはシリアル形で入力ロッチから出力ロッチにストロブされます。バイトが転送された後、バイト全体が出力ロッチに移動され、出力ロッチは転送されたデータバイトをオフセットします。完全な8ビットバイトの場合、伝播遅延は1ms未満になります。
4. 隔離のための多機能IC
新しい多機能データ取得ICは,設計者に隔離画面を越えながら複数のタスクを完了する機会を提供します.完全なデータ収集装置は,複数のアナログスイッチ,プログラム可能なゲインインストルメントアンプ,A/Dコンバータ,および1つ以上のデジタルI/Oチャンネルを含むことができます.これらの機能はすべてシリアルデータポートを通じて制御されます。Burr-BrownのADS7870はそのようなデバイスです。ADS7870はISO150と非常にうまく機能し、図6に示されています。
このアプリケーションでは,ADS7870の各プログラム可能な機能はメインマイクロプロセッサの制御の下に置かれ,マイクロプロセッサ自体の制御はシリアル通信ポートを通じてレジスタにコマンドを書くことによって実現されます.制御機能には,以下が含まれています:
マルチプレクサの選択
• 4つの差異チャンネルまたは8つのシングルエンドチャンネル
計器増幅器のプログラマブル利得設定、1½20
• 12ビットA/D変換の初期化
このデバイスの4つのデジタルI/Oラインも有用であり,デジタル信号の状態または出力デジタル信号を報告するために個別に指定することができます.これにより,レベルやエラーフラグの読み出しなどの特定のサポート機能を同じISO150拡張信号マルチプレッサを通じて隔離することができます.
結論的な発言
設計者が選択し,システムの地面ポテンシャルが非常に異なるPCB設計で使用できるデバイスは多くあります.各デバイスはユニークなシステム要件に応じて設計されています。新しいデバイスの高レベルの性能統合により,以前は隔離障壁を越えて達成できなかったより複雑な操作が可能になります.
