. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Co je a co nabízí iCoupler
3. června 2009 | Pandatron | Co je a co nabízí iCoupler | Komentářů: 2  

Co je a co nabízí iCoupler

Představení moderních obvodů iCoupler, popis jejich principu i základních vlastností. V závěru článku je poté uveden výsledek praktického měření přenosové charakteristiky vybraného obvodu.

Potřeba izolace signálů zatěžuje nejen měřící systémy, ale i různá obecná zařízení, komunikačními systémy počínaje a lékařskými přístroji konče. Nejčastější způsob izolace pomocí optočlenů však disponuje hned celou řadou problémů a těžkostí, se kterými je potřeba při návrhu počítat. V praxi to poté může vypadat tak, že vlastnosti, v nejednom případě i rozměry konečného zařízení z velké části ovlivňuje právě potřeba galvanického oddělení signálů, případně i napájecího napětí (např. pro měřící sondy a vstupní obvody).

Obvody označované jako iCouplery firmy Analog Devices představují, dalo by se říci, další vývojovou řadu optopřevodníků (optočlenů), přičemž signály jsou v nich přenášeny magnetickým polem. Ačkoliv jsou již na trhu delší dobu, jejich rozšířenost není vysoká a praktické nasazení v průmyslových aplikacích ještě menší.

Co je iCoupler:
Obvody iCoupler představují číslicovou náhradu dříve užívaných optopřevodníků. Jak představuje následující obrázek, iCoupler využívají na rozdíl od optočlenů (optocouplerů) vysokorychlostní CMOS technologii ve spojení s mikroskopickými transformátory, které jsou integrovány přímo na čipu.


Obr. 1: Princip přenosu dat obvodů rodiny iCoupler

Pro zajištění dobrých přenosových vlastností detekuje vstupní logika obvodu každou náběžnou a sestupnou hranu přiváděného signálu, které následně zakóduje do posloupnosti jednoduchých a dvojitých 1ns pulsů. Dva interní pulsy přitom odpovídají každé náběžné hraně a jeden puls hraně sestupné.
Tyto pulsy jsou poté vysílány horní mikroskopickou cívkou, ze které v podobě elektromagnetického pole prostupují izolační vrstvou do odpovídající spodní (přijímací) cívky. Následné obvody poté s minimálním zpožděním, zato však vysokou přesností a odolností provádějí nepřetržitou rekonstrukci celého vstupního signálu.


Obr. 2: Mnohonásobně zvětšený detail cívek

V praxi tedy není přenos signálů omezen žádnou spodní frekvencí a je-li to potřeba , je možné přenášet libovolně trvající logické úrovně. Navíc jsou obvody vybaveny interní logikou, zajišťující pravidelnou funkci refresh s intervalem 1us, která tak zajistí opakované pravidelné vyslání trvajícího vstupního stavu.

Jak bude ještě uvedeno dále, řada obvodů iCoupler nabízí kromě přenosu informace i izolovaný přenos napájecího napětí. Na výstupní straně je tak k dispozici například 3V3 či 5V / 100 mA, postačujících pro napájení i celé řady následných obvodů.

Pro zájemce je na následujícím obrázku uvedeno i základní blokové schéma obvodu ADuM1100:


Obr. 3: Blokové schéma obvodu ADuM1100

Obecné výhody iCoupler:
Mezi hlavní přednosti obvodů typu iCoupler patří nejen teplotní, časová a frekvenční stabilita. Hlavní předností obvodů je již uvedené číslicové rozhraní, umožňující snadné použití v jakékoliv aplikaci. Jak ukazuje následující obrázek, porovnávající způsob použití obvodů iCoupler a klasických optočlenů, pro svou funkci vyžadují tyto obvody pouze dva blokovací kondenzátory na napájecích pinech. Navíc je možné i jejich zpětné použití v již existujících aplikacích a to díky pinové kompatibilitě se základní řadou optočlenů.


Obr. 4: Srovnání použití iCoupler a optočlenů

Mezi další výhody obvodů iCoupler by se dala zařadit maximální přenosová rychlost. Ta začíná na hodnotě 0,5 Mbps a konkrétně u obvodů řady ADuM344x končí na hodnotě úctyhodných až 150 Mbps.

Naproti tomu izolační schopnosti obvodů jsou kvůli použití mikroskopických indukčností umístěných blízko u sebe poněkud menší, v porovnání například s klasickými optočleny. Většina obvodu řady iCoupler totiž nabízí izolaci v hodnotě max. 2,5kV, v omezených případech až do 5kV. I takové vlastnosti jsou však pro většinu aplikací naprosto dostačující.

I když by se to tak na první pohled nemuselo zdát, je další výhodou obvodů iCoupler i bezpečnost. Díky miniaturnímu provedení a poměrně vysoké rozhodovací úrovni interní logiky jsou obvody velice bezpečné proti rušení okolním magnetickým polem. Následující graf prezentuje potřebný minimální proud externí indukčností, umístěné v určité vzdálenosti od čipu, aby tato měla vliv na přenášená data.
Jak je z grafu patrné, při umístění indukčnosti ve vzdálenosti 5 mm od čipu obvodu by jí musel protékat proud větší než 500 A, aby vytvořila dostatečně silné magnetické pole pro ovlivnění přenášených dat.


Obr. 5: Odolnost proti vnějšímu magnetickému poli

Jako jedna z celé řady dalších výhod by se dala označit i prodejní cena obvodů, která začíná na zhruba 1 USD a končí zhruba na 5 USD za kus, dle konkrétního typu. V žádném případě se tedy nejedná o nedosažitelné součástky a jejich použití je možné i v jednoduchých, rozpočtově náročných zařízeních.

