2022年2022年集成隔离器 .pdf

《2022年2022年集成隔离器 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年2022年集成隔离器 .pdf（10页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、ADM2582E/ADM2587E- 完全集成式隔离数据收发器本文主要简单介绍RS-485总线标准，以及比较几种常见的RS-485电路，并重点介绍美国模拟器公司（ADI）最新量产的具备 15 kV ESD 保护功能的完全集成式隔离数据收发器ADM2582E/ADM2587E ，一个集成隔离 DC/DC 电源，适合用于多点传输线路上的高速通信应用的数据收发器。1.引言随着现代化社会生活的迅速发展，工业自动化的程度越来越高。在工业控制、电力通讯、智能仪表等领域中，也常常使用简便易用的串行通讯方式作为数据交换的手段。但是，在工业控制等环境中，常会有电气噪声干扰传输线路，使用 RS-232通讯时经常因

2、外界的电气干扰而导致信号传输错误；另外，RS-232通讯的最大传输距离在不增加缓冲器的情况下只可以达到15 米。为了解决上述问题， RS-485标准通常被用作为一种相对经济、具有相当高噪声抑制、相对高的传输速率、传输距离远、宽共模范围的通信平台。 RS-485标准采用平衡式发送，差分式接收的数据收发器来驱动总线。因为RS-485的远距离、多节点（256个）以及传输线成本低的特性，是EIA RS-485 称为工业应用中数据传输的首选标准。 ADI 公司的 ADM2582E/ADM2587E 器件针对均衡的传输线路而设计，符合 ANSI/TIA/EIA RS-485-A-98和 ISO 8482:

3、1987(E)标准。它采用 ADI 公司的 iCoupler? 技术，在单个封装内集成了一个三通道隔离器、一个三态差分线路驱动器、一个差分输入接收机和一个isoPower DC/DC转换器。该器件采用5V 或 3.3V 单电源供电，从而实现了完全隔离的RS-485解决方案。2RS-485 标准介绍电子工业协会（ EIA）于 1983 年制订并发布 RS-485标准，并经通讯工业协会（TIA）修订后命名为 TIA/EIA-485-A ，习惯地称之为 RS-485标准。RS-485标准是为弥补 RS-232通信距离短、速率低等缺点而产生的。RS-485标准只规定了平衡发送器和接收器的电特性，而没有

4、规定接插件、传输电缆和应用层通信协议。 RS-485标准数据信号采用差分传输方式（Differential Driver Mode ），也称作平衡传输， RS-485标准的最大传输距离约为1219 米。通常， RS-485网络采用平衡双绞线作为传输媒体，平衡双绞线的长度与传输速率成反比。在这里尤为注意并不是所有的RS-485收发器都能够支持高达10Mbps 的通讯速率。如果采用光电隔离方式，则通讯速率一般还会受到光电隔离器件响应速度的限制。3 几种典型的 RS485电路设计(1)、传统的 RS485电路作为一种常用的通讯接口器件，RS-485/RS-422 芯片可以在许多半导体公司中找到对应的

5、型号，比如ADI 公司（器件前缀为ADM ）。大部分工业RS-485总线的客户应用如下的电路连接方式如图1 所示，其 485 电路主要由 2 或 3 个快速光耦， RS-485收发器件以及隔离电源模块组成，优点是连接简单，价格便宜，缺点是用的器件较多，占用的PCB 面积大，而且光电耦合器的在速度限制、功耗以及 LED 老化上受到限制。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 10 页 - - - - - - - - - 图 1 ADM487E 典型应用电路(2)、带

6、隔离的增强型RS-485电路磁耦隔离 iCoupler 技术，是由 ADI 公司设计开发的一项适合高压环境的隔离电路的专利技术，而非传统的基于光电耦合器所采用的发光二极管（LED）与光敏三极管结合，因采用了高速的iCOMS 工艺，因此在功耗、体积、集成度、速度等各方面都优于光耦。同时能满足医用设备高电压工业应用、电源以及其它高隔离度环境的严格隔离要求，非常适合在各种工业上的应用，包括数据通信、数据转换器接口、各种总线隔离以及其它多通道隔离应用。ADM2483 是带隔离的增强型RS-485 收发器，其内部框图如图2所示，它包括一个三通道隔离器、一个带三态输出的差分驱动器和一个带三态输入的差分接收

