数字隔离技术

5 4
电平标准介绍
在设计高速数字系统时，传统电平标准已经不适用如 此高的传输速率，通常在解决芯片间的高速通信时，用到 三种电平标准：PECL（Positive Emitter-Coupled Logic）、 LVDS（Low-Voltage Differential Signals）、CML（Current Mode Logic）
5 4
电平转换方法介绍
(6) 电阻分压法 最简单的降低电平的方法。5V电平，经1.6k+3.3k电阻分压，就是3.3V。 (7) 限流电阻法 如果嫌上面的两个电阻太多，有时还可以只串联一个限流电阻。某些芯片虽 然原则上不允许输入电平超过电源，但只要串联一个限流电阻，保证输入保护 电流不超过极限(如 74HC 系列为 20mA)，仍然是安全的。 (8) 比较器法 一般不会使用，但的确是一种方法。
5 4
电平转换方法介绍
(4) 超限输入降压法 (5V→3.3V, 3.3V→1.8V, ...) 凡是允许输入电平超过电源的逻辑器件，都可以用作降低电平。 这里的“超限”是指超过电源，许多较古老的器件都不允许输入电压超过电 源，但越来越多的新器件取消了这个限制 (改变了输入级保护电路)。 例如，74AHC/VHC 系列芯片，其 datasheets 明确注明“输入电压范围为 0~5.5V”，如果采用 3.3V 供电，就可以实现 5V→3.3V 电平转换。 (5) 专用电平转换芯片 最著名的就是 164245，不仅可以用作升压/降压，而且允许两边电源不同步。 这是最通用的电平转换方案，但是也是很昂贵的，约￥45/片，因此若非必要， 最好用前两个方案。
5 4
电感式隔离器
SI844X
电平转换技术
5 4
小结 测试与结果
数字隔离技术概述
5 4
ICOUPLER专利技术
5 4
如果1ms左右没有检测到信号边缘，发送刷新脉冲信号给 数字隔离技术概述 变压器来保证直流的正确性 (直流校正功能)。如果输入为高电 平，就产生两个连续的短脉冲作为刷新脉冲，如果输入为低电 平，就产生单个短脉冲刷新。这对于上电状态和具有低数据速 率的输入波形或恒定的直流输入是很重要的。为了补充驱动器 端的刷新电路，在接收器端采用了一个监视定时器来保证在没 有检测到刷新脉冲时，输出处于一种故障安全状态。 优点：功耗低，比光耦低10-100倍 缺点：易受外部磁场（噪声）的干扰
5 4
小结 测试与结果
6N136/6N137:高速光耦，6N136最大传输速率1MHZ,6N137最 大传输速率10MHZ
ຫໍສະໝຸດ Baidu
数字隔离技术概述 数字隔离技术分类
5 4
光耦是一种传统隔离器，在各个领域有着广泛的运用，也 数字隔离技术概述 是传统数字隔离的唯一合理选择。但是随着对数字隔离技术需 求的发展，光耦的局限性逐渐显露：功耗极高（相比其他隔离 技术），传输速率低（通常低于1MHZ），LED老化。虽然存 在效率更高和传输更快的光耦，但是成本很高。
5 4
各类数字隔离器件对比
数字隔离技术概述
5 4
数字隔离的实际应用
数字隔离技术概述
5 4
电平标准介绍
1 TTL Transistor-Transistor Logic 5V Vcc 5V VOH>=2.4V VOL<=0.5V VIH>=2V VIL<=0.8V 3.3V LVCMOS Vcc 3.3V VOH>=2.4V VOL<=0.4V VIH>=2.0V VIL<=0.8V 2.5V LVCMOS Vcc 2.5V VOH>=2.0V VOL<=0.2V VIH>=1.7V VIL<=0.7V 2 CMOS 5V Vcc 5V VOH>=4.45V VOL<=0.5V VIH>=3.5V VIL<=1.5V 3.3V LVCMOS Vcc 3.3V VOH>=3.2V VOL<=0.1V VIH>=2.0V VIL<=0.7V 2.5V LVCMOS5 4 Vcc 2.5V VOH>=2V VOL<=0.1V VIH>=1.7V VIL<=0.7V
5 4
利用6N137的OC输出特性做5-3.3V电平转换
数字隔离技术概述 数字隔离技术分类
电平转换技术
5 4
小结 测试与结果
电平转换的连接方法
5 4
开关量检测
5 4
谢谢！
5 4
数字隔离技术与电平转换
Digital Isolation Technology and Electrical Level Shift
