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          PCB抄板信號(hào)隔離技術(shù)

          作者: 時(shí)間:2011-08-22 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          中,設(shè)計(jì)者根據(jù)被隔離種類的不同和隔離要求,來選擇不同隔離器件是關(guān)鍵:

          本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/191045.htm

          (1)第一類隔離器件依賴于光發(fā)送器和接收器來跨越隔離屏障。主要有光耦合器和隔離收發(fā)器IC。通過光來隔斷系統(tǒng)的電流,電容也避免電氣上的干擾。這類器件用于數(shù)字。

          (2)模擬變壓器,通過變壓器的電磁感來耦合發(fā)送和接收信號(hào)。變壓器比較難制作,參數(shù)也很難精確控制,而且通常不可能制成IC,所以使用不是很方便。但線性化問題迫使模擬信號(hào)隔離采用變壓器。

          (3)為了克服變壓器使用的不方便,工程師采用調(diào)制載波使模擬信號(hào)跨越這個(gè)屏障。所以想出了用電容器電路來耦合調(diào)制信號(hào)以跨越屏障。作用在隔離屏障上的高轉(zhuǎn)換率瞬態(tài)電壓可作為單電容屏障器件的信號(hào),開發(fā)出雙電容差分電路以使誤差最小?,F(xiàn)在電容屏障技術(shù)已應(yīng)用在數(shù)字和模擬隔離器件中。
            
          一、信號(hào)
            
          1 隔離串行數(shù)據(jù)流
            
          隔離數(shù)字信號(hào)有很大選擇范圍。假若數(shù)據(jù)流是位串行的,則選擇方案范圍從簡(jiǎn)單光耦合器到隔離收發(fā)器IC。主要設(shè)計(jì)考慮包括:
          (1)所需的數(shù)據(jù)速率;
          (2)系統(tǒng)隔離端的電源要求;
          (3)數(shù)據(jù)通道是否必須為雙向。
            
          基于LED的光耦合器是用于隔離設(shè)計(jì)問題的第一種技術(shù)?,F(xiàn)在有基于LED IC可用,其數(shù)據(jù)速率為10Mb/s及以上。一個(gè)重要的設(shè)計(jì)考慮是LEC光輸出隨時(shí)間減小。所以在早期必須為L(zhǎng)ED提供過量電流,以使隨時(shí)間推移仍能提供足夠的輸出光強(qiáng)。因?yàn)樵诟綦x端可能提供電很有限,所以需要提供過量電流是一個(gè)嚴(yán)重的問題。因?yàn)長(zhǎng)ED需要的驅(qū)動(dòng)電流可以大于從簡(jiǎn)單邏輯輸出級(jí)可獲得的電流,所以往往需要特殊的驅(qū)動(dòng)電路。
            
          2 隔離并行數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)
            
          并行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線的隔離主要有六個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù),在串行的隔離的基礎(chǔ)上,將增加三個(gè)更主要的設(shè)計(jì)參量:
          (1)總線的位寬度;
          (2)容許的偏移度;
          (3)時(shí)鐘速度要求。
            
          用一排光耦合器可完成這種任務(wù),但支持電路可能很龐雜。光耦合器之間的傳播時(shí)間失配將導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏移,從而引起在接收端的數(shù)據(jù)誤差。為使這種問題減至最小,采用隔離數(shù)字耦合器,支持在輸入和輸出端的雙緩沖數(shù)據(jù)緩存。3 模擬信號(hào)隔離在很多系統(tǒng)中,模擬信號(hào)必須隔離。模擬信號(hào)所考慮的電路參量完全不同于數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)通常先要考慮:
          (1)隔離精度;
          (2)線性度;
          (3)頻率響應(yīng);
          (4)噪聲考慮;
          (5)隔離電源。
            
          對(duì)電源、地要求高,特別是對(duì)輸入級(jí),要求輸入級(jí)的電源、地不受到電路其他部分的干擾,即采用隔離電源。也應(yīng)該關(guān)注隔離放大器的基本精度或線性度不能依靠相應(yīng)的應(yīng)用電路來改善,但這些電路可降低噪聲和降低輸入級(jí)電源要求。
            
          4 隔離用的多功能IC
            
          帶有隔離功能的多功能數(shù)據(jù)采集IC,使設(shè)計(jì)人員有機(jī)會(huì)在跨越隔離屏?xí)r完成多個(gè)任務(wù)。一個(gè)完整的數(shù)據(jù)采集器件可包含多路模擬開關(guān)、采樣保持電路、可編程增益儀表放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)或多個(gè)數(shù)字I/O通道。所有這些功能都是過一個(gè)串行數(shù)據(jù)口進(jìn)行控制的。
            
          有很多器件可供設(shè)計(jì)人員選用,并使用在系統(tǒng)中地電位有很大差別的設(shè)計(jì)中。每一種器件都是針對(duì)獨(dú)特系統(tǒng)要求而設(shè)計(jì)的。新器件性能集成的高水平,使得跨越隔離屏障能實(shí)現(xiàn)從前做不到的更復(fù)雜的操作。
            
          二、隔離信號(hào)布局布線
            
          信號(hào)隔離不僅在電氣上作隔離,同時(shí)在板布局布線上也作盡量隔離,主要注意以下幾點(diǎn):
          (1)注意隔離部分電路的布局,盡量布局在電路板的某一個(gè)部分,與其他電路有一定的分離。盡量保證該部分電路少受其他信號(hào)的干擾。
          (2)注意隔離部分電源、地的隔離,一定要做好電源和地線的隔離,特別是模擬信號(hào),對(duì)電源、地的干凈度要求高,需要通過變壓器來隔離該部分電路的電源、地。布線時(shí)也要布局分配獨(dú)立的電源、地走線或者網(wǎng)絡(luò)。
          (3)隔離器件布局要合理放置,保證隔離部分的獨(dú)立性。
          (4)部分隔離電路需要進(jìn)行靜電保護(hù)、高壓保護(hù)、電磁輻射保護(hù)等,注意流出保護(hù)設(shè)備的安裝位置。
            
          PCB信號(hào)是使數(shù)字或模擬信號(hào)在發(fā)送時(shí)不存在穿越發(fā)送和接收端之間屏障的電流連接。這允許發(fā)送和接收端外的地或基準(zhǔn)電平之差值可以高達(dá)幾千伏,并且防止可能損害信號(hào)的不同地電位之間的環(huán)路電流,主要應(yīng)用在:
          (1)系統(tǒng)地的噪聲比較大,容易使信號(hào)受損,隔離可將信號(hào)分離到一個(gè)干凈的信號(hào)子系統(tǒng)地、電源中,保證隔離部分信號(hào)的可靠性,達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。
          (2)系統(tǒng)電壓差非常大。比如在強(qiáng)電電路中,我們通常是通過隔離,將工作電壓轉(zhuǎn)化到IC允許的工作范圍之內(nèi)。
          (3)基準(zhǔn)電平之間的電連接可產(chǎn)生一個(gè)對(duì)于操作人員不安全的電流通路。通過隔離將電流控制在安全范圍之內(nèi)。



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