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时间:2020-1-16, 来源:互联网, 文章类别:元器件知识库

特征

5kV rms隔离RS-485/RS-422收发器,可配置为;半双工或全双工;等功率集成隔离dc-dc变换器;RS-485输入/输出引脚的ESD保护;符合ANSI/TIA/EIA-485-A-98和ISO 8482-1987(E);数据速率:16 Mbps(ADM2682E)、500 kbps(ADM2687E);5 V或3.3 V操作;在一条总线上最多连接256个节点;开路和短路,故障保护接收器输入;高共模瞬态抗扰度:>25kv/m;热停堆保护;安全和监管批准;UL认可;每UL 1577一分钟5000 V rms;CSA部件验收单-35;5A(待定);IEC 60601-1:400 V rms(基本),250 V rms(加强);IEC 60950-1:600 V rms(基本),380 V rms(加强);VDE合格证书;德国工业标准V VDE V 0884-10(VDE V 0884-10):2006-12;VIORM=846V峰值;工作温度范围:40oC至85oC;16引线宽体SOIC,爬电和间隙大于8 mm。

应用

隔离的RS-485/RS-422接口;工业现场网络;多点数据传输系统。

一般说明

ADM2682E/ADM2687E完全集成了5千伏rms信号和带有±15千伏静电放电保护的功率隔离数据收发器,适用于多点传输线上的高速通信。ADM2682E/ADM2687E包括集成的5千伏rms隔离直流-直流电源,无需外部直流-直流隔离块。它们设计用于平衡传输线,并符合ANSI/TIA/EIA-485-A-98和ISO 8482:1987(E)的要求。

这些设备集成了Analog devices,Inc.,iCoupler®技术,将一个3通道隔离器、一个三态差分线路驱动器、一个差分输入接收器和模拟设备isoPower®dc-dc转换器组合成一个单独的封装。该装置由单一的5v或3.3v电源供电,实现了完全集成的信号和电源隔离的RS-485解决方案。

ADM2682E/ADM2687E驱动程序具有活动的高启用。还提供有源低接收器使能,这使得接收器输出在禁用时进入高阻抗状态。这些设备具有限流和热关机功能,以防止输出短路和总线争用可能导致过度功耗的情况。这些部件在工业温度范围内完全指定,可在高度集成的16引线宽体SOIC封装中使用,爬电和间隙大于8 mm。

ADM2682E/ADM2687E包含使用高频开关元件通过变压器传输功率的等功率技术。在印刷电路板(PCB)布局过程中必须特别小心,以满足排放标准。有关电路板布局注意事项的详细信息,请参阅AN-0971应用说明,用等功率设备控制辐射发射。

典型性能特征

测试电路

开关特性

电路说明

信号隔离

ADM2682E/ADM2687E信号隔离为5kV rms,在接口的逻辑端实现。该部分通过具有数字隔离部分和收发器部分来实现信号隔离(参见图1)。应用于TxD和DE引脚并参考逻辑接地(GND)的数据通过隔离屏障耦合,以出现在参考隔离接地(GND)的收发器部分。类似地,参考收发器部分中的隔离接地的单端接收器输出信号耦合穿过隔离屏障以出现在参考逻辑接地的RxD管脚处。

电源隔离

ADM2682E/ADM2687E采用等功率集成隔离dc-dc变换器实现了5kV rms的功率隔离。ADM2682E/ADM2687E的直流-直流转换器部分工作原理与大多数现代电源设备相同。它是一种具有隔离脉冲宽度调制(PWM)反馈的二次侧控制器结构。为振荡电路提供V电源,振荡电路将电流转换成芯片级空心变压器。传输至二次侧的功率被整流并调节至3.3 V。二次侧(VISO)控制器通过创建由专用ICouper(5 kV rms信号隔离)数据通道发送至一次侧(VCC)的PWM控制信号来调节输出。PWM调制振荡器电路,以控制发送到二次侧的功率。反馈可以显著提高功率和效率。

真值表

本节中的真值表使用表11中的缩写。

热关机

ADM2682E/ADM2687E包含热关机电路,可在故障情况下防止部件过度功耗。将驱动器输出短路到低阻抗源可能导致高驱动器电流。在这种情况下,热传感电路检测模具温度的升高,并禁用驱动器输出。此电路设计用于在模具温度达到150°C时禁用驱动器输出。随着设备冷却,驱动器将在140°C的温度下重新启用。

