PCB技術 - 高速PCB設計ガイド3：信号分離技術

信号分離 防止s デジタルまたはアナログ sイグナイトs Pエーからss間の障壁を通して私ng s終了・受信端末s それらが sガルバニック接続によるENT. TH私s 許可するs 地面または基準レベルの違いs井手トランs送受信端末s あるs ハイエーs s永遠の汝sボルトs, を防ぐs ループ電流s 異なる接地電位間s これは sイグナイト. ノイsイーオンザ sIGNAL地面はダメージを与える sイグナイト. Is嗅覚缶 sエパレート sきれいにする sイグナイト sUBsYsTEMグラウンド. 別のアプリケーションで, 基準レベル間の電気的接続s 現在のパスを作成できますs 国連s演算子または患者のためのAFE. の性質 sIGNALは回路を示すことができる dエs私gnER THOs正しいICs その sYsTEM缶コンsアイダー.

アイソレーション・デバイスの第1のタイプは、絶縁障壁を横切るためにいかなる送信器およびレシーバにも依存しない。この種の装置をディジタル信号に使用したが，線形化問題はアナログ信号分離のための変圧器の使用を強制し，変調キャリアを用いてアナログ信号をこの障壁と交差させた。トランスフォーマーは常に言うのが難しいです、そして、それは通常ICを作るのが不可能です。分離障壁に作用する高変換速度過渡電圧は単一のコンデンサ障壁デバイスのためのシグナルとして使うことができる。その結果、二重コンデンサ差動回路はエラーを最小にするために呈された。現在、静電容量障壁技術は、デジタルおよびアナログ絶縁デバイスにおいて、適用された。

シリアルデータストリームを分離する

デジタル信号を分離するためのオプションの広い範囲があります。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光カプラから分離トランシーバICに及ぶ。主な設計上の考慮点は以下の通りです。

必要なデータレート

システムの隔離された端のための仮手間電力要件

データチャンネルが双方向でなければならないかどうか

発光ダイオードs光カプラs モミはsTテクノロジーsエd to 私sオレート <エー hrエf="エー_hrエf_0" target="_blanケイ" title="pcb デザイン">デザイン iss上s. いくつかのLEDsエドICs データレートで利用可能になりましたs 10 MBPのs 以上. 重要 デザイン 詐欺s脱皮Is そのLED光出力ses 時間とともに. したがって, 絶賛するssIVEカレントsTは、初期にLEDに提供される sトラ sああ s明るい出力光s本質缶 s時間がかかるまで. 私が利用できる限られた力があるかもしれないのでsの s井出, exceを提供する必要性ssIVEカレントs a sエリオs 問題. ベウsEによって、LEDによって必要とされる駆動電流は、 sインプル論理出力 sトラ, a sペリドライブ回路Is しばしば必要.

論理信号制御の下で高速アプリケーションとデータストリームの逆転送のために、Burr - BrownのISO 150デジタル結合器を使用することができる。図1は、ISO 150双方向アプリケーション回路を示す。チャネル1は、チャネル2の伝送方向を制御し、端部Aから端部Bへ送信するように構成される。ダイアピンに印加される信号は、信号の流れの方向を決定する。エンドBに送られたハイレベルは、チャンネル2の終了を受信モードにする。チャネルの2 A端のモードピンに印加された低レベルは、チャネルを送信モードにする。方向信号の状態は、分離バリアの両側にある。この回路は80 mhzのデータレートで動作できる。

ビットシリアル通信の第2の変形は、開発中の差動バスシステムデバイスである。これらのシステムはrs‐422，rs‐485，canbus規格で記述されている。いくつかのシステムは共通のグラウンドを持つことが幸運であり、多くのシステムは異なる電位を持つノードを有する。つのノードがある距離によって切り離されるとき、これは特に本当です。Burr Brownは、これらのアプリケーションで使われることができる統合した全二重孤立トランシーバのために設計されます。このトランシーバは、ハーフデュプレックス及び全二重（図2参照）として構成することができる。伝送速度は2.5 Mbpsに達することができます。このデバイスは、ループ（ループバック）テスト機能を含むので、各ノードは自己テスト機能を実行することができる。このモードの間、母線のデータは無視される。

2. アナログ信号分離

多くのシステムでは、アナログ信号を分離しなければならない。アナログ信号で考慮される回路パラメータはディジタル信号と完全に異なっている。通常、アナログ信号は最初に考慮する必要があります。

正確さまたは線形性

周波数応答

雑音雑音問題

特に、入力段に対する電力要件は、基本的な精度またはアイソレーション増幅器の線形性に注意を払う必要があり、対応するアプリケーション回路によって改善することはできないが、これらの回路は、ノイズを低減し、入力段の電力要件を低減することができる。

