Виаком
телефон
поискпоиск входаккаунт корзинакорзина


на складе в Киеве под заказ

не выполнен вход

 

Новости компании



02.08.2010

Цифровые схемы гальванической развязки от SiLabs - новая статья

Вступление

На сегодняшний день существует несколько способов гальванической развязки: импульсные трансформаторы, оптопары и магниторезистивные развязки. Все они имеют как свои преимущества, так и недостатки. Импульсные трансформаторы обычно используются в сетях Ethernet и обеспечивают отличную гальваническую развязку. Однако они громоздки и дороги. Кроме того, они не способны к передаче постоянного тока через изолирующий барьер. Магниторезистивные развязки имеют ограниченную скорость передачи данных (до 100 Mbps). К их недостаткам можно отнести также различные состояния при запуске. Наиболее популярным средством обеспечения развязок долгие годы служили оптопары. Они преимущественно одноканальны, имеют ограниченную скорость передачи данных (10 Mbps и меньше) и нелинейную передаточную характеристику. Вдобавок, им присущи такие недостатки, как ухудшение характеристик с ростом температуры и неопределенный коэффициент передачи тока. SiLabs представляет новую запатентированную RF технологию гальванической развязки.

Решение SiLabs

Семейство четырехканальных цифровых развязок (digital isolators) получило название Si844x. Микросхемы изготавливаются по КМОП-технологии и обеспечивают передачу данных на 50 % быстрее, чем уже существующие методы. Каждый из 4-х каналов может пропускать данные со скоростью до 150 Mbps. Потребление составляет меньше 12 мА на канал при скорости передачи в 100 Mbps. Типичное время задержки, то есть время, необходимое для передачи цифрового сигнала через изолирующий барьер, составляет менее 10 нс.

Принцип работы новых устройств аналогичен работе оптопар, за тем лишь исключением, что вместо света используется модуляция РЧ несущей. Упрощенная блок-схема одного канала представлена на рис.1:

Блок-схема одного канала

Таблица 1. Основные технические характеристики устройств разных производителей
Параметр Silicon Labs Si8440 Analog Devices ADuM140x
(iCoupler)
Agilent HCPL-0723
Оптопара
Максимальная скорость передачи (Mbps) 150 100 50
Типичное потребление на один канал (mA) <12
(5 V, 100 Mbps)
31
(5V, 90 Mbps)
25
Напряжение питания (V) 2.375–5.5 2.7–5.5 4.5–5.5
Температурный диапазон (°C) –40 ... +125 –40 ... +100 –40 ... +85
Время задержки (ns) <10 20 22
Кол-во каналов 4 4 1
Корпус Широкий SOIC-16 Широкий SOIC-16 SOIC-8
Совместимость по выводам Да Да Нет

Каждый канал состоит из РЧ передатчика и приемника, разделенных трансформатором. Поступая на передатчик, входной сигнал модулирует несущую частоту радиодиапазона. В роли модулятора выступает РЧ осциллятор, который выдает уже промодулированный сигнал на первичную обмотку трансформатора. Приемник содержит демодулятор, который восстанавливает входной сигнал и передает его на выход через выходной драйвер. Если передается логическая 1, то 2.1-гигагерцовый модулятор формирует РЧ посылку, которая и проходит через изолирующий барьер. Если же передается логический 0, то посылка не формируется, таким образом, на выходе тоже оказывается логический 0. При этом максимальное изолирующее напряжение составляет 2500 В.

Сферы применения развязок

В качестве примеров схем приложений можно привести следующие:

  • развязка;
  • сопряжение логических уровней;
  • сопряжение контуров заземления.

Примеры конечных приложений:

  • AC/DC и DC/DC преобразователи;
  • системы управления двигателями;
  • плазменные ТВ;
  • сети Ethernet/CAN;
  • построение интерфейса оператора;
  • получение данных от изолированной аналоговой периферии;
  • UPS системы.
Сравнение технологии SiLabs с аналогами

Поскольку наиболее популярной технологией гальванической развязки является применение оптопар, то логичным будет начать сравнение с нее. Сразу можно выделить степень интеграции — оптопары в основном одноканальные, в то время как семейство Si844x способно объединять до 4-х изолирующих каналов в одном корпусе. Оптопары демонстрируют ограниченную скорость передачи данных (до 10 Mbps) и существенное время задержки (до 500 мкс). Время задержки довольно важный показатель, поскольку оно является причиной фазового сдвига, способного вызвать неустойчивость в системах с обратной связью. Применение оптопар требует внешних компонентов (диоды, конденсаторы, резисторы) и температурной компенсации. Но наиболее существенным моментом является то, что оптопары в своем принципе аналоговые. Поэтому, более прогрессивная технология, это использование цифровых развязок.

В качестве близкого аналога цифровых развязок Si844x выступает семейство ADuM компании Analog Devices. Можно отметить компанию NVE, которая использует GMR — гигантский магниторезистивный эффект. NVE также продала лицензию на эту технологию компании Agilent. TI выпускает одноканальные развязки, где в качестве основного рабочего элемента выступает конденсатор. Основные технические характеристики устройств разных производителей приведены в табл. 1.

