基于塑料光纤的高压隔离通信接口设计

Hz～10 MHz的频率范围内，输出的波形有固定的100 ns的延迟，信号输出波形无干扰，边沿干净。之后对驱动模块的电压特性进行测试，在电源电压1．5～6V的电压范围内，输出波形干净，说明该驱动模块的工作电压范围比较宽。涵盖了1．8、2．7、3．3、5 V等常用的工作电压范围。将光发送模块的工作电压从1．5～6V范围内变化，光接收模块的工作电压固定为某一个值，如3．3 V时，输出信号电压和光接收模块的工作电压相同，也为3．3 V。以上试验说明，光收发模块可以使用不同的工作电压，而不影响信号的传输，这对工作电压不同的系统非常有用。
测试中发现，其输入输出是有延迟的，固定为100 ns，如果输入信号频率比较高，如大于10 MHz，又要求输入输出同步，则需要在输入部分或输出部分进行硬件或软件处理，得到完全同步的隔离信号。

3 应用实例
某高压仪表隔离部分设计参数如下：隔离电压为60 kV；传输速度为1MHz；传输距离为10 m；接口类型为SPI。
从以上设计要求选择数字传输方案，并综合考虑隔离电压、传输速度、传输距离、成本、可靠性、实现难度等方面，使用塑料光纤为最佳方案。
SPI接口采用3线制，如图5所示。图5中只给出了主控方的电路图，从机是一个SPI接口的串行A／D转换器，硬件连接方法与图5类似。SPI总线是板内总线，在1 MHz下的传输距离不宜超过1 m，加了塑料光纤隔离驱动后，其传输距离被大大延长了。高压部分和低压部分的驱动模块各需要3个，这3个模块布局时放在一起，共地连接，之后与其他部分电路要单点接地处理。

SPI通信硬件除了将传输介质由金属导线换为塑料光纤外，没有其他区别，软件上则与普通SPI的软件完全相同。

4 结论
塑料光纤技术是正在发展中的新兴技术，已在音频数据传输中广泛使用，由于其高隔离电压、高速度、较远传输距离及低成本的优点，会在高压设备、高压仪表及输配电现场中得到广泛应用。