嵌入式系统接口应用中的隔离技术及其设计

4 瞬态保护

在实际工程使用中，使用了上述数字隔离方案的系统可靠性有了极大的提高，能消除噪声并且防止电流在两通信端之间流动，防止瞬态尖峰在系统内部的破坏性传播。但是尽管数字隔离器件以内的电路系统没有损坏，可是接口电路在有强烈的浪涌能量出现时，甚至可以看到收发器爆裂、线路板焦糊的现象，虽然不至于影响整个系统的安全性，但也造成极大的不便。

出现该现象的原因：虽然隔离"切断"了由电路路径形成的环路，噪声电压只出现在隔离层上而非接收机或其他敏感组件上，但是接口电路必须要经过强烈能量的考验。图4提到的接地措施只对低频率的共模干扰有保护作用，而对于频率很高的瞬态干扰就无能为力了，因为引线电感的作用对高频瞬态干扰来讲接地线实际等同于开路。这样的瞬态干扰可能会有成百上千伏的电压但持续时间很短，在切换大功率感性负载(电机、变压器、继电器)，闪电等过程中都会产生幅度很高的瞬态干扰，如果不加以适当防护就会损坏接口。

对于这种瞬态干扰，可以采取瞬态抑制方法加以防护。实际应用中采用两级防护措施：使用3个90 V陶瓷放电管(3RM090L-8)(可承受10／700 μs，10／700μs为通信线路中感应出的雷击电压波形，表示从零值上升至峰值的时间为10 ms，下降至峰值一半的时间为700μs，8 000V雷击测试)进行共模防护、差模防护，此时过电压被大大削弱到500 V左右；再经过PTC(可以采用100～200mA、耐压250 V以上的自恢复保险丝K250-120U)或10Ω左右的电阻限流。TVS瞬态抑制二极管的选择可以根据芯片的工作电压与耐压决定，一般略高于芯片最高工作电压，RS485芯片可以选择P6KE15CA，RS232芯片可以选择P6KE18CA。

结 语

由于本单位的交通户外设备大多数工作于恶劣环境，在雷雨多发期间或由于施工不当(管线分类或接地不合适)经常造成通信的可靠性下降，在采取本文设计的隔离、接地方案后，可靠性有了极大的提高。该方案适合任何需要隔离保护的嵌入式系统设计，因为任何高可靠性的插拔型接口都需要有隔离保护。