7、器。 1/8 单位负载的接收器输入阻抗可允许多达256 个收发器接入总线，最高传输速率可达 500Kbps。逻辑端兼容 3V/5V 工作电源，总线端5V 供电。ADM2483 与其它 RS-485 接口芯片相比，集成了磁隔离技术，仅需要一个外部的 DC/DC 电源即可。 ADM2483 应用电路如图 3所示，本电路仅供参考，若遇特殊应用，为了设备及系统安全，可以选择相应的其它保护措施，如TVS 等等。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 10 页 - - - -

8、 - - - - - 图 2 ADM2483 功能内部框图图 3 ADM2483BRW 典型应用电路(3)、完全集成式隔离数据收发器(a)、功能介绍ADM2582E/ADM2587E 包含一个集成式隔离DC/DC 电源，不再需要外部隔离电源模块，是带隔离的增强型RS-485收发器， ADM2582E/ADM2587E 是具备 15 kV ESD 保护功能的完全集成式隔离数据收发器，适合用于多点传输线路上的高速通信应用。它采用ADI 公司的 isoPowerTM 技术，在单个封装内集成了一个三通道隔离器、一个三态差分线路驱动器、一个差分输入接收机和一个isoPowerTM DC/DC 转换器，

9、其内部框图如图4所示，该器件采用5V 或 3.3V单电源供电，从而实现了完全隔离的RS-485解决方案。ADM2582E/ADM2587E 驱动器带有一个高电平有效使能电路，并且还提供一个高电平接收机有效禁用电路，可使接收机输出进入高阻抗状态。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 10 页 - - - - - - - - - 图 4 ADM2582E/ADM2587E 功能内部框图(b)、ADM2587E 典型应用电路ADM2582E/ADM2587E 采用 i

10、soPower? 集成式隔离 DC/DC 技术，是一款隔离的 RS-485/RS-422收发器，可配置成半双工或全双工模式，通信速率分别为数据速率： 16 Mbps/500kbps ，采用 20引脚宽体 SOIC 封装，管脚兼容，其额定工作温度范围为工业温度范围(-40 C to +85 C)。ADM2582E/ADM2587E 与其它 RS-485接口芯片相比，集成了磁隔离技术和DC/DC 电源，是一个真正意义上的单芯片RS-485集成芯片，大大的减少了PCB板面积。 ADM2582E/ADM2587E 应用电路如图 5 所示，本电路仅供参考，若遇特殊应用，为了设备及系统安全，可以选择相应的

11、其它保护措施，如TVS 等等。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 10 页 - - - - - - - - - 图 5 ADM2582E/ADM2587E 典型应用电路(c)、ADM2582E/ADM2587E 引脚名称功能描述(d)、ADM2582E/ADM2587E 使用说明发送真值表接收真值表名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5

12、页，共 10 页 - - - - - - - - - 4. 其他特性ADM2582E/ADM2587E 具备过热关断特性，能够防止输出短路，可防止温度过高时芯片因电源的过度损耗而毁坏。当芯片工作温度高于150时，ADM2582E/ADM2587E 独有的热关断电路会关断驱动器输出；而当温度回到140时， ADM2582E/ADM2587E 会自动使能驱动器输出。ADM2582E/ADM2587E 最多可允许 256 个收发节点接入总线 , 隔离电压为2500V，输入 /输出引脚上提供 15 kV ESD 保护功能，真正防故障装置的接收输入端，以及大于 25 kV/ s高共模瞬态抑制能力。ADM

13、2582E/ADM2587E 集成了 isoPower技术，该技术采用高频开关元件通过其变压器传输电力。在PCB 布局时必须特别注意满足辐射标准。欲了解电路板布局的注意事项，可以参考应用笔记AN-0971，在此不做更详细介绍。零延时隔离技术的RS485息线节点设计引 言在工业控制设备之间中长距离通信的诸多方案中，RS485总线因其硬件设计简单、控制方便、成本低等优点，广泛应用于工厂自动化、工业控制、小区监控、水利自动测控等领域。RS485总线采用平衡式发送、差分式接收的数据收发器来驱动，各节点之间的通信是以一对双绞线作为传输介质。与RS232接口相比， RS485总线的传输距离更长、抗干扰能力

14、也更强。RS485总线具有以下一些特点：接口采用平衡驱动器和差分接收器，抗共模干扰能力强，即抗噪声干扰性好。收发器输出 A、B之间的电平为 +2+6 V，是逻辑 “1”；为 62 V，是逻辑“0”。信号电平比 RS232降低了，不易损坏接口芯片。另有“ 使能” 控制信号，可使收发器处于高阻状态，切断与传输线的连接。接收器的输入灵敏度为200 mV。即在当收端 VAVB+200 mV 时，输出为逻辑 “0”；VAVB200 mV 时，输出为逻辑 “1”。最高传输速率为10 Mbps，最大传输距离标准值为1 200 m。在节点数为 32个、配置 120 终端电阻的情况下，驱动器至少还能输出15 V