开路和短路,故障保护接收器输入

接收器输入具有开路和短路、故障保护功能,确保输入开路或短路时接收器输出高。在线路空闲条件下,当总线上没有驱动器被启用时,接收器输入端的端接电阻上的电压衰减到0V。使用传统收发器,在-200 mV和+200 mV之间指定的接收器输入阈值意味着A和B引脚上需要外部偏置电阻,以确保接收器输出处于已知状态。短路、故障保护接收器输入特性通过指定接收器输入阈值在-30 mV和-200 mV之间,消除了对偏置电阻的需要。保证负阈值意味着当A和B之间的电压衰减到0v时,接收机输出保证为高。

直流正确性和磁场抗扰度

数字信号通过隔离栅通过ICouper技术传输。这种技术使用芯片级变压器绕组将数字信号从隔离栅的一侧磁耦合到另一侧。数字输入被编码成能够激励主变压器绕组的波形。在二次绕组处,感应波形被解码成最初传输的二进制值。

隔离器输入端的正负逻辑转换导致窄脉冲(约1ns)通过变压器发送到解码器。解码器是双稳态的,因此可以通过脉冲进行设置或重置,指示输入逻辑转换。在输入端没有超过1μs的逻辑转换的情况下,发送指示正确输入状态的周期性刷新脉冲组,以确保输出端的dc正确性。如果解码器不接收大于约5μs的内部脉冲,则假定输入端为无电源或无功能,在这种情况下,隔离器输出被看门狗定时器电路强制为默认状态。

这种情况应仅在ADM2682E/ADM2687E设备通电和断电操作期间发生。ADM2682E/ADM2687E磁场抗扰度的限制是由变压器接收线圈中的感应电压足够大以错误设置或重置解码器的条件设置的。以下分析定义了发生这种情况的条件。

检查ADM2682E/ADM2687E的3.3V工作条件,因为它代表最易受影响的工作模式。变压器输出处的脉冲振幅大于1.0v。解码器的感应阈值约为0.5v,从而建立了0.5v的裕度,在该裕度中可以容忍感应电压。通过接收线圈感应的电压由:

其中:β是磁通密度(高斯)。N是接收线圈的匝数。rn是接收线圈第n圈的半径(cm)。

考虑到在ADM2682E/ADM268E中的接收线圈的几何结构,并且在解码器中施加的感应电压至多是0.5 V余量的50%,最大允许磁场被计算,如图39所示。

例如,在1 MHz的磁场频率下,0.2千高斯的最大允许磁场在接收线圈上感应出0.25伏的电压。这大约是感应阈值的50%,不会导致错误的输出转换。类似地,如果这样的事件发生在发送脉冲期间(并且具有最坏的极性),则它将接收脉冲从>1.0v降低到0.75v,这仍然远远高于解码器的0.5v感测阈值。

上述磁通密度值对应于距离ADM2682E/ADM2687E变压器给定距离处的特定电流幅值。图40将这些允许的电流幅值表示为选定距离的频率函数。如图40所示,ADM2682E/ADM2687E具有极强的免疫性,并且只能受到在非常靠近组件的高频下工作的极大电流的影响。对于1 MHz示例,必须将0.5 kA电流置于距离ADM2682E/ADM2687E 5 mm的位置,以影响组件操作。

ADM2682E/ADM2687E指出,在强磁场和高频的组合下,由PCB线路形成的任何环路都会产生足够大的错误电压,从而触发后续电路的阈值。注意这些痕迹的布局以避免这种可能性。

应用程序信息

印刷电路板布局

ADM2682E/ADM2687E隔离RS-422/RS-485收发器包含一个等功率集成dc-dc转换器,逻辑接口无需外部接口电路。输入和输出电源引脚处需要电源旁路(见图41)。ADM2682E/ADM2687E的电源部分使用180兆赫的振荡器频率,以有效地将电源通过其芯片级变压器。此外,iCoupler数据部分的正常工作会在电源引脚上引入开关瞬态。

