嵌入式系统接口隔离技术及其设计

大地接地回路的存在使数据链路对回路中其他地方产生的噪声非常敏感。

　　总的来说，图2(c)的方案比前两种合适，但建立长距离数据链路的最可靠的方法是通过数字隔离方案来隔断接地回路，其单节点设计如图3所示。

　　采用图3所示方法时，总线收发器的信号线和电源线与本地信号和电源是相互隔离的。该设计有2个关键：

　　①其隔离器件可以选用ADI公司iCoupler产品的ADuM141x，也可以选用TI公司的IO72xx数字隔离器。其中IO72xx是数字电容性隔离工艺应用的数字隔离器，接收数字输入并产生干净的数字输出，同时防止源自输入参考地的噪声电流及过电压的干扰。

　　②该类隔离器件都具有双电源、地，分别接系统内部电源、地和通信接口芯片的电源、地，同时双电源、地通过隔离型DC-DC变换器进行隔离。或者使用ADI 公司采用iCoupler技术的DC-DC隔离电源转换器isoPower系列的ADuM524x来实现隔离部分和隔离型DC-DC部分的集成简化方案，但需要注意的是ADuM5241的隔离电源的驱动能力可能不够。

　　图4给出的是多个隔离型．RS485／RS422收发器组网的详细连接。总线节点以菊花链或总线拓扑方式联网，总线上每台设备的工作地是不相连的，每个节点都必须通过很短的线头连接到主线缆。RS485／RS422尽管是差分传输，但对RS485网络来讲一条低阻的信号地还是必不可少的。一条低阻的信号地将两个接口的工作地连接起来，使共模干扰电压被短路，这条信号地可以是额外的一对非屏蔽双绞线或者是屏蔽双绞线的屏蔽层。注意，无论怎么连接千万不能形成工作地回路，否则将会形成很大的环路电流。特别要注意的是，如果使用了专门的低阻的信号地，再使用屏蔽层保护，就必须屏蔽层单端接某个节点的收发器的地，否则就会形成地回路。另外还要注意，所有收发器中除了一个以外其他均通过隔离连接到总线，图4中唯一一个未隔离的收发器为整个总线接口提供单一地参考，噪声环境下往往用2个RC低通滤波器替代120 Ω终端电阻，以增强对共模噪声的滤波。2个滤波器的电阻值应相等(最好采用精密电阻)，以确保2个滤波器具有相同的滚降频率。

　　3．2 隔离技术在CAN总线中的应用

　　CAN(控制区域网)属于串行通信总线，适用于强健的实时控制应用，因此在工业、交通、控制、测量领域有极广泛的应用。如果单个CAN-bus节点设计不当，就会导致总线通信不良，甚至因为收发器电路而破坏整个CAN网络的稳定性。尤其CAN总线的工作场合经常十分恶劣，在第1节中提及的任何不利因素均有可能出现在CAN-bus中，所以CAN-bus接地、隔离及瞬态保护是十分必要的。

　　在以往的设计中，一般可以采用2个高速光耦(6N137)实现电气上的隔离，1个电源隔离模块(+5 V转+5 V)实现电源上的隔离，还需要计算电阻值的大小以搭建出合理的收发器隔离电路。需要注意的是，仅有高速光电耦合器，却没有电源上的隔离，此时的隔离将失去意义。由于这种方式存在着体积偏大、成本偏高的缺点，建议采用电容耦合技术或磁耦隔离技术。隔离型CAN-bus节点一般是由CAN控制器、CAN收发器、数字隔离器件组成，具体节点设计类似图3所示。但需要注意的是，隔离措施是加在CAN控制器与CAN收发器之间的，同时需要在CAN-bus总线上加总线保护器件。

　　CAN-bus的隔离原理与RS485／RS422相似，节点设计原理也相同，只是电器规定上有所不同。隔离器件可以选用ADI公司iCoupler产品，隔离电压为2 500 VRMS；也可以选用TI公司的1072xx数字隔离器，隔离电压为4 000 V RMS。但是都需要隔离型DC-DC变换器来实现总线收发器的信号线和电源线与本地信号和电源的相互隔离。如果选用ADI公司的集成隔离电源(如 ADuM524x)，则需要考虑电源的驱动能力。如果需要更加简化电路设计，可以选用广州致远电子有限公司的CTM系列模块，该系列是集电源隔离、电气隔离、CAN收发器、CAN总线保护于一体的隔离CAN收发器模块，同时也要考虑T系列的节点驱动问题。

　　所有符合CAN2．O规范的节点可以连接在一起，构成一个直线拓扑结构的CAN-bus网络，在网络的两个终端各需要安装一个120 Ω的终端电阻。如果选用屏蔽电缆线可以将屏蔽层单点接大地(不能形成环路)，也可以将屏蔽层通过耐高压的电阻、电容单点接数字隔离器件的地引脚。

　　3．3 隔离技术在信号传感器中的应用

许多硬件设计任务主要围绕如下方面展开：数／模转换器(DAC)、模／数转换器(ADC)、输入和输出信号调理、输入／输出模块的电气连线、控制器之间以及模块之间的隔离问题。各种传感器产生的数字信号都传送到一个中央控制器，进行处理和分析。为了保证用户接口端电压的安全性，同时防止瞬态尖