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信号和电源隔离RS-485现场总线高速或低功耗解决方案

时间:2024-05-10

简介ADI公司的iCoupler®数字隔离器和RS-485收发器产品系列解决了工业应用中的两个主要要求:更高的数据速率和更低的功耗工作模式。

对于高性能电机控制编码器应用,通常需要更高的数据速率,更小的RS-485收发器封装以及IEC 61000-4-2 ESD保护。

ADM3065E / ADM3066E 50 Mbps收发器采用节省空间的10引脚LFCSP封装,可提供±12 kV(触点)和±12 kV(空气)IEC 61000-4-2 ESD保护功能。

它提供了一种可靠的解决方案(更多信息,请参见AN-1397应用笔记)。

另外,通过isoPower® reg;可为ADM3065E / ADM3066E增加高速,稳定的信号和电源隔离。

如本应用笔记中所述,ADuM6401或isoPower ADuM6000和iCoupler ADuM241D。

在电池供电的系统,井下应用(例如采矿)和以4 mA至20 mA回路运行的过程控制系统中,通常对低功耗工作模式有很高的要求。

ADI公司在关断模式下产生的微功耗数字隔离器ADuM1441的静态功耗小于23μA。

ADM3483 3.3 V,250 kbps RS-485收发器的静态功耗非常低,停机模式下的静态功耗通常仅为2 nA。

图1显示了适用于井下应用的稳定可靠的低功耗隔离式RS-485解决方案。

ADM3483和ADuM1441共享一个可靠的低功耗链路,连接到远程地下测量节点。

系统接口卡包括ARM® reg;。

皮质® reg;微控制器单元(MCU),ADuCM3027和集成模拟前端(AFE)AD7124-4,用于远程温度和压力测量。

系统接口卡的固件更新通过长距离RS-485电缆提供,该电缆可以在更新后长达1 km的长距离内实现低数据速率传输(例如9.6 kbps)。

图1.适用于井下应用的稳定可靠的低功耗隔离式RS-485解决方案。

采用iCoupler和isoPower技术的隔离式高速RS-485可以为ADM3065E添加增强绝缘和5 kV rms瞬态耐电压电隔离的组合。

ADuM6401提供所需的四个通道,分别具有5 kV rms信号隔离,最大25 Mbps的工作速率和集成的DC / DC转换器。

ADuM6401和ADM3065E(如图2所示)需要将VISO引脚配置为3.3V。

具体方法是将VSEL引脚连接到GNDISO引脚,并将5V电源连接到VDD1引脚。

即使在数据速率达到25 Mbps的情况下,也可在3.3V电压下工作,这可以确保ADM3065E仍保持在ADuM6401的负载能力之内。

使用ADuM241D四通道数字隔离器和ADuM6000隔离式DC / DC转换器,可以实现50 Mbps的数据速率和ADM3065E的隔离,如图3所示。

ADuM241D的数据速率高达150 Mbps,可以提供所需的精确时序完全支持以50 Mbps数据速率工作的ADM3065E。

但是,以50 Mbps的数据速率工作的前提条件是使ADM3065E以3.3 V工作。

如果需要以5 V工作,则可以将ADuM6000的VSEL引脚连接到VISO,但是支持的最大数据速率将达到降低(例如,<10Mbps)。

欲了解更多信息,请参考ADuM241D和ADuM6000数据手册。

ADuM6401和ADuM6000 isoPower器件中的DC / DC转换器可为ADM3065E(和ADuM241D)提供稳定和隔离的电源。

这两个isoPower设备使用高频开关元件通过变压器传输功率。

用户必须遵守辐射标准以用于印刷电路板(PCB)布局。

有关PCB布局的建议,请参考AN-0971应用笔记。

图2.信号和电源隔离25 Mbps RS-485解决方案(简化图,未显示所有连接)图3.信号和电源隔离50 Mbps RS-485解决方案(简化图,未显示所有连接) 485图4显示了ADuM1441微功耗,四通道数字隔离器和ADM3483低功耗,半双工RS-485收发器的组合。

当ADM3483处于关断模式时(驱动器使能DE引脚为低电平,接收器使能引脚为高电平),静态电源电流通常仅为2 nA(最大规格值为1μA)。

如图4所示,ADuM1441的引脚7和10分别连接到GND1和GND2。

这意味着,当ADuM1441隔离器处于关断模式且无总线通信活动时,其静态电流小于23 µA。

总体而言,该解决方案的静态功耗仅为24 µA或更低。

如果ADuM1441的引脚7和10分别直接连接至VDD1和VDD2,则ADuM1441的静态功耗仅为1.2 µA。

这可以通过PCB上的跳线连接来实现。

用户可以选择将引脚7连接到VDD1或GND1,并且