Burr Brownは、アナログアイソレーションを簡素化します。入力信号はデューティサイクル変調され、バリアを横切ってデジタル的に送信される。出力部は、変調された信号を受信し、それをアナログ電圧に戻し、変調／復調処理における固有のリップル成分を除去する。入力信号の変調および復調のために、サンプリングデータシステムのいくつかの制限が続くべきである。変調器は500 kHzの基本周波数で動作するので、250 kHzのNgquist周波数より高い入力信号は、出力の低い周波数成分を示す。

出力段は、出力信号中のキャリア周波数の大部分を除去するが、ある程度のキャリア信号が存在する。図4は、システムの他の部分における高周波ノイズ汚染を低減するための複合フィルタリング方法を示す。電源フィルタは、電源ピンからのノイズを大幅に低減することができる。出力フィルタはiのq，50 dbの3 db周波数の2極サレンキーステージである。これにより出力リップルが5倍減少する。

分離電圧を伴う別の問題は、入力段によって必要とされる電力である。出力段は通常シャーシかグラウンドに基づいています、そして、入力は通常もう一つの可能性に関して浮いています。したがって、入力段の電源を分離しなければならない。通常、理想的な+ 15 Vおよび- 15 V電源の代わりに、単一の電源が使用されます。

図5は、1 NA 2132デュアル差動増幅器と組み合わされたISO 124入力段の単一電圧電源が、入力信号レベルの全範囲にスイングを高めることができることを示している。唯一の要件は、入力電源電圧が9 Vよりも大きいままであり、それはISO 124入力電圧に必要である。

INA 2132の下半分は、VS＋電源の出力電圧の半分を生成する。この電圧は、INA 2132の他の半分のREFピンとISO 124のGND入力との擬似グランドとして使用される。INA 2132の差動入力信号の振幅は、新たな基準レベルよりも高いか低いかである。入力のようなISO 124の出力は完全にバイポーラです。

孤立パラレルデータバスシステム

パラレルデジタルデータバスの分離は、3つの重要な設計パラメータを増加させる。

バスのビット幅

許容偏差

クロックの速度要件

このタスクは、光結合器の列で達成することができるが、支持回路は非常に複雑であり得る。光結合器の間の伝搬時間不整合はデータオフセットを生じる。そして、それは受信端でデータ誤りを引き起こす。この問題を最小化するために、ISO 508で隔離されたデジタル結合器（図3）は、入力および出力で二重にバッファリングされたデータバッファリングをサポートする。この構成は、2 Mbpsの速度でデータを伝送する。

iso 508には2つの動作モードがあります。LETピン信号が制御されてCONTピンがロー状態になると、同期モードでバリアを横切ってデータが伝送される。LE 1がハイ状態のとき、入力ピンから入力ラッチにデータが転送される。LE 1がローになると、データバイトがバリアを横切って移動し始める。このとき、次のデータバイトには入力ピンを用いることができる。このモードでは、転送可能なデータレートは2 Mbpsに達することができます。

CONTピンがハイ状態にセットされるときに、データはデバイスの内部の20 MHzのクロックの制御の下で、バリヤを横切って送り出される。データ伝送は、外部ラッチイネーブル信号に非同期である。データは、入力ラッチから直列形式の出力ラッチまでストローブされる。バイトが転送されたあと、バイト全体は出力ラッチに動かされる。そして、出力ラッチは転送されたデータバイトを相殺する。完全な8ビットバイトのために、伝播遅延は1 ms未満です。

絶縁用多機能IC

新しい多機能データ取得ICは、設計者に分離スクリーンを横切って複数のタスクを完了する機会を与える。完全なデータ取得装置は、複数のアナログスイッチ、プログラマブル利得計器増幅器、A／D変換器、および1つ以上のデジタルI／Oチャネルを含むことができる。すべてのこれらの機能は、シリアルデータポートを通して制御されます。バーブラウンのADS 7870はそのような装置です。ADS 7870はISO 150と非常によく機能します。

このアプリケーションにおいて、ADS 7870の各々のプログラム可能な機能は主なマイクロプロセッサの制御の下に置かれる。そして、マイクロプロセッサ自体の制御はシリアル通信ポートでレジスタに命令を書き込むことによって、実現される。制御機能を含める

マルチプレクサの選択

4つの差動チャンネルまたは8つのシングルエンドのチャンネル

計器アンプのプログラム可能な利得設定、1 1

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、個別にデジタル信号のステータスを報告するかまたはデジタル信号を出力するために指定することができる。これは、同じISO 150拡大シグナル・マルチプレクサを経たレベルまたはエラー・フラグ読出しのような確かな支持機能の分離を許す。

まとめ

There are manY devices 利用可能 デザインers 藤暢sEとUsイーイン デザインs の接地電位 sYsTEM is verY different. 各デバイスIs デザインユニークな sYsTEM requirements. 新しい装置の高性能統合s 有効化s より複雑な操作s あれは以前だったsインポssacroを達成するために可能なss 私sオーレーション barrier.