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

Richard Anslow

摘要：介紹了ADI應用于工業(yè)的coupler（？）數(shù)字隔離器和RS-485收發(fā)器產(chǎn)品系列解決方案。

關(guān)鍵詞：數(shù)字隔離器；RS-485；收發(fā)器

簡介

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IEC61000-4-2 ESD保護。ADM3065E/ADM3066E 50Mbps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±12kV（空氣）的IEC 61000-4-2ESD保護功能，為EnDat編碼器提供了一套可靠的解決方案[1]。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)，如本文所述。

在電池供電系統(tǒng)、井下應用（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所示為適合井下應用的穩(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9.6kbps）。

1 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50Mbps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[2-3]。

ADuM640l和ADuM6000 isoPower器件中的DC/DC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準進行印刷電路板（PCB）布局[4]。

2 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RE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GNDi和GND2。這意味著當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23μA。總體來說，該解決方案的靜態(tài)功耗低至24μA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1.2μA。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1.2μA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2μA電流的完全隔離式RS-485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。

參考文獻：

[1]Anslow R，Sorensen J，Using the ADM3065E 50 Mbps RS-485 Transceiver in EnDat MotorControl Encoder Applications [R/OL].www.analog.corn/media/en/technical-documentation/application-notes/AN-1397.pdf

[2]Cantrell M.isoPower器件的輻射控制建議[R/OL].http：//www.analog.com/media/cn/technical-documentation/application-notes/AN-0971_cn.pdf

[3]Datasheet：5.0 kV rms Quad Digital Isolators-ADuM240D/ADuM240E/ADuM241D/ADuM241E/ADuM242D/ADuM242E[R/OL].http：//www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADuM240D_240E_241D_241E_242D_242E.pdf

[4]Datasheet：Isolated，5 kV，DC-to-DC Converter-ADuM6000[R/OL].http：//www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADuM6000.PDF