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PCB电路板信号隔离探讨 |
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日期:2009-5-14 10:26:51 |
现在的很多电子产品都很注重各种信号的隔离,以妨发生信号相互干扰而使电子系统不能正常工作,严重时甚至会对电子系统造成毁灭性的破坏。 一、信号隔离技术的必要 1、系统地的噪声比较大,容易使信号受损。 2、系统电压差非常大。 3、基准电平之间的电连接可产生一个对于操作人员不安全的电流通路。 二、信号隔离器件 在隔离技术中,设计者根据被隔离信号种类的不同和隔离要求,来选择不同隔离器件是关键: 1、隔离器件依赖于光发送器和接收器来跨越隔离屏障。通过光来隔断系统的电流,电容也避免电气上的干扰。这类器件用于数字信号。 2、模拟变压器,通过变压器的电磁感来耦合发送信号和接收信号。使用不是很方便。但线性化问题迫使模拟信号隔离采用变压器。 3、用电容器电路来耦合调制信号以跨越屏障。作用在隔离屏障上的高转换率瞬态电压可作为单电容屏障器件的信号,开发出双电容差分电路以使误差最小。 三、隔离串行数据流 简单光耦合器到隔离收发器IC都可以选用。主要设计考虑因素有所需的数据速率、系统隔离端的电源要求、数据通道是否必须为双向。 基于LED的光耦合器用于隔离设计。现在有几件基于LED IC可用,其数据速率为10Mbps及以上。在早期必须为LED提供过量电流,以使随时间推移仍能提供足够的输出光强。因为在隔离端可能提供电很有限,所以需要提供过量电流是一个严重的问题。因为LED需要的驱动电流可以大于从简单逻辑输出级可获得的电流,所以往往需要特殊的驱动电路。 四、隔离并行数据总线系统 并行数字数据总线的隔离要考虑的因素有总线的位宽度、容许的偏移度、时钟速度要求。 用一排光耦合器可完成这种任务,但支持电路可能很庞杂。光耦合器之间的传播时间失配将导致数据偏移,从而引起在接收端的数据误差。为使这种问题减至最小,ISO508隔离数字耦合器支持在输入和输出端的双缓冲数据缓存。 五、模拟信号隔离 模拟信号所考虑的电路参量有、精度或线性度、频率响应、噪声考虑。 电源要求,特别是对输入级,也应该关注隔离放大器的基本精度或线性度不能依靠相应的应用电路来改善,但这些电路可降低噪声和降低输入级电源要求。 Burr-Brown的ISO124使模拟隔离简化。输入信号被占空度调制并以数字方式发送跨过屏障。输出部分接收被调制的信号,把它变换回模拟电压并去掉调制/解调过程中固有的纹波成分。由于对输入信号的调制与解调,所以应遵循采样数据系统的一些限制。尽管输出级去掉了输出信号中载波频率的大多数,但仍然有一定量的载波信号存在。 六、隔离多功能IC 新的多功能数据采集IC使设计人员有机会在跨越隔离屏时完成多个任务。一个完整的数据采集器件可包含多路模拟开关,可编程增益仪表放大器、A/D转换器和一个或多个数字I/O通道。所有这些功能都是通过一个串行数据口进行控制的。
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