讲授人： 江文亮 080312010024 2014.20.27
主要内容
1
数字隔离技术概述 数字隔离技术分类 数字隔离实例 电平标准介绍
2
3
4
5 4
电平转换技术 测试与结果
2) 3.3VCMOS可以直接驱动5V的TTL电路
3) 74系列简介：74系列可以说是我们平时接触的最多的芯片，74系列 中分为很多种，而我们平时用得最多的应该是以下几种：74LS，74HC， 74HCT这三种，这三种系列在电平方面的区别如下：74LS：TTL电平， 74HC：COMS 电平，74HCT：TTL电平和COMS电平 5 4
5 4
电平标准介绍——PECL
VCC可以是3.3V或5V
5 4
电平转换方法介绍
(1) 晶体管+上拉电阻法 就是一个双极型三极管或 MOSFET，C/D极接一个上拉电阻到正电源，输入 电平很灵活，输出电平大致就是正电源电平。 (2) OC/OD 器件+上拉电阻法 跟 1) 类似。适用于器件输出刚好为 OC/OD 的场合。 (3) 74xHCT系列芯片升压 (3.3V→5V) 凡是输入与 5V TTL 电平兼容的 5V CMOS 器件都可以用作 3.3V→5V 电平转 换。 这是由于 3.3V CMOS 的电平刚好和5V TTL电平兼容（巧合）而 CMOS 的 输出电平总是接近电源电平的。 廉价的选择如 74xHCT(HCT/AHCT/VHCT/AHCT1G/VHCT1G/...) 系列 (那 个字母 T 就表示 TTL 兼容)。
一、数字隔离技术概述
数字隔离技术常用于工业网络环境的现场总线、 数字隔离技术概述 军用电子系统和航空航天电子设备中，尤其是一些 应用环境比较恶劣的场合。数字隔离电路主要用于 数字信号和开关量信号的传输。使用隔离电路的一 个首要原因是为了消除噪声。另一个重要原因是保 护器件(或人)免受高电压的危害。 电磁兼容性（EMC）：设备或者系统在其电磁环 境中能正常工作且不对该环境中的任何事物构成不 能承受的电磁干扰的能力。 5 4
5 4
电容式隔离器
数字隔离技术概述
5 4
电容式隔离器
5 4
电容式隔离器
采用差分信号传输的优点是可以抑制接收器的共模噪声。共模 数字隔离技术概述 抑制与耦合介质（对噪声呈现高阻，对高频信号呈现低阻）共同实 现了瞬态干扰能力 通过电路分析可以得知，100KHZ以下的噪声将会被滤除，这 是采用高频信号经电容隔离传输的好处。 具有很强的抗电磁干扰能力（依靠电场的变化进行传播）和瞬 变电压的能力。 电容式隔离器在体积、能量转换和抗磁场干扰方面体现出很强 的优势。
电平标准介绍
从上面可以看出: 1)在同样5V电源电压情况下，COMS电路可以直接驱动TTL，因为 CMOS的输出高电平大于2.0V,输出低电平小于0.8V；而TTL电路则不能 直接驱动CMOS电路，TTL的输出高电平为大于2.4V，如果落在2.4V～ 3.5V之间，则CMOS电路就不能检测到高电平，低电平小于0.4V满足要 求，所以在TTL电路驱动COMS电路时需要加上拉电阻
二、数字隔离技术分类
数字隔离电路主要分为（按生产工艺、电气 数字隔离技术概述 结构和传输原理划分）：
光电隔离器（光耦）
电感式隔离器（磁耦，数字隔离器）
电容隔离器（数字隔离器） 电平转换技术
5 4
测试与结果
光耦
数字隔离技术概述 数字隔离技术分类
电平转换技术
TLP521：低速光耦，最大传输速率约200KHZ。采用砷化镓发光二 极管发出红外光，当光敏二极管受到光线照射时导通，否则断开。
电平标准介绍
1）TTL电路是电流控制器件，而CMOS电路是电压控制器件。 2）TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。 CMOS电路的速度慢，传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低。 CMOS电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有关，频率越高，芯片集 越热，这是正常现象。 3）CMOS电路是电压控制器件，输入电阻极大，对于干扰信号十分敏 感，因此不用的输入端不应开路，接到地或者电源上。 4）COMS电路的锁定效应： COMS电路由于输入太大的电流，内部的电流急剧增大，除非切断 电源，电流一直在增大。这种效应就是锁定效应。当产生锁定效应时， COMS的内部电流能达到40mA以上，很容易烧毁芯片。