принцип линейной оптической связи и проектирование цепей PCB

2021-11-03

Author：Kavie

Introduction of Linear Optocoupler
Optical isolation is a very common form of signal isolation. общеупотребительные оптические средства связи и периферийные устройства схема PCB сочинение. Due to the simplicity of the optocoupler схема PCB, обычно используется для цифрового разделения схема PCBs or data transmission схема PCB, such as the 20mA current loop of the UART protocol. аналоговый сигнал, the optocoupler has poor input and output linearity and has a large change with temperature, Это ограничивает его применение в изоляции аналоговых сигналов.

For high frequency AC analog signals, изоляция трансформаторов является наиболее распространенным выбором, but it is not suitable for tributary signals. Некоторые производители предоставляют изолирующие усилители в качестве решения для разделения аналоговых сигналов. сигнал переменного тока изолируется трансформатором, and then the frequency-voltage conversion is performed to obtain the isolation effect. внутри схема PCB комплексно - изолированный усилитель, large in size, и высокая стоимость, which is not suitable for large-scale applications.
лучше изолировать аналоговый сигнал с помощью линейных оптических ответвлений. принцип изоляции линейной оптической связи не отличается от обычной, except that the single-shot and single-receive mode of ordinary optocoupler is slightly changed, есть светоприемник схема PCB for feedback is added for feedback. такой, although the two light-receiving схема PCBs are non-linear, нелинейная характеристика с двойным фотоприёмником схема PCBs are the same. такой, the non-linearity of the through path can be offset by the non-linearity of the feedback path, Таким образом достичь цели линейной сегрегации.
There are several optional chips for linear optocouplers on the market, например, HCNR200 Angeleon/201, TIâs subsidiary TOASâs TIL300, Клэр локс11 и так далее. Here we take HCNR200/201 as an example to introduce
2. Chip introduction and principle explanation
The internal block diagram Свойства HCNR200/201, among them 1, вход, используемый в качестве изолирующего сигнала, 3, 4 pins are used for feedback, 5, 6 штырей для вывода. The current between pins 1 and 2 is recorded as IF, запись тока между треками 3 и 4 и между пятками 5 и 6 как IPD1 и IPD2, по отдельности. The input signal undergoes a voltage-current conversion, изменение напряжения отражается в токе IF. IPD1 and IPD2 are basically linear with IF, Линейные коэффициенты обозначают K1 и K2, по отдельности.
K1 and K2 are generally very small (HCNR200 is 0.50%), and vary greatly with temperature (HCNR200 varies from 0.25% на 0.75%), Но дизайн чипа делает K1 равным K2. Как ты потом, in a reasonable peripheral схема PCB проектировать, what really affects the output/Введите соотношение между этими двумя параметрами K3. Linear optocouplers are using this characteristic to achieve satisfactory linearity.
внутренние структуры HCNR200 и HCNR201 идентичны, the difference lies in some indicators. по сравнению с HCNR200, HCNR201 обеспечивает более высокую линейность.
Some indicators of isolation using HCNR200/201 are as follows:
* Linearity: HCNR200: 0.25%, HCNR201: 0.05%;
* Linear coefficient K3: HCNR200: 15%, HCNR201: 5%;
* Temperature coefficient: -65ppm/oC;
* Isolation voltage: 1414V;
* Signal bandwidth: DC to greater than 1MHz.
из вышеизложенного видно, как обычный свет, linear optocouplers really isolate the current. если вы действительно хотите изолировать напряжение, you need to add auxiliary схема PCBнапример, операционный усилитель на выходе. ниже анализируются типичные схема PCB Свойства HCNR200/201, and derives and explains how to realize feedback and current-voltage and voltage-current conversion in the схема PCB.
3. Auxiliary схема PCB and parameter determination
The above derivation assumes that all схема PCBs work in the linear range. делать так, you need to select the op amp reasonably and determine the resistance of the resistor.
3.1 Operational amplifier selection
The op amp can be powered by a single power supply or a positive and negative power supply. приведенный выше пример является единственным источником питания. Введите диапазон от 0 до VCC, арифметический усилитель должен работать с полной амплитудой колебаний. In addition, рабочая скорость и скорость преобразования операционного усилителя не влияют на производительность всей системы схема PCB. перенос TI LMV321 схема PCB can meet the above requirements and can be used as the peripheral схема PCB of HCNR200/201.
3.2 Determination of resistance
The selection of resistance needs to consider the linear range of the operational amplifier and the maximum operating current IFmax of the linear optocoupler. когда K1 известен, IFmax Определяет максимальное значение IPD1, IPD1max. In this way, Потому что диапазон VO может быть как минимум 0, in this way, Потому что IFMAX считается полезным для передачи энергии, Обычно он принимает отдельно, because the work is in The op amp in the deep negative feedback state satisfies the virtual short characteristic. поэтому, considering the limitation of IPD1, R2 измерение может производиться в зависимости от требуемого увеличения. For example, Если нет необходимости, Просто установить R2 = R1.
In addition, Потому что оптическая связь вызывает высокочастотные шумы, обычно в R2 параллельно соединяется конденсатор для формирования низкочастотного фильтра. Значение конкретного конденсатора определяется входной частотой и частотой шумов.
3.3 Examples of parameter determination
Assuming that Vcc=5V, входное напряжение между 0 - 4V, and the output is equal to the input, использовать LMV321 для обработки чипов и схема PCB above, процесс определения параметров показан ниже.
* Determine IFmax: about 25mA recommended in the manual of HCNR200/201;
* Determine R3: R3=5V/25mA=200;
* Determine R1:;
* Determine R2: R2=R1=32K.
4. Summary
This article gives a brief introduction to the linear optocoupler as well as the precautions and reference проектировать in the use of проектирование цепей PCB, выбор параметров, etc., и соответственно вывод и интерпретация схема PCB design method for the reference of the majority of electronic engineers.