數字隔離技術與電平轉換

DigitalIsolationTechnologyandElectricalLevelShift42014.20.27

主要內容數字隔離技術概述數字隔離技術分類數字隔離實例4123測試與結果45電平轉換技術電平標準介紹一、數字隔離技術概述數字隔離技術概述45

數字隔離技術常用于工業網絡環境的現場總線、軍用電子系統和航空航天電子設備中，尤其是一些應用環境比較惡劣的場合。數字隔離電路主要用于數字信號和開關量信號的傳輸。使用隔離電路的一個首要原因是為了消除噪聲。另一個重要原因是保護器件(或人)免受高電壓的危害。電磁兼容性（EMC）：設備或者系統在其電磁環境中能正常工作且不對該環境中的任何事物構成不能承受的電磁干擾的能力。光耦數字隔離技術概述數字隔離技術分類測試與結果45小結電平轉換技術TLP521：低速光耦，最大傳輸速率約200KHZ。采用砷化鎵發光二極管發出紅外光，當光敏二極管受到光線照射時導通，否則斷開。數字隔離技術概述數字隔離技術分類456N136/6N137:高速光耦，6N136最大傳輸速率1MHZ,6N137最大傳輸速率10MHZ數字隔離技術概述45

光耦是一種傳統隔離器，在各個領域有著廣泛的運用，也是傳統數字隔離的唯一合理選擇。但是隨著對數字隔離技術需求的發展，光耦的局限性逐漸顯露：功耗極高（相比其他隔離技術），傳輸速率低（通常低于1MHZ），LED老化。雖然存在效率更高和傳輸更快的光耦，但是成本很高。電感式隔離器測試與結果45小結電平轉換技術SI844X45ICOUPLER專利技術數字隔離技術概述45電容式隔離器數字隔離技術概述45電容式隔離器

采用差分信號傳輸的優點是可以抑制接收器的共模噪聲。共模抑制與耦合介質（對噪聲呈現高阻，對高頻信號呈現低阻）共同實現了瞬態干擾能力通過電路分析可以得知，100KHZ以下的噪聲將會被濾除，這是采用高頻信號經電容隔離傳輸的好處。

具有很強的抗電磁干擾能力（依靠電場的變化進行傳播）和瞬變電壓的能力。

電容式隔離器在體積、能量轉換和抗磁場干擾方面體現出很強的優勢。數字隔離技術概述45各類數字隔離器件對比數字隔離技術概述45數字隔離的實際應用45電平標準介紹1、TTL（Transistor-Transistor

Logic）5VVcc：5V；VOH>=2.4V；VOL<=0.5V；VIH>=2V；VIL<=0.8V3.3VLVCMOS：Vcc：3.3V；VOH>=2.4V；VOL<=0.4V；VIH>=2.0V；VIL<=0.8V2.5VLVCMOS：Vcc：2.5V；VOH>=2.0V；VOL<=0.2V；VIH>=1.7V；VIL<=0.7V2、CMOS邏輯：5VVcc：5V；VOH>=4.45V；VOL<=0.5V；VIH>=3.5V；VIL<=1.5V3.3VLVCMOS：Vcc：3.3V；VOH>=3.2V；VOL<=0.1V；VIH>=2.0V；VIL<=0.7V2.5VLVCMOS：Vcc：2.5V；VOH>=2V；VOL<=0.1V；VIH>=1.7V；VIL<=0.7V45電平標準介紹從上面可以看出:1)在同樣5V電源電壓情況下，COMS電路可以直接驅動TTL，因為CMOS的輸出高電平大于2.0V,輸出低電平小于0.8V；而TTL電路則不能直接驅動CMOS電路，TTL的輸出高電平為大于2.4V，如果落在2.4V～3.5V之間，則CMOS電路就不能檢測到高電平，低電平小于0.4V滿足要求，所以在TTL電路驅動COMS電路時需要加上拉電阻2)

3.3VCMOS可以直接驅動5V的TTL電路3)

74系列簡介：74系列可以說是我們平時接觸的最多的芯片，74系列中分為很多種，而我們平時用得最多的應該是以下幾種：74LS，74HC，74HCT這三種，這三種系列在電平方面的區別如下：74LS：TTL電平，74HC：COMS電平，74HCT：TTL電平和COMS電平45電平標準介紹

在設計高速數字系統時，傳統電平標準已經不適用如此高的傳輸速率，通常在解決芯片間的高速通信時，用到三種電平標準：PECL（PositiveEmitter-CoupledLogic）、LVDS（Low-VoltageDifferentialSignals）、CML（CurrentModeLogic）45電平標準介紹——PECLVCC可以是3.3V或5V45電平轉換方法介紹(4)

超限輸入降壓法

(5V→3.3V,

3.3V→1.8V,

...)

凡是允許輸入電平超過電源的邏輯器件，都可以用作降低電平。

這里的“超限”是指超過電源，許多較古老的器件都不允許輸入電壓超過電源，但越來越多的新器件取消了這個限制

(改變了輸入級保護電路)。

例如，74AHC/VHC

系列芯片，其

datasheets

明確注明“輸入電壓范圍為0~5.5V”，如果采用

3.3V

供電，就可以實現

5V→3.3V

電平轉換。

(5)

專用電平轉換芯片

最著名的就是

164245，不僅可以用作升壓/降壓，而且允許兩邊電源不同步。這是最通用的電平轉換方案，但是也是很昂貴的，約￥45/片，因此若非必要，最好用前兩個方案。

45電平轉換方法介紹(6)

電阻分壓法

最簡單的降低電平的方法。5V電平，經1.6k+3.3k電阻分壓，就是3.3V。

(7)

限流電阻法

如果嫌上面的兩個電阻太多，有時還可以只串聯一個限流電阻。某些芯片雖然