信號和電源隔離RS-485現(xiàn)場總線的高速或低功耗解決方案

ADI公司的 iCoupler® 數(shù)字隔離器和 RS-485 收發(fā)器產(chǎn)品系列解決了工業(yè)應(yīng)用中的兩大需求：更高的數(shù)據(jù)速率和更低功耗的工作模式。

對于高性能電機控制編碼器應(yīng)用而言，通常需要更高的數(shù)據(jù)速率、更小的 RS-485收發(fā)器封裝和 IEC 61000-4-2 ESD保護。ADM3065E/ADM3066E 50 Mbps收發(fā)器采用節(jié)省空間的10引腳 LFCSP封裝，可提供±12 kV(接觸)和±12 kV(空氣)的 IEC 61000-4-2 ESD保護功能，為 EnDat 編碼器提供了一套可靠的解決方案(請參考AN-1397應(yīng)用筆記了解更多 信息)。此外，在ADM3065E/ADM3066E 中添加高速穩(wěn)定的信號和功率隔離可以通過 isoPower® ADuM6401 或 isoPower ADuM6000 及 iCoupler ADuM241D 來實現(xiàn)，如本應(yīng)用筆記中所述。

在電池供電系統(tǒng)、井下應(yīng)用(例如，采礦)以及在4 mA至20 mA環(huán)路中工作的過程控制系統(tǒng)中，往往對低功耗工作模式具有較高需求。ADI公司生產(chǎn)的微功耗數(shù)字隔離器 ADuM1441 在關(guān)斷模式下的靜態(tài)功耗低于23 μA。ADM3483 3.3 V、250 kbps RS-485收發(fā)器的靜態(tài)功耗極低，關(guān)斷模式下通常僅2 nA。

圖1所示為適合井下應(yīng)用穩(wěn)定可靠的低功耗隔離式 RS-485 解決方案。 ADM3483 和 ADuM1441共用可提供一條通往遠程地下測量節(jié)點的可靠低功耗鏈路。系統(tǒng)接口卡包括 ARM® Cortex® 微控制器單元(MCU)、 ADuCM3027 和集成模擬前端 (AFE)AD7124-4，用于遠程溫度和壓力測量。系統(tǒng)接口卡的固件更新通過遠距離 RS-485 電纜提供，更新后能夠在最長1 km的遠距離內(nèi)實現(xiàn)低數(shù)據(jù)速率傳輸(例如，9.6 kbps)。

圖1.適合井下應(yīng)用穩(wěn)定可靠的低功耗隔離式 RS-485 解決方案

隔離式高速 RS-485

利用 iCoupler 和 isoPower 技術(shù)，可以向 ADM3065E 中增添兼具加強絕緣和5 kV rms瞬態(tài)耐受電壓的電流隔離。 ADuM6401 提供了所需的四通道5 kV rms信號隔離、最高25 Mbps的工作速率以及集成式DC/DC轉(zhuǎn)換器。 ADuM6401 配合 ADM3065E(如圖2所示)需將 VISO 引腳配置為3.3 V，具體方法是將 VSEL 引腳連接到 GNDISO 引腳，并將5V電源連接到 VDD1 引腳。在3.3V電壓下工作，即使數(shù)據(jù)速率達25 Mbps，也可以確保 ADM3065E 仍保持在 ADuM6401 的負(fù)載能力范圍內(nèi)。

利用 ADuM241D 四通道數(shù)字隔離器和 ADuM6000 隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，可以實現(xiàn)50 Mbps 數(shù)據(jù)速率以及 ADM3065E 隔離，如圖3所示。 ADuM241D 的數(shù)據(jù)速率最高可達150 Mbps，能夠提供完全支持 ADM3065E 以50 Mbps 數(shù)據(jù)速率工作所需的精確時序。

不過，以50 Mbps 數(shù)據(jù)速率工作的前提是使 ADM3065E 工作在3.3 V 電壓下。

如果需要在5V 電壓下工作，可以將 ADuM6000 上的 VSEL 引腳連接到 VISO，但支持的最大數(shù)據(jù)速率會降低(例如，<10 Mbps)。更多信息，請參考ADuM241D和ADuM6000數(shù)據(jù)手冊。

ADuM6401 和 ADuM6000 isoPowe r器件中的 DC/D C轉(zhuǎn)換器可為 ADM3065E(和ADuM241D) 提供穩(wěn)壓隔離電源。這兩款 isoPower 器件利用高頻開關(guān)元件，通過變壓器傳輸功率。用戶必須遵循輻射標(biāo)準(zhǔn)進行印刷電路板(PCB)布局。如需 PCB 布局建議，請參考 AN-0971 應(yīng)用筆記。

圖2.信號和電源隔離的25 Mbps RS-485解決方案(簡化圖，未顯示全部連接)

圖3.信號和電源隔離的50 Mbps RS-485解決方案(簡化圖，未顯示全部連接)

隔離式低功耗 RS-485

圖4顯示了 ADuM1441 微功耗、四通道、數(shù)字隔離器和 ADM3483 低功耗、半雙工 RS-485 收發(fā)器的組合。

當(dāng) ADM3483 處于關(guān)斷模式(驅(qū)動器使能DE引腳為低電平且接收器使能引腳為高電平)時，靜態(tài)電源電流通常僅為2 nA(最大規(guī)范值為1 μA)。如圖4所示， ADuM1441 的引腳7和引腳10分別連接至 GND1 和 GND2。這意味著當(dāng) ADuM1441 隔離器處于無總線通信活動的關(guān)斷模式時，其靜態(tài)電流低于23 µA?？傮w來說，該解決方案的靜態(tài)功耗低至24 µA以下。

如果 ADuM1441 的引腳7和引腳10分別直接連接到 VDD1 和 VDD2，則 ADuM1441 的靜態(tài)功耗僅1.2 µA。這可以通過 PCB 上的跳線連接來實現(xiàn)，用戶可以選擇將引腳7連接到 VDD1 或 GND1 ，還可以選擇將引腳10連接到 VDD2 或 GND2。將 ADuM1441 中的1.2 μA 靜態(tài)功耗特性添加到 ADM3483 靜態(tài)電源中，可實現(xiàn)一個在關(guān)斷或待機模式下僅消耗2 μA 電流的完全隔離式 RS-48 5節(jié)點。為了確保隔離器正常工作， ADuM1441 的引腳7和引腳10必須分別連接到 GND1 和 GND2。

圖4.低功耗、隔離式 RS-485 節(jié)點