嵌入式系统接口隔离技术及其设计

峰的传输，需要实现电流隔离。对于传感器信号隔离，传统的模拟隔离方案(如隔离放大器AD202)成本太高，可以采用数字隔离方案——AMP→ADC→Digital Isolate→MCU降低成本，如图5所示。

　　数字隔离器用来将系统现场的ADC、DAC和信号调理电路与数字端的微处理器隔离开来。其中，需要隔离型DC-DC变换器来实现微处理器的信号线和电源线与ADC／DAC的信号和电源的相互隔离。隔离器件可选用ADI公司的iCoupler产品或TI公司的IO72xx数字隔离器。在满足应用需要的前提下，可以选用ADI公司集成3 750 V电压隔离的ADC(AD7400)来减轻设计负担。

　　在完全隔离的系统中，从系统端向现场端提供隔离的电源是另一个要面对的挑战，而在这方面也涌现了新的解决方案。传统上，将电源从隔离的一端传递到另一端所用的技术包括使用单独的、尺寸较大的、昂贵的DC-DC变换器，或者设计及接口均较困难的分立器件。目前，一种更好的方法是采用完整的、全部集成化的隔离解决方案。这种方案可以通过微变压器实现跨越隔离点的信号和电源传输，其供电能力达50 mw。例如isoPower系列产品ADuM524x可以提供高达2 500 V的信号和电源隔离度，不仅避免了采用分立的隔离电源，而且降低了隔离系统的总成本，减小了电路板面积，缩短了设计时间。

　　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。