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作者：Keith Bennett，ADI系統應用工程師 摘要 ADI公司的集成RS-485隔離型收發(fā)器產(chǎn)品組合提供良好的靈活性和性能，能夠滿(mǎn)足頗具挑戰性的系統設計要求，與光耦合器方法相比具有明顯的優(yōu)勢。 要在RS-485節點(diǎn)中實(shí)現出色的隔離信號和電源配置，就必須要有效應對小尺寸、低功耗、數據速率、EMI和物料成本等系統要求帶來(lái)的設計挑戰。光耦合器等傳統的分立式解決方案存在失效壽命方面的問(wèn)題，而且光耦合器技術(shù)本身的物理特性決定了每通道隔離的功耗較高，業(yè)界就這些問(wèn)題已有詳細論述。此外，光耦合器技術(shù)的成本會(huì )隨著(zhù)數據速率提高而大幅度提高，制造復雜度也會(huì )隨著(zhù)器件數量增加而提高。分立式隔離DC/DC轉換器的實(shí)現需要設計人員具備變壓器設計知識，能夠將隔離DC/DC轉換器的其他電源器件與變壓器匹配。設計易受這些器件相關(guān)的寄生電阻、電感和電容影響。幸運的是，如今有了新型高集成度隔離型收發(fā)器解決方案，能夠解決這些設計挑戰。 過(guò)去七年來(lái)，ADI公司開(kāi)發(fā)出了一系列創(chuàng )新的集成式隔離RS-485收發(fā)器，它們集ADI公司的先進(jìn)RS-485接口技術(shù)與iCoupler數字信號隔離技術(shù)于一體，最近還結合了ADI公司的isoPower隔離式DC/DC轉換器技術(shù)。這些隔離型收發(fā)器產(chǎn)品設計用于惡劣環(huán)境下的眾多應用，例如：工業(yè)自動(dòng)化、太陽(yáng)能和風(fēng)能、儀器儀表、電力線(xiàn)監控等。使用該系列產(chǎn)品的工業(yè)通信協(xié)議包括PROFIBUS、Interbus、Modbus、BacNet等。 該系列集成式隔離RS-485/RS-422收發(fā)器根據電源鏈的系統分割，尤其是隔離總線(xiàn)側電壓源，為設計人員提供優(yōu)異的集成解決方案選擇。 針對隔離RS-485節點(diǎn)的電源鏈分割，ADI公司大致提供三類(lèi)解決方案： ► 完全集成的信號和電源隔離RS-485/RS-422解決方案 ► 集成信號隔離和集成變壓器驅動(dòng)器（集成部分電源鏈） ► 支持靈活選擇總線(xiàn)側電壓源的信號隔離式RS-485/RS-422收發(fā)器 
圖1.典型的RS-483/RS-422隔離 圖1顯示了ADI公司ADM2867E的緊湊配置，它是一款集成式信號和電源隔離RS-485收發(fā)器。得益于A(yíng)DI公司的iCoupler和isoPower隔離技術(shù)，二者的結合使這款產(chǎn)品兼具超強集成度和性能表現，比傳統解決方案更易使用、尺寸更小，相同RS-485負載所需的輸入功率更低。ADM2867E/ADM2582E信號和電源隔離RS-485收發(fā)器采用20引腳寬體SOIC封裝，尺寸十分小巧。此外還是兼容大規模表貼制造技術(shù)的集成式信號和電源隔離RS-485/RS-422收發(fā)器。對于設計時(shí)間緊迫、設計尺寸受限的客戶(hù)，這些產(chǎn)品堪稱(chēng)理想之選。 2007年，ADI公司推出了PROFIBUS兼容信號隔離RS-485收發(fā)器ADM2485，該器件靈活小巧，集成了變壓器驅動(dòng)器，并采用16引腳寬體SOIC封裝。ADM2485是ADI公司提供的集成變壓器驅動(dòng)器功能的三款隔離式RS-485收發(fā)器中的一款。圖2顯示ADM2485驅動(dòng)變壓器的主面，向總線(xiàn)側電路輸送隔離電源。
圖2.帶電源的RS-485/RS-422隔離
圖3.帶電源和外部開(kāi)/關(guān)功能的RS-485/RS-422隔離 圖2所示的配置具有很高的效率，5 V輸入電源下的典型效率為81%，適合具有嚴格溫度限制的設計。外部變壓器支持DC/DC轉換器以500 kHz頻率工作，這為輻射要求非�？量痰脑O計人員提供了一種低EMI解決方案。對于系統設計人員，圖1和圖2所示解決方案的主要區別在于：前者尺寸更小、易于使用，后者則提供更高的效率和頻率更低的輻射頻譜。 在典型的可編程邏輯控制器設計中，I/O和通信端口需要多種多樣的隔離電源。這就要求定制電源，從同一變壓器線(xiàn)圈產(chǎn)生多個(gè)隔離電源，如±15 V、5 V和3.3 V電源。這種情況下，比較經(jīng)濟的選擇是僅集成信號隔離的隔離式RS-485收發(fā)器，例如隔離式PROFIBUS兼容型RS-485收發(fā)器ADM2486，從而既能靈活地選擇現有5 V或3.3 V隔離電源，也能利用變壓器上的單獨繞組來(lái)產(chǎn)生總線(xiàn)側隔離電壓。圖3所示為一個(gè)簡(jiǎn)化的分立DC/DC轉換器，它說(shuō)明了這種配置如何配合ADM2486收發(fā)器使用。 ADI公司的隔離式RS-485/RS-422收發(fā)器系列產(chǎn)品還提供高達20 Mbps的多種數據速率，一條總線(xiàn)上可連接多達256個(gè)節點(diǎn)，并提供半雙工和全雙工工作模式。此外，這些集成式隔離RS-485收發(fā)器全都通過(guò)UL和VDE認證，CSA認證可應要求提供。此外還均經(jīng)過(guò)100％生產(chǎn)測試，具體測試電壓因隔離產(chǎn)品的不同而有所差異，最高達到了6800 V rms。 ADI公司的集成式RS-485隔離型收發(fā)器產(chǎn)品組合提供良好的靈活性和性能，能夠滿(mǎn)足系統設計要求，與光耦合器方法相比具有許多優(yōu)勢。iCoupler變壓器技術(shù)自2001年投入量產(chǎn)，出貨量已超過(guò)40億通道，其可靠性毋庸置疑。iCoupler的使用壽命超過(guò)50年，不存在傳統的損耗問(wèn)題，而這一點(diǎn)正是光耦隔離技術(shù)的根本缺陷。 欲了解有關(guān)ADI公司隔離式RS-485/RS-422產(chǎn)品組合的更多信息，請訪(fǎng)問(wèn)analog.com/rs485。 關(guān)于作者 Keith Bennett是接口和隔離技術(shù)部門(mén)的系統應用工程師，負責幫助設計ADI公司未來(lái)的隔離電源產(chǎn)品架構。Keith于1988年獲得美國威德恩大學(xué)電氣工程學(xué)士學(xué)位。同年，他加入Allied Signal Aerospace，從事混合微電子和高頻開(kāi)關(guān)轉換器方面的工作。1991年，他搬到佛蒙特州，為Dynapower Corporation設計定制電源轉換設備。曾服務(wù)于電化學(xué)、電池化成和粒子物理應用等行業(yè)。Keith于2003年加入凌力爾特（現在已成為ADI的一部分）。隨后，他擔任接口產(chǎn)品部門(mén)的應用工程師和設計工程師，并在建立隔離式μModule®產(chǎn)品線(xiàn)過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。聯(lián)系方式：keith.bennett@analog.com。 |