Сравнивая микросхемы SiLabs с развязками ADI, следует отметить большую скорость передачи (150 Mbps против 100 Mbps), меньший ток питания (52 mA против 95 mA при скорости передачи 90 Mbps), более низкую стоимость. Кроме того, Si844x имеют расширенный температурный диапазон (до +125 °C). Семейство Si844x полностью совместимо по выводам с изделиями ADuM. Табл. 2 демонстрирует взаимозаменяемость компонентов этих двух производителей.

Таблица 2. Взаимозаменяемость компонентов ADuM и Si844x
Продукты Кол-во
каналов
Конфигурация
каналов
Напр.
пробоя (kV) *
Макс.
скорость
передачи,
5V (MBPS)
Макс.
время задержки,
5V (ns) *
Макс.
температура (°C) *
Макс.
ток
(mA @ 5V) *
Корпус
Analog Devices Silicon Labs
ADuM1100AR Si8410-A-IS 1 1/0 2.5 25 12 125 36 SOIC-8, узкий
ADuM1100BR Si8410-C-IS 1 1/0 2.5 150 12 125 52 SOIC-8, узкий
ADuM1100UR Si8410-C-IS 1 1/0 2.5 150 12 125 52 SOIC-8, узкий
ADuM1200AR Si-8420-A-IS 2 2/0 2.5 1 12 125 32 SOIC-8, узкий
ADuM1200BR Si8420-B-IS 2 2/0 2.5 10 12 125 36 SOIC-8, узкий
ADuM1200CR Si8420-C-IS 2 2/0 2.5 150 12 125 52 SOIC-8, узкий
ADuM1201AR Si8421-A-IS 2 1/1 2.5 1 12 125 32 SOIC-8, узкий
ADuM1201BR Si8421-B-IS 2 1/1 2.5 10 12 125 36 SOIC-8, узкий
ADuM1201CR Si8421-C-IS 2 1/1 2.5 150 12 125 52 SOIC-8, узкий
ADuM1210BRZ Si8421-B-IS 2 1/1 2.5 10 12 125 36 SOIC-8, узкий
ADuM1300ARW Si8430-A-IS 3 3/0 2.5 1 12 125 32 SOIC-16, широкий
ADuM1300BRW Si8430-B-IS 3 3/0 2.5 10 12 125 36 SOIC-16, широкий
ADuM1300CRW Si8430-C-IS 3 3/0 2.5 150 12 125 52 SOIC-16, широкий
ADuM1301ARW Si8431-A-IS 3 2/1 2.5 1 12 125 32 SOIC-16, широкий
ADuM1301BRW Si8431-B-IS 3 2/1 2.5 10 12 125 36 SOIC-16, широкий
ADuM1301CRW Si8431-C-IS 3 2/1 2.5 150 12 125 52 SOIC-16, широкий
ADuM1400ARW Si8440-A-IS 4 4/0 2.5 1 12 125 32 SOIC-16, широкий
ADuM1400BRW Si8440-B-IS 4 4/0 2.5 10 12 125 36 SOIC-16, широкий
ADuM1400CRW Si8440-C-IS 4 4/0 2.5 150 12 125 52 SOIC-16, широкий
ADuM1401ARW Si8441-A-IS 4 3/1 2.5 1 12 125 32 SOIC-16, широкий
ADuM1401BRW Si8441-B-IS 4 3/1 2.5 10 12 125 36 SOIC-16, широкий
ADuM1401CRW Si8441-C-IS 4 3/1 2.5 150 12 125 52 SOIC-16, широкий
ADuM1402ARW Si8442-A-IS 4 2/2 2.5 1 12 125 32 SOIC-16, широкий
ADuM1402BRW Si8442-B-IS 4 2/2 2.5 10 12 125 36 SOIC-16, широкий
ADuM1402CRW Si8442-C-IS 4 2/2 2.5 150 12 125 52 SOIC-16, широкий
* Характеристики цифровых развязок Silicon Laboratories

 

Заключение

Подводя итог, можно выделить основные черты, которые выгодно отличают семейство четырехканальных цифровых устройств SiLabs от существующих технологий гальванической развязки:

  • Скорость передачи. Максимальная скорость передачи данных составляет 150 Mbps, что на 50 % быстрее, чем у ближайшей подобной цифровой технологии, существующей на сегодня.
  • Наименьшее потребление. Потребление менее 12 mA при скорости передачи 100 Mbps.
  • Широчайший температурный диапазон. Все семейство Si844x способно работать при температурах от –40 до +125 °C.
  • Эффективная ценовая политика.

Более подробную информацию можно получить у дистрибьютора компании SiLabs в Украине — компании «Виаком».

Загрузить эту статью в формате pdf, 0.2 Mb >>




 
изготовление печатных плат | плис altera | микроконтроллеры atmel | магазин электронные компоненты | разъёмы amphenol | трансформаторы hahn | okw | tyco | vicor | marquardt | инструмент pro'skit