iCoupler数字隔离器保护工业、仪器和计算机应用中的RS-232、RS-484和CAN总线

RS-485总线：规定RS-485标准用来驱动多达32对驱动器和接收器。其通用性和驱动长4000 m电缆的能力使得它常用于各种应用,尤其是远距离的系统之间互连。小型计算机系统接口(SCSI)和PROFIBUS协议都采用RS-485标准用于通信。

可用的电缆长度取决于对数据速率的要求,其速度和距离组合可以从1200米对应200 kbps到100米对12 Mbps。RS-485驱动器采用平衡的差分信号,通过两根输出线发送数据。接收器通过比较两个信号确定逻辑状态;如果差分信号电压大于200 mV便可提供有效的逻辑电平。驱动器和接收器中的差分放大器控制信号线间的电流方向。这样就比诸如RS-232单端信号方案提供较高的抗噪声干扰能力。

因为RS-485通常用于连接多个系统,所以各系统和总线之间的隔离非常关键。像使用RS-232一样,数字隔离器不支持RS-485标准,所以它们不能用在收发器和电缆之间,而只能用在收发器和本地系统之间。收发器的系统端通常连接到本地总线或者处理器。因为iCoupler隔离器的输入和输出电路彼此是电隔离的,所以将其置于处理器和收发器之间是一种隔离系统和电缆的简单方法。为了完成这种隔离,通常使用带隔离的DC/DC变换器给隔离器和收发器供电。ADuM1301 iCoupler数字隔离器和带隔的离电源的组合用法,如图4所示,避免了接地环路问题并且提供了有效的保护以防止浪涌破坏。

　　图4 带隔离的RS-485电路

图5示出了ADM2486单芯片隔离RS-485收发器。

CAN总线：CAN总线标准,最初是为汽车应用开发的,它规定了一种2线串行通信协议,允许高达1 Mbps的数据速率、多达30个结点和40米的最大电缆长度。它以帧为单位传送异步数据,帧中包括起始位(bit)和停止位、一个仲裁字段、一个控制字段、一个循环冗余校验(CRC)字段和一个确认字段。每个结点都能同时侦听和传送数据,所以该协议最重要的特点之一就是其非破坏性的位序列仲裁,它保证了不会有数据丢失。每个结点在消息开始时发送一个主消息起始(SOM)位。其它的结点将会看到此动作并且在该消息完成之前都不会启动一次传输。然后,发送11 bit或者29 bit的仲裁字段。该字段也称为标识符,指示总线上所发送消息的优先次序。任何时候都是最高优先级的结点控制总线,让较低优先级的结点等待。这种非破坏性的仲裁确保了最高优先级的消息总能通过。

像使用RS-232和RS-485总线一样,数字隔离器不支持CAN总线标准,所以它们不能用在收发器和电缆之间,而只能用在收发器和本地CAN控制器之间,采用3V或5V的逻辑电平。因为iCoupler隔离器的输入电路和输出电路彼此是电隔离的,隔离系统和电缆的一种简单的方法是将其置于处理器和收发器之间。为了完成这种隔离通常用一种带隔离的DC/DC变换器给该隔离器和收发器供电。iCoupler数字隔离器和带隔离的电源的组合用法,如图6所示,避免了接地环路问题并且提供了有效的保护以防止浪涌破坏。

　　图6 带隔离的CAN总线网络

　　iCoupler

基于iCoupler工艺的数字隔离器在集成度、性能、功耗、易用性和可靠性方面都要优于光耦合器。ICoupler器件是配套齐全的器件,除了常用的旁路电容以外无需外部元件;它们通常以较高的数据速率(达100 Mbps)和较短的传播延迟(18 ns)比较快速地工作;其功耗(从5 mW@1 Mbps～22 mW@25 Mbps)只有同类光耦合器的1/70～1/5,可以忽略不计对相邻元件的发热量;其使用方法与标准的数字CMOS器件一样;它们可以在较高温度下工作——传播延迟基本上不受温度影响;而且它们还具有延长的工作寿命,不存在LED的用坏问题。它们还通过了类似高质量光耦合器的安全认证。目前可提供的iCoupler器件具有2.5 kV rms额定隔离度(稳定状态下为400 V rms),具有提高50%以上的未来发展前景。■