15、 电压(终端电阻的大小与所用双绞线的参数有关)。具有多站点传输能力，即总线上允许挂接多个收发器，可建立设备网络。在传统的 RS485总线节点设计的基础上，本文基于ADI 公司推出的带隔离名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 10 页 - - - - - - - - - 的增强型 RS485收发器 ADuM2483，采用磁耦隔离和硬件零延时技术所设计的 RS485总线节点，具有良好的抗干扰性和较高的通信速率，可应用在一些环境比较复杂的工业场合。1 设计思想 RS4

16、85总线节点由单片机STC12C5410AD、带隔离的 RS485收发器ADuM2483、高速三极管等组成。其中，ADuM2483 的应用图如图 1 所示。STC12C5410AD 是宏晶科技生产的单时钟机器周期(1T)单片机，是高速低功耗超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快 812 倍。其内部集成 MAX810 专用复位电路、 4路 PWM 、通用全双工异步串行口 (UART) ，可用定时器软件实现多串口；8 路高速 10 位 AD 转换，宽电压，不怕电源抖动，高抗静电(ESD 保护)，特别适用于强干扰场合。在情况比较复杂的现场中，各节点之间存在很高的共模

17、电压。虽然RS485总线采用平衡式发送、差分式接收的数据收发器来驱动，具有一定的抗共模干扰能力，但当共模电压超过其极限接收电压时，RS485收发器就无法工作了，严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备。因此，为了适应强干扰环境甚至更苛刻的性能要求，必须对RS485总线各节点实行电气隔离。ADuM2483 独具的 PV(PowerValid)电源监控功能，可根据供电电源的稳定情况而开断芯片工作。为了避免GND1 缓慢上电掉电 (100 sV)引起的 A、B输出抖动情况， ADuM2483 设计了 PV 引脚。当电平低于20 V 时，此引脚为低，芯片不工作；高于23 V 时，此引脚为高，芯片正常工作。D1

18、与 D2 用来防止总线上的瞬变干扰。RS485总线接口电路如图2所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 10 页 - - - - - - - - - 采用金升阳公司的B0505S隔离模块实现收发器两端电源与地完全隔离。其隔离电路如图 3所示。4 RS485总线零延时收发的实现在 RS485总线节点电路设计中，一般要将收发器的接收允许(RE)和发送允许(DE)两个引脚短接，由一根信号线来控制收发的切换。在控制电路中，一般用单片机 IO 引脚来控制 RS485收

19、发器的收发转换，这样就需要由软件来控制单片机 IO 引脚的电平，以达到控制RS485收发转换的目的。 RS485收发器通常处于接收状态，当要发送数据时，由程序控制REDE 变为高电平，串行通信单元发送数据；等待发送完毕后，程序再将RS485收发器转换到接收状态。发送完毕的标志一般由串行通信的特定寄存器提供状态指示，再由程序去查询。这样造成RS485通信存在以下问题：在想要发送数据和真正能发送数据之间，存在一定的延时；如果发送到接收的转换时机不当，则会造成数据丢失；在接收和发送数据转换期间，容易引入干扰，收到多余的杂乱数据。在设计 RS485总线接口电路时充分考虑到了总线的延时问题，应用一个高速

20、的 NPN 三极管控制实现 RS485总线的零延时收发，如图2 所示。不发送数据时，逻辑端TXD 信号为高电平。此时Q1 导通，使 REDE 信号线上为低电平， ADuM2483 接收允许。发送数据时，若TXD 为低电平， Q1关断，从而使 REDE 信号线上为高电平，发送允许，ADuM2483 的输出端A、B 上产生表示低电平的差分信号。当TXD 为高电平时， Q1 导通，使 REDE 信号线上为低电平， ADuM2483 的 A、B端处于高阻态。此时靠电阻R1 和R2 的上拉和下拉作用，使总线上产生正的差分信号，从而将TXD 的高电平信号送出。由以上分析看出，在使用这个电路时，只要程序能保

