2)在兩個(gè)電壓差較大的子系統(tǒng)中保護(hù)通信安全;
3)防止電氣噪聲破壞敏感信號(hào)。在2000年以前,光耦合器是唯一的隔離器件。光耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。它對(duì)輸入,輸出的電信號(hào)有良好的隔離作用。我們先來(lái)看一下光耦隔離器的工作原理,其結(jié)構(gòu)如下圖1:
圖1(圖源:視頻)
光耦合器一般分為三個(gè)部分,光的發(fā)射,光的接收,信號(hào)放大。如上圖1所示,左側(cè)部分即為光的發(fā)射部分,輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管,使其發(fā)出一定波長(zhǎng)的光。被上圖右側(cè)部分的光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流,再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出,這就完成了電-光-電的轉(zhuǎn)換,因?yàn)檩斎牒洼敵龅碾娦盘?hào)無(wú)直接連接,從而起到了隔離的作用。光耦合器有價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn),但也有明顯的缺點(diǎn),受限于LED的開(kāi)啟和關(guān)閉速度,其數(shù)據(jù)傳輸速率一般也較低,不超過(guò)25Mbps,同時(shí)還有功耗高,易老化的缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)限制了其在低功耗,高性能,高可靠性場(chǎng)合的應(yīng)用。于是2000年左右,誕生出了一種全新的數(shù)字隔離器件。這種新的數(shù)字隔離器件,有兩種,一種是基于CMOS工藝的電容耦合隔離器,一種是基于CMOS工藝的電磁耦合隔離器。我們先看電磁耦合,它由初級(jí)電路,片上變壓器,次級(jí)電路組成。利用電-磁-電的原理實(shí)現(xiàn)信息的隔離傳遞。電容耦合隔離器由初級(jí)電路,片上電容,次級(jí)電路組成。利用電容的“通交流,隔直流”特性,實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離傳輸。今天為大家介紹的就是一款使用電容耦合原理制作的數(shù)字隔離器,由TI公司設(shè)計(jì)的ISOW7741。1器件介紹
ISOW77XX系列是具有低輻射集成式高效電源轉(zhuǎn)換器的電隔離四通道數(shù)字隔離器。集成式直流/直流轉(zhuǎn)換器提供高達(dá)550mW的隔離式電源,無(wú)需在空間受限的隔離設(shè)計(jì)中使用單獨(dú)的隔離式電源。
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主要特性有:- 100Mbps數(shù)據(jù)速率
-
低輻射,低噪聲的集成式直流/直流轉(zhuǎn)換器
- 輻射經(jīng)過(guò)優(yōu)化,符合CISPR 32和EN 55032 B類標(biāo)準(zhǔn),在2層電路板上的裕度>5dB
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具有高效的輸出功率
-
最大負(fù)載時(shí)的效率:46%
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高達(dá)0.55W的輸出功率
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VISOOUT精度為5%
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5V至5V:最大可用負(fù)載電流=110mA
-
5V至3.3V:最大可用負(fù)載電流=140mA
- 3.3V至3.3V:最大可用負(fù)載電流=60mA
-
用于通道隔離器和電源轉(zhuǎn)換器的獨(dú)立電源
-
邏輯電源(VIO):1.71V至5.5V
- 電源轉(zhuǎn)換器電源(VDD):3V至5.5V
-
系統(tǒng)級(jí)ESD、EFT和浪涌抗擾性
- 在整個(gè)隔離柵具有±8kV IEC 61000-4-2接觸放電保護(hù)
- 增強(qiáng)型和基礎(chǔ)型隔離選項(xiàng)
- 高CMTI:100kV/μs(典型值)
- 安全相關(guān)認(rèn)證:
- 符合DIN VDE V 0884-11:2017-01標(biāo)準(zhǔn)的VDE
-
增強(qiáng)型和基礎(chǔ)型絕緣
-
UL 1577組件認(rèn)證計(jì)劃
-
IEC 62368-1、IEC 61010-1、IEC 60601-1和GB4943.1-2011認(rèn)證
- ISOW774xB器件已列入計(jì)劃
- 擴(kuò)展溫度范圍:–40°C至+125°C
圖2:ISOW7741簡(jiǎn)化原理圖(圖源:視頻) 芯片采用20腳SOIC封裝,我們將其20個(gè)引腳分為三類,分別介紹。第一類電源類引腳如下圖3所示:圖3(圖源:視頻) 第二類是配置引腳,如圖4所示: 圖4(圖源:視頻)
第三類是隔離通道,如圖5所示:
圖5(圖源:視頻)
下邊來(lái)看看該評(píng)估板。開(kāi)發(fā)板被ISOW7741隔離為了兩個(gè)部分,左側(cè)提供了兩路LDO,LDO1的輸出接芯片的VDD,LDO2接芯片的Vio,該LDO支持可調(diào)輸出,通過(guò)R2、R5、R7、R10貼片情況可使輸出為5V、3.3V、2.5V或1.8V。如果要使能單電源供電,只需要把R1的位置焊接0歐電阻即可。另外U3芯片是一顆頻率可調(diào)的晶振芯片,將R23貼入0歐電阻,可將該晶振的輸出引入到INA通道,如果將R13、R14、R16都貼片,則該晶振的輸出會(huì)引入到ISOW7741的所有輸出通道中,從而實(shí)現(xiàn)快速測(cè)試的目的。如果僅貼片R24,則該晶振的輸出為2.5MHz,如果將R24、R25同時(shí)貼片,則其輸出頻率為10MHz。貼片R26則使能DC-DC輸出功能,貼片R42則禁用DC-DC輸出。貼片R40會(huì)讓VISOOUT電壓為5V,貼片R41會(huì)讓VSIOOUT的電壓為3.3V。
3開(kāi)發(fā)板體驗(yàn)方案一、我們按下圖6,將波形發(fā)生器和示波器連接到開(kāi)發(fā)板上。
圖6(圖源:視頻) 為使能單電源供電,我們將一個(gè)0歐的電阻焊接到R1的位置上。使用單12V電源供電。打開(kāi)波形發(fā)生器,輸出一個(gè)方波,頻率為2Mhz。打開(kāi)示波器觀察波形失真情況。方案二:直接使用板載的晶振做ISOW7741的輸入。外接一個(gè)示波器即可。4開(kāi)發(fā)板應(yīng)用方向介紹
該芯片的主要應(yīng)用方向有:
1、工廠自動(dòng)化2、電機(jī)控制3、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施4、醫(yī)療設(shè)備5、測(cè)試和測(cè)量設(shè)備
5小結(jié)
該開(kāi)發(fā)板的設(shè)計(jì)非常用心,為所有信號(hào)都提供了測(cè)試點(diǎn),使連接測(cè)試設(shè)備非常方便。
同時(shí)通過(guò)預(yù)留的多組電阻,來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能參數(shù)配置,非常方便。
另外,該開(kāi)發(fā)板上還提供了可調(diào)輸出頻率的晶振,也很大程度上降低了使用的門(mén)檻。
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