几个工作频率需要旁路电容器。噪声抑制需要一个低电感、高频电容器,而纹波抑制和适当的调节则需要一个大值电容器。这些电容器连接在VCC的引脚1(GND)和引脚2(VCC)以及引脚7(VCC)和引脚8(GND1)之间。VISOIN和VISOOUT电容器连接在引脚9(GND2)和引脚10(VISOOUT)以及引脚15(VISOIN)和引脚16(GND2)之间。为了抑制噪声和减少纹波,至少需要两个电容器的并联组合,两个电容器中较小的一个位于离器件最近的位置。对于VISOOUT在针脚9和针脚10处,VCC在针脚7和针脚8处。对于针脚15和针脚16处的VISOIN以及针脚1和针脚2处的VCC,建议使用0.01μF和0.1μF的电容值。推荐的最佳实践是使用一个非常低电感陶瓷电容器,或其等效物,为较小的价值电容器。电容器两端与输入电源引脚之间的导线总长度不应超过10 mm。

在涉及高共模瞬态的应用中,确保隔震屏障上的板耦合最小化。此外,设计电路板布局,使任何发生的耦合同样影响给定组件侧的所有管脚。未能确保这可能导致引脚之间的电压差超过设备的绝对最大额定值,从而导致闩锁和/或永久性损坏。

ADM2682E/ADM268E在满负荷时消耗大约675兆瓦的功率。因为不可能将散热器应用到隔离设备上,所以这些设备主要依赖于通过GND引脚向PCB散热。如果设备在高环境温度下使用,请提供从接地引脚到PCB接地平面的热路径。图41中的电路板布局显示了针1、针8、针9和针16的放大焊盘。实现从焊盘到地平面的多个通孔,显著降低芯片内部的温度。膨胀垫的尺寸由设计师决定,并取决于可用的板空间。

电磁干扰考虑因素

ADM2682E/ADM2687E组件的直流-直流转换器部分必须在非常高的频率下工作,以便通过小型变压器进行有效的功率传输。这会产生高频电流,这些电流可以在电路板接地平面和电源平面中传播,导致边缘和偶极子辐射。对于使用这些设备的应用程序,建议使用接地机柜。如果不可能接地外壳,则在PCB的布局中应遵循良好的射频设计实践。有关更多信息,请参阅AN-0971应用说明,使用等功率设备控制辐射发射。

绝缘寿命

在足够长的时间内,当受到电压应力时,所有的绝缘结构最终都会崩溃。绝缘劣化率取决于施加在绝缘上的电压波形的特性。模拟设备进行一系列广泛的评估,以确定ADM2682E/ADM2687E中绝缘结构的寿命。

使用高于额定连续工作电压的电压水平进行加速寿命试验。确定了几种工作条件下的加速系数,从而可以计算出相关工作电压下的故障时间。表9所示数值总结了在几种运行条件下50年使用寿命的峰值电压。在许多情况下,机构测试认可的工作电压高于50年使用寿命电压。在高于所列使用寿命电压的工作电压下工作会导致过早的绝缘失效。

ADM2682E/ADM2687E的绝缘寿命取决于施加在隔离栅上的电压波形类型。根据波形是双极交流电、单极交流电还是直流电,I耦合器的绝缘结构会以不同的速率退化。图42、图43和图44说明了这些不同的隔离电压波形。

双极性交流电压是最苛刻的环境。双极交流条件下50年的运行寿命决定了模拟器件推荐的最大工作电压。

在单极交流或直流电压的情况下,绝缘上的应力显著降低。这允许在更高的工作电压下工作,同时仍能达到50年的使用寿命。只要电压符合单极交流或直流电压情况,表9中列出的工作电压可在保持50年最低寿命的同时施加。任何不符合图43或图44的交叉绝缘电压波形应视为双极交流波形,其峰值电压应限制在表9所列的50年寿命电压值内。

隔离供电注意事项

集成等功率直流至直流隔离电源的典型输出电压为3.3 V。当设备的连接温度保持在130°C以下时,ADM2682E/ADM2687E中的隔离电源通常能够提供55毫安的电流。这包括内部RS-485电路所需的电流,通常,VISOOUT上没有用于外部应用的附加电流。

典型应用

ADM2682E/ADM2687E用于全双工RS-485节点的示例应用如图45的电路图所示。有关此电路图中所示电容器的建议位置,请参阅PCB布局部分。R端接电阻器的位置取决于节点的位置和网络配置。有关终止指南,请参阅AN-960应用说明。TRS-485/RS-422电路实施指南图46和图47显示了半双工和全双工RS-485网络配置中的ADM2682E/ADM2687E。最多可将256个收发器连接到RS-485总线。为了尽量减少反射,在接收端以其特性阻抗终止线路,并使短截线尽可能短。对于半双工操作,这意味着线路的两端必须终止,因为任何一端都可以是接收端。

外形尺寸








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