21、证不同时进行接收和发送的操作，即保证是半双工传送数据，则不必用软件控制REDE 进行接收和名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 10 页 - - - - - - - - - 发送的转换，可由硬件本身完成，从而提高了RS485总线接收、发送数据的高速率和高可靠性。结 语本节点的设计采用新型集成隔离电路的RS485总线收发器 ADuM2483 ，降低了系统的功耗，简化了设计的结构，增强了系统的稳定性。采用硬件的零延时技术提高了节点的收发效率，提高了系统性能。经测试，

22、效果良好，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合的应用。传统的 RS485隔离总线节点是由光电耦合器和RS485总线收发器 (如 MAX485)构成，使用光束来隔离和保护检测电路，在高压和低压电气环境之间提供一个安全接口。目前，一般使用6N137 光电隔离器件，用MAX485 作为 RS485总线收发器。 Toshiba公司的 6N137工作电压为 5V，数据最高传输速率为10 Mbps，工作温度一般为070；隔离电压为 2 500 V(有效值 )，以 DIP8 封装，每个芯片仅提供一个隔离通道，体积大，稳定性差，功耗高，LED 易老化。这些性能已经限制了6N137 在更高要求的环境中应用。本文选

23、用ADI 公司的 ADuM2483。它是一款带隔离的RS485收发器和一个3通道的数字隔离器，是目前性价比很高的RS485收发器，功能上相当于1 个 MAX485 和 3 个 6N137光耦隔离器，可满足RS485总线节点的要求。2 ADuM2483 简介 ADuM2483 采用的 iCoupler 技术是基于芯片尺寸的变压器，而不是基于光电耦合器所采用的LED 与光电二极管的组合。这种技术由于取消了光电耦合器中的光电转换过程，并且采用iCoupler 变压器专利技术集成变压器驱动和接收电路，从而实现了光电隔离器无法比拟的性能优势。由于使用晶片级制造工艺直接在芯片上制造iCoupler变压器，

24、所以iCoupler通道比光电耦合器更为有效地实现通道之间的集成，也更容易地实现其他半导体功能。 iCoupler数字隔离器无需驱动LED 的外部电路，功耗仅为光电耦合器的110150。这种新的基于电磁的隔离方法，在抗高温影响方面远优于光电耦合器。 iCoupler 数字隔离器在 125高温环境下性能和可靠性并不下降，因此可以采用低成本、小体积的SOIC 封装。另外， iCoupler 数字隔离器的隔离通道具有比光电耦合器更高的数据传输速率、时序精度和瞬态共模抑制能力，因此非常适合于各种工业上的应用(包括数据通道、数据转换接口，以及其他多通道隔离应用 )。 ADuM2483 包括 1 个 3通

25、道隔离器、 1 个带三态输出的差分驱动器和1 个带三态输入的差分接收器。其18 单位负载的接收器输入阻抗允许多达256个收发器接入总线，最高传输速率可达500 kbps；逻辑端兼容 3 V5 V 工作电源，总线端 5 V 供电。 ADuM2483 采用限摆率驱动器，较低摆率降低了不恰当的终端匹配和接头产生的误码。其接收输入具有真正的失效保护功能，当接收器输入为开路、短路、或空闲时，真正的失效保护可使接收器的输出逻辑变高。在上电过程中或接入一个已上电的底板时，其热插拔回路可消除由于对使能和差分接收器输入端的扰动而导致的错误数据。ADuM2483 的驱动器具有短路电流限制，并可以名师资料总结 -

26、- -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 10 页 - - - - - - - - - 通过热关断保护电路将驱动器输出置为高阻状态，防止过度的功率损耗。芯片封装采用易于使用的SOW16 封装，工业级温度范围内无需任何分立元件就可实现 RS485功能。其主要特点如下：传输速率高，最高可达500 kbps；带载能力强，总线上最多可以挂接256个节点；具有 2 kV 的 ESD 保护功能和热关断保护功能；工业级温度范围为 40+85；瞬态高共模抑制能力，真正防故障装置的接收输入端；低功耗，

27、最大 25 mA 的工作电流；体积更小，集成度高，大大减小了印制电路板的面积。3 RS485总线节点设计 ADuM2483 所隔离的两端有各自的电源和参考地。其中，逻辑端电压为2755 V，可以实现低电压供电，从而进一步降低系统功耗；总线端5 V供电，本文设计的接口电路的逻辑端电压采用5 V 供电。电源和参考地之间需接入 01F龟容，以滤除高频干扰。需要注意的是：图中，GND1 与 GND2是 2 个不同的参考地，否则将达不到隔离的效果。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 10 页 - - - - - - - - -