Obvody řady iCoupler:
V současné době je k dispozici široká nabídka různých provedení obvodů iCoupler, zastoupená zhruba 70 typy přehledně tříděných obvodů.

Základní dělení je možné podle počtu dostupných datových kanálů, přičemž k dispozici jsou provedení:

  • jednoduché (single)
  • dvojité (dual)
  • trojnásobné (triple)
  • čtyřnásobné (quad)

Dále jsou k dispozici obvody nabízející všechny základní kombinace směrů. Je tak možné získat jak čtyřnásobné obvody se dvěma kanály každým směrem, stejně jako čtyřnásobné obvody osahující tři kanály jedním směrem a pouze jediný opačně. Navíc jsou k dispozici obvody s klidovou úrovní v logickém stavu H i L, přesně podle požadavků konkrétní aplikace.


Obr. 6: Řada iCoupler obsahuje všechna základní provedení obvodů

Další dělení je možné na čistě digitální obvody a na obvody obsahující zároveň i přenos napájecího napětí. Takové obvody ve svém pouzdře obsahují jak samotnou logiku pro spínaný zdroj, tak i výkonový mikrotransformátor, doplněný o regulační zpětnou vazbu. Výstupem obvodu je poté 3,3 V nebo 5V se zatížitelností až 100 mA. Účinnost však kvůli takto miniaturnímu provedení není vysoká a typicky dosahuje hodnoty 35 %. Klidový odběr obvodu je poté zhruba 20 mA, při plném zatížení vystoupá až na 290 mA.


Obr. 7: Obvody vybavené izolovaným přenosem napájecího napětí

Poslední dělení je možné podle již zmíněné velikosti izolace. K dispozici jsou především typy nabízející izolaci velikosti 2,5 kV a 5 kV.

Následující tabulka přibližuje podrobnější dělení podle základních vlastností a dostupných funkcí již konkrétních obvodů.

Nabízené vlastnosti: Řady obvodů:
Vysokorychlostní čtyřnásobné oddělení (150 Mbps): ADuM344x
Výchozí logické úrovně s možností jejich programování: ADuM1210, ADuM131x, ADuM141x
Zvýšená odolnost EOS/ESD: ADuM3100, ADuM320x, ADuM330x, ADuM340x
Zabudovaný DC/DC konvertor: ADuM524x
Izolované gate drivery (IGBT/MOSFET): ADuM1233, ADuM1234
I2C: ADuM125x, ADuM225x
RS485: ADM2483, ADM2485, ADM2486, ADM2490E
modulátor: AD7400, AD7401

Následující videoklip vysvětluje funkci obvodů a praktickým způsobem demonstruje jejich použití:

Praktická zkušenost s obvody iCoupler:
Přesto že je ke každému obvodu iCoupler dostupný podrobný katalogový list popisující jejich vlastnosti, rozhodli jsme se praktickým měřením ověřit základní, zde uváděné hodnoty.

Ze staršího projektu nám zbyla řada obvodu ADuM1201ARZ, nabízející konfiguraci 1/1, přenosovou rychlost 25 Mbps, zpoždění signálu 150 ns a to vše při odběru do 5 mA při napájecím napětí 3,3 V.

Obvod byl tedy zapojen standardním způsobem na napájecí napětí 3,3 V a byl doplněn o dva 100n blokovací keramické kondenzátory velikosti 1206 pasující bez větších potíží přesně na napájecí piny. Vybraný výstup byl zatížen odporem s hodnotou 100 ohmů, což představuje zatížení zhruba 33mA a tedy 94 % maximální zatížitelnosti.

Praktickým měřením byl následně ověřen jak odebíraný proud, který zhruba souhlasil s katalogovými údaji, tak i zpoždění signálu. To by podle datasheetu nemělo překročit 150 ns, přičemž i při zmíněném téměř maximálním zatížením výstupního pinu bylo zhruba 80 ns.


Obr. 8: Reakce výstupu na vstupní změnu
 
Obr. 9: t
PLH = tPHL = 50 .. 150 ns

Závěr:
Obvody rodiny iCoupler tak představují velice zajímavou alternativu ke klasickým optočlenům. Nejen že nabízejí srovnatelné (v některých případech i lepší) vlastnosti, díky možnosti izolovaného přenosu napájecího napětí tak se svými miniaturními rozměry standardního pouzdra SOIC nabízejí i dříve netušené možnosti.

Zájemci o produkty využívající technologii iCoupler naleznou na webu výrobce nejen veškerou potřebnou dokumentaci, ale i řadu praktických informací a aplikačních poznámek. Návrháři poté jistě ocení i online aplikaci iCoupler Current Consumption Calculator, nabízející rychlý interaktivní výpočet proudů v závislosti na zadané přenosové rychlosti jednotlivých kanálů.


Obr. 10: iCoupler Current Consumption Calculator

Odkazy & Download:
Domovská stránka firmy Analog Devices
Přehled distributorů

Digital Isolators
ADUM1201: Dual-Channel Digital Isolator (1/1 Channel Directionality)
iCoupler® Digital Isolation - Unparalleled Performance and Integration







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře (2):

Zobrazit starší 30 dnů (2)...



Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
SDR-5+ HF receiver - All Mode Softwarový přijímač
Digitální softwarový přijímače SDR-5+ je již pátou generací špičkových produktů naší společnosti. Jedná se o All Mode Receiver s integrovaným generátorem, dvěma anténními vstupy a VCO vstupem s frekvenčním rozsahem 0 až 100 MHz.
Skladem od 2550 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007