PCB部落格 - PCB板訊號隔離科技

這個 PCB電路板 訊號隔離科技是使數位或類比信號在傳輸時不具有穿過發射端和接收端之間屏障的電流連接. 這使得發射器和接收器外部的接地或參攷電平之間的差异高達幾千伏, 並防止不同接地電位之間的回路電流損壞訊號. Main applications are:
(1.) The noise of the system ground is relatively large, 容易損壞訊號. 隔離可以將訊號分為乾淨的訊號子系統接地和電源，以確保訊號隔離部分的可靠性，並滿足系統設計要求.
(2.) The system voltage difference is very large. 例如, 在大電流電路中, 我們通常通過隔離將工作電壓轉換為集成電路的允許工作範圍.
(3) The electrical connection between the reference levels can create a current path 那就是 unsafe for the operator. 通過隔離將電流保持在安全範圍內.

隔離科技, it is crucial for designers to select different isolation devices according to the different types of isolated signals and isolation requirements:
(1) isolation devices rely on optical transmitters and receivers to cross the isolation barrier. There are mainly optocouplers (Figure 4-18) and isolated transceiver ICs. 系統電流被光中斷, 電容器也避免了電力干擾. 此類設備用於數位信號.
(2) A.nalog transformer, which couples the sending signal and the receiving signal through the electromagnetic induction of the transformer (Figure 4-19). 變壓器很難製造, 參數難以控制, 通常不可能製造集成電路, 所以使用起來不是很方便. 但線性化問題迫使使用變壓器來隔離類比信號.
(3) In order to overcome the inconvenience of using the transformer, 工程師使用調製載波使類比信號穿過該屏障. 於是提出了一種電容電路來耦合調製訊號以穿過障礙. 作用在隔離柵上的高轉換率瞬態電壓可以用作單電容器栅裝置的訊號, 並開發了一種雙電容差動電路來消除誤差. 電容栅科技現在用於數位和類比隔離裝置.

1. PCB板 signal isolation technology
1.1 Isolating Serial Data Streams
There is a wide range of options for isolating digital signals. 如果資料流程是比特串列的, 選項範圍從簡單的光耦合器到隔離的收發器集成電路. Key design considerations include:
(1) the required data rate;
(2) The power requirements of the isolated end of the system;
(3) Whether the data channel must be bidirectional.
基於LED的光耦合器是一種用於隔離設計問題的科技. 現在有基於LED的集成電路可用，資料速率為10Mb/s及以上. 一個重要的設計考慮是，LEC光輸出隨時間而降低. 所以在早期階段, 必須為LED提供過電流，以便它們在一段時間內仍能提供足够的輸出光强度. 需要提供過電流是一個嚴重的問題，因為隔離側的電力供應可能有限. 因為LED可能需要比簡單邏輯輸出級可用的驅動電流更大的驅動電流, 通常需要特殊的驅動電路.

1.2 Isolated Parallel Data Bus System
The isolation of parallel digital data bus mainly has six design parameters. 基於串列隔離, three more main design parameters will be added:
(1) The bit width of the bus;
(2) allowable deviation;
(3) Clock speed requirements.
光耦合器陣列可以完成此任務, 但支持電路可能很複雜. 光耦合器之間的傳播時間不匹配將導致數據傾斜, 在接收端導致數據錯誤. 儘量減少這個問題, 隔離數位耦合器用於支持輸入和輸出端的雙緩衝數據緩衝.

1.3 Analog Signal Isolation
In many systems, 類比信號必須隔離. 類比信號考慮的電路參數與數位信號完全不同. Analog signals are usually first considered:
(1) isolation accuracy;
(2) Linearity;
(3) Frequency response;
(4) noise considerations;
(5) Isolated power supply.
對電源和接地要求高, 特別是對於輸入階段, 要求輸入級的電源和接地不受電路其他部分的干擾, that is, 使用隔離電源. 還應注意，隔離放大器的基本精度或線性度不能通過相應的應用電路來提高, 但這些電路可以降低雜訊並降低輸入級功率要求.

1.4 Multifunctional IC for isolation
Versatile data acquisition ICs with isolation capabilities give designers the opportunity to accomplish multiple tasks across isolation screens. 一個完整的資料獲取設備可以包括多個類比開關, 採樣保持電路, 可程式設計增益儀錶放大器, A/D轉換器, 和一個或多個數位I/O通道. 所有這些功能都是通過串列數據埠控制的. 在系統中的地電位非常不同的設計中，設計者可以選擇和使用許多設備. 每個設備都是為獨特的系統需求而設計的. 新設備的高水准效能集成使跨越隔離屏障的操作變得更加複雜，這在以前是不可能的.

2. PCB isolation signal layout and wiring
Signal isolation is not only electrically isolated, 而且在PCB的佈局和佈線中也盡可能隔離. The following points are mainly noted:
(1) Pay attention to the layout of the isolated part of the circuit, 試著將其佈置在電路板的某個部分, 與其他電路有一定的分離. 儘量確保電路的這一部分較少受到其他訊號的干擾.
(2) Pay attention to the isolation of part of the power supply and ground. 確保隔離電源和接地線, 特別是類比信號. 電源和接地的清潔度高. 有必要通過變壓器隔離這部分電路的電源和接地. . 路由時, 同時佈置和分配獨立電源, 接地軌跡或網絡.
(3) The layout of the isolation device should be placed reasonably to ensure the independence of the isolation part.
(4) Part of the isolation circuit needs electrostatic protection, 高壓保護, 電磁輻射防護, 等., 注意流出保護設備的安裝位置 PCB板.