技术文章—隔离式RS-485光耦合器设计的隐藏成本

时间:2019-4-9 分享到:

光耦合器,也称为光隔离器或光电耦合器,其已被用于实现电子电路电流隔离超过40年。光耦合器使用LED和光电晶体管来实现信号通信,而无需传输电流。作为一种低成本的解决方案,光耦合器一直很受欢迎。但考虑到数字隔离技术的进步,光耦合器真的是实现RS-485系统电流隔离的最具成本效益的方法吗?

 

图1所示为隔离式RS-485收发器使用光耦合器实现电流隔离的典型电路。该解决方案共需要三个光耦合器:两个高速光耦合器(每个用于发送和接收信号)以及一个用于方向控制的低速光耦合器。该解决方案还需要大量外部元件,包括施密特缓冲器、施密特触发器、电阻器和旁路电容器。所有这些组件都会增加成本和电路板面积。

 

绝缘材料

介电强度

空气

~1   Vrms/μm

环氧树脂

~20   Vrms/μm

二氧化硅填充模具化合物

~100   Vrms/μm

聚酰亚胺

~300   Vrms/μm

SiO2

~500   Vrms/μm

图 2:普通绝缘体材料的介电强度

 

能耗:每个光耦合器需要5-10 mA才能驱动内部输入芯片上的LED。

 

温度范围:光耦合器大多限于承受85°C的最高环境温度,极少数例外情况下能承受高达105°C的温度。

 

开关规格:光耦合器的上升/下降时间和传播延迟随着偏置电流、电流传输比和器件到器件的变化而变化。

 

噪音抗扰度光耦合器的典型共模瞬变抗扰度范围为15 kV/μs至25 kV/μs。在高于此电平的电压瞬变的情况下,很可能出现数据损坏。

 

为满足日益增长的紧凑型解决方案需求且不影响性能,德州仪器开发了ISO1500隔离式RS-485收发器。图3与图1所示的光耦合器解决方案的尺寸进行了比较,这是业界标准的16引脚小外形集成电路(SOIC)隔离RS-485收发器和ISO1500。请注意,这些设计仅显示RS-485收发器的信号隔离。应用手册,“如何隔离RS-485系统的信号和电源”, 为RS-485系统中的隔离电源提供了有用概述。

 

技术文章—隔离式RS-485光耦合器设计的隐藏成本 

 

图 3:光耦合器解决方案之间的解决方案尺寸比较(a);业界标准的16引脚SOIC隔离式RS-485收发器(b);和德州仪器的ISO1500 (c)

 

与分立式光耦合器解决方案相比,ISO1500可减少多达85%的电路板空间,与业界标准的16引脚SOIC封装相比,可节省多达50%的电路板空间。除了最小化解决方案尺寸外,ISO1500还解决了上面提到的许多性能问题。所有德州仪器隔离式RS-485收发器均采用半导体制造工艺制造,使用二氧化硅作为电介质,以最大限度地减少器件之间的差异,并提供更可靠的高压性能。ISO1500消耗<10μA的电流来驱动基于互补金属氧化物半导体的输入,可在-40°C至125°C的温度范围内使用。与传统光耦合器相比,具有可预测的开关规格和更高的抗噪性。当您将这些系统级优势与使用ISO1500所节省的电路板空间优势相结合时,很明显,光耦合器的成本远远高于仅为器件支付的价格。

 

 

 

 

关键字:光耦合器

编辑:muyan 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/dygl/2019/ic-news040228996.html
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