Страница 297 из 436
ЦИФРОВЫЕ ИЗОЛЯТОРЫ ADuM1100A/ADuM1100B
• Напряжение питания +5 В/+3.3 В
• Допустимое напряжение между входом и выходом 2500 В
• Максимальная скорость данных 25 MBd (ADuM1100A)
• Максимальная скорость данных 100 MBd (ADuM1100B)
• Максимальная задержка на прохождение 10 нс
• Типичное время нарастания/спада 2 нс
• Совместимость по выводам с наиболее популярными оптопарами
Рис. 10.28
Микросхемы цифровых изоляторов семейства AD260/AD261 могут пропускать пять цифровых сигналов от/к высокоскоростным процессорам обработки сигналов (DSP), микроконтроллерам или микропроцессорам. Микросхема AD260, кроме того, содержит 1.5-ваттный трансформатор для внешней схемы преобразования постоянного тока; изоляция трансформатора рассчитана на 3.5 кВ.
Каждая канал AD260 может передавать цифровые сигналы с частотой до 20 МГц (40 MBd) с задержкой распространения всего 14 нс, что обеспечивает очень высокую скорость передачи данных. Симметрия выходных импульсов обеспечивается в пределах ±1 нс относительно входных, так что ИС AD260 может быть использована для изоляции сигнала широтно-импульсного модулятора (ITТИМ).
Упрощенная схема одного канала ИС AD260/AD261 показана на рис. 10.29.
Входной сигнал проходит через триггер Шмитта, через D-триггер ("защелку") и специальную преобразующую схему, которая дифференцирует фронты цифрового входного сигнала и управляет первичной обмоткой соответствующего трансформатора сигналом "установить высокий/установить низкий". Вторичная обмотка изолирующего трансформатора управляет приемником с помощью того же сигнала "установить высокий/установить низкий", а приемник восстанавливает исходную форму логического сигнала. Внутренняя схема опрашивает все входы приблизительно каждые 5 мкс и при отсутствии изменений логических уровней передает соответствующие сигналы "установить высокий/установить низкий" через интерфейс. Таким образом, время восстановления из состояния сбоя или при включении питания составляет 5-10 мкс.
Трансформатор питания (присутствующий в ИС AD260) спроектирован для работы на частотах 150–250 кГц и без труда обеспечивает изолированное питание мощностью более 1 Вт при подключении к мостовой схеме (работающей при напряжении питания 5 В) на стороне передатчика. Различные отводы трансформатора, выпрямитель и схемы стабилизаторов обеспечивают комбинацию напряжений ±5, 15, 24 В или даже 30 В и выше. Если трансформатор управляется 5-вольтовой мостовой схемой с низким падением напряжения, то на всей вторичной обмотке размах напряжения будет составлять 37 В от пика до пика.
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦИФРОВЫХ ИЗОЛЯТОРОВ AD260/AD261
• Изоляция испытана на напряжение 3500 В (AD260B/AD261B)
• 5 изолированных цифровых линий в 6 конфигурациях входов/выходов
• Частота логического сигнала: 20 МГц макс
• Скорость передачи данных: 40 MBd макс
• Изолированный трансформатор питания: 37 в р-р, 1.5 Вт (AD260)
• Симметрия волны при передаче сигнала: ±1 не
• Задержка распространения: 14 нс
• Время нарастания/спада меньше 5 нс
Рис 10.30
Снижение шумов и фильтрация напряжения источника питания
Уолт Джанг, Уолт Кестер, Билл Честнат
Прецизионные аналоговые схемы обычно питаются от источника с хорошим линейным стабилизатором с низким уровнем шума. Однако за последние 10 лет в электронных схемах стали гораздо чаще использоваться импульсные источники (ИИП), и как следствие, они стали использоваться также для питания аналоговых схем. Причины их популярности — высокий КПД, малое повышение температуры, небольшой размер и вес.
Несмотря на эти преимущества, ИИП имеют отрицательные стороны, и самое главное — большой уровень помех на выходе. Эти помехи обычно занимают широкую полосу частот, проявляются в проводимых и излучаемых шумах, а также в нежелательных электрических и магнитных полях. Напряжение выходного шума ИИП представляет собой короткие импульсы или пики напряжения. Хотя значение частоты переключения лежит в пределах 20 кГц-1 МГц, выбросы могут содержать частотные компоненты, достигающие 100 МГц и выше. В спецификации на ИИП обычно указано значение среднеквадратичного напряжения шума, но как потребитель вы должны также знать амплитуду выбросов при определенной нагрузке, соответствующей вашей системе.
В данной главе рассматриваются приемы фильтрации постоянного напряжения со сравнительно небольшими потерями для доведения качества напряжения на выходе ИИП до уровня пригодного для аналоговых устройств, то есть достаточно "тихого" для прецизионных аналоговых схем. Рассмотренные схемные решения фильтров обычно подходят для всех типов источников питания, использующих импульсные элементы в тракте питания. Это относится и к различным преобразователям постоянного напряжения (DC-DC), и к распространенным источникам питания на напряжение 5 В (компьютерным).
Чтобы понять, как шум источника питания действует на аналоговые схемы и системы, необходимо понимание процессов электромагнитного взаимодействия. В каждом случае, связанном с помехами, имеется свой источник, путь и место воздействия (Приложение 1). В целом, существуют 3 метода борьбы с помехами. Во-первых, излучение источника может быть уменьшено с помощью надлежащей разводки, управления временем нарастания импульса, фильтрации и грамотного заземления. Во-вторых, пути проведения и излучения должны быть устранены посредством физического разделения и экранирования. В-третьих, помехоустойчивость объекта воздействия может быть улучшена благодаря фильтрации сигналов и напряжения питания, контролю уровня импеданса, балансу импеданса и использованию дифференциальных технологий для подавления нежелательных синфазных сигналов. Этот раздел посвящен уменьшению уровня шума питания посредством внешних дополнительных фильтров.
Средства, применяемые для борьбы с высокочастотными шумами ПИП, перечислены на рис. 10.31. Они различаются по электрическим характеристикам, а также по их эффективности по части уменьшения шума, и перечислены приблизительно в порядке предпочтения. Из этих средств катушки индуктивности и конденсаторы и являются наиболее действенными фильтрующими элементами, они наиболее выгодны по соотношению цена/эффективность, а также невелики по размеру.
СРЕДСТВА ПОНИЖЕНИЯ ШУМА ИМПУЛЬСНОГО СТАБИЛИЗАТОРА
• Конденсаторы
• Катушки индуктивности
• Дроссели с ферритовыми бусинами
• Резисторы
• Линейный пост-стабилизатор
• Надлежащее размещение и заземление
• Физическое разделение с чувствительными аналоговыми схемами
Рис 10.31
Конденсаторы, пожалуй, самые важные компоненты фильтра для ИИП. Существует много различных типов конденсаторов, и совершенