隔离

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<strong>电路功能与优势</strong>

图1所示电路提供使用广泛的USB总线与RS-485或RS-232总线之间的完全隔离连接。信号和电源隔离确保USB设备与工业总线或调试端口之间实现安全接口，允许监控TIA/EIA-485/232总线流量，并且便于向未配备RS-485或RS-232端口的PC发送命令或从该PC接收命令。本电路中的隔离能提供电气线路浪涌保护并断开总线和数字引脚之间的接地连接，增加系统安全性和鲁棒性，进而消除系统中可能存在的接地环路。

在工业和仪器仪表应用中，TIA/EIA RS-485总线标准是使用最广泛的物理层总线设计标准之一。RS-485提供多个系统之间的差分数据传输，这些系统通常相距很远。相比RS-232标准，RS-485通信可通过差分通信方式提供额外的鲁棒性。

TIA/EIA RS-232器件广泛用于工业机器、网络设备和科研仪器中。在现代个人电脑中(个人电脑经常用来调试网络问题)，大部分外设接口已经采用USB代替RS-232，并且很多电脑不再配备RS-232端口。图1中的电路为RS-232和RS-485接口提供鲁棒而紧凑的解决方案。

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<strong>模拟隔离技术</strong>

在许多应用中，传感器与接收数据的系统之间最好不要有直接的(“电流”)电气连接，这点有时甚至非常重要。这样可能是为了防止系统一半产生的危险电压或电流给另一半造成损坏的可能，或者是为了断开难以处理的接地环路。这即是所谓的“隔离”系统，而无电流连接却允许信号通过的布局则称为隔离栅。

隔离栅的保护是双向的，可能是其中一个方向需要保护，甚至可能两个方向都需要保护。一种明显的应用是，传感器可能意外遇到高电压，必须对其驱动的系统进行保护。或者，传感器可能需要与后级产生的意外高电压隔离开来，以保护其工作环境：例如防止传感器火花引起爆炸性气体点火，以及保护正在接受ECG、EEG或EMG监护的病人免受电击危害。ECG的情况比较有意思，因为可能需要进行双向保护：对病人必须采取保护防止意外电击；但是，如果病人的心脏停止跳动，则在利用除颤器尝试恢复心脏跳动时，必须保护ECG机，使其免受施加给病人的极高电压(>7.5 kV)影响。下面的图1总结了(模拟和数字)隔离放大器的各种应用。

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<strong>作者：Baoxing Chen</strong>

近年来，为了节省能源并降低CO2排放，消费者开始热衷于替代燃料汽车，因而混合动力汽车(HEV)日益受到青睐。与依靠汽油的传统内燃机相比，电动马达具有更高的能效，并且可以大幅降低排放。电池是HEV的核心所在，但由于可靠性、安全性、重量和成本方面的原因，电池也是阻碍HEV发展的拦路虎。为了克服这些障碍，必须采用电池监控系统，使电池能长时间安全地工作。由于工作电压很高，因此需要尖端隔离技术。在许多HEV中，电池组电压可能高达400V，因此电池监控系统(BMS)设计面临多项重大挑战。

为了向马达传输足够多的功率，如此高的电压是必需的，但它会影响从电池单元到微控制器的充电状态(SOC)电流和电压信号的传输；微控制器负责处理来自所有电池的信息，确保电池组安全工作。为了解决这一问题，BMS采用电流隔离技术将高压电池数据传输到汽车其它位置的低压电子器件。对于HEV，诸如光耦合器之类的传统隔离解决方案并不理想，因为其性能会随着时间而下降，这种退化效应在环境温度非常高的汽车应用中尤其显著。另外，光耦合器也没有足够的带宽来处理电池监控IC与BMS微控制器之间通常使用的高速串行外设接口(SPI)。

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<strong>作者：Mark Cantrell，ADI公司应用工程师</strong>

<strong>内容提要</strong>

在工业控制世界，有几点是确定无疑的：下一款产品将具有更小的尺寸、更多通道数，每通道的目标成本更低。人们期望，技术在上一个设计产品之后已有所改进，所有这些都是可能的。在很大程度上，过去就是这样发展的，而未来很可能仍然如此。

从光耦合器时代到最新的高速、低功耗、高集成度数字隔离器，数据接口一直在稳步发展。本文将讨论隔离传感器接口的一个本应得到更多关注的方面。如何在缩小接口尺寸并提高性能的同时，将隔离电源提供给ADC和调理电路？过去，模拟接口板的通道数不多，因此板上有足够的空间可用来设计适当的DC-DC转换器，以便为传感器接口提供电源。一个模块只有一两个接口，因此功耗不是什么大问题。而目前，模拟PLC模块(如图1所示)能够提供4个、8个甚至16个独立的隔离通道。多个大小适中的DC-DC转换器会占据很多空间，并产生很多热量。

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<strong>电路功能与优势</strong>

低压差分信号(LVDS)是低功耗、高速、点对点通信的既定标准(TIA/EIA-644)。它用于在仪器仪表和控制应用中通过背板或短电缆链路传输大量数据，或分配高速时钟至应用电路的不同部分。

图1所示电路表示LVDS接口的隔离。隔离LVDS接口的好处有：保护器件免受故障影响(安全隔离)，以及增加鲁棒性(功能隔离)。

ADuM3442为ADN4663 LVDS驱动器的逻辑输入以及ADN4664 LVDS驱动器的逻辑输出提供数字隔离。除了使用ADuM5000提供隔离式电源，在工业和仪器仪表应用中隔离LVDS链路还面临着许多挑战，包括：

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<strong>作者：Brian Kennedy，ADI公司iCoupler数字隔离器部门应用工程师</strong>

设计人员设计隔离式AC-DC、DC-DC或DOSA兼容型电源模块时，面临着以更佳的性能应对市场需求的挑战。本文介绍数字隔离器误差放大器，它可改进初级端控制架构的瞬态响应和工作温度范围。传统的初级端控制器应用是利用光耦合器提供反馈回路隔离，利用分流调节器提供误差放大器和基准电压。虽然光耦合器作为隔离器用于电源中具有成本低廉的优势，但它会将最大环路带宽限制在50 kHz，而且实际带宽会低得多。快速可靠的数字隔离器电路在单封装内集成隔离式误差放大器和精密基准电压源功能，使用该电路可实现极低温漂和极高带宽的精密隔离式误差放大器。隔离式误差放大器能实现250 kHz以上的环路带宽，使得以更高开关速度工作的隔离式初级电源设计成为可能。借助正确的电源拓扑，更高的开关速度可支持在更为紧凑的电源中使用更小的输出滤波器电感和电容。

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ADI数字电源控制器可让服务器和汽车行业实现产品的快速上市，且无需进行复杂的编码。PMBus兼容型器件具有PFC电流平衡、DC-DC有源钳位缓冲器和黑盒等功能。

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<strong>作者：Brian Kennedy、Mark Cantrell</strong>

<strong>简介</strong>

如果PCB设计选择得当，iCoupler®数据隔离产品很容易满足CISPR 22 Class A(和FCC Class A)辐射标准，甚至能够满足更严格的无屏蔽环境CISPR 22 Class B(和FCC Class B)标准。本应用笔记将考察与PCB相关的抗电磁辐射技术，包括电路板布局和堆叠问题。

关于辐射的标准有多种。在美国，联邦通信委员会(FCC)负责管理辐射标准及测试方法。在欧洲，国际电工委员会(IEC)制定标准，采用CISPR测试方法来评估辐射。这两种标准规定的测试方法及合格/不合格界定稍有不同。虽然本应用笔记参照IEC标准，但所有结果对这两种标准均适用。

iCoupler数字隔离器输入端的数据跃迁编码为较窄的脉冲，用以将信息发送到隔离栅的另一端。这种1 ns脉冲具有高达70 mA的峰值电流，如果在印刷电路板(PCB)布局布线和构建期间不加以重视，可能会引起辐射和传导噪声。

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<strong>简介</strong>

集成隔离电源(isoPower®)的iCoupler®数字隔离器采用开关电流约为700 mA、频率高达300 MHz的DC-DC转换器，以如此高的开关频率工作自然会引起人们关于辐射和传导噪声的担忧。对于含有isoPower器件的应用的辐射和噪声控制，PCB布局与结构是非常重要的。本应用笔记将阐明相关辐射机制，并提供解决辐射问题的具体建议。

关于辐射的标准有多种。在美国，联邦通信委员会(FCC)负责管理辐射标准及测试方法。在欧洲，国际电工委员会(IEC)制定标准，采用CISPR测试方法来评估辐射。这两种标准规定的测试方法及合格/不合格界定稍有不同。虽然本应用笔记是参照CISPR标准撰写的，但所有结果对这两种标准均适用。

只要设计得当，isoPower器件很容易满足CISPR A类(FCC A类)辐射标准。如果考虑周详，这些产品甚至能满足无屏蔽环境下的CISPR B类和FCC Part 15、Subpart B的B类(FCC B类)标准。本应用笔记将考察与PCB相关的抗电磁辐射技术，包括电路板布局和堆叠问题。

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<strong>作者：Eric Gaalaas，ADI公司</strong>

通用串行总线(USB)是个人计算机(PC)通过电缆与外设实现通信的常用方法。某些应用中，需要隔离USB通信以满足安全要求，或中断接地环路。遗憾的是，隔离任务不易完成，因为USB电缆上有双向数据流。本文将讨论这个问题，并探讨实现易于使用的隔离式USB方案面临的其他挑战，最后对解决方案进行比较。一个理想的“透明”解决方案能将隔离对系统的影响降至最低，目前我们就可以提供这种解决方案。本文讨论的内容针对USB 2.0，支持三种数据速率： 1.5 Mbps(低速)、12 Mbps(全速)和480 Mbps(高速)。为简便起见，将详细探讨12 Mbps的情况，但示例中的很多原理同样适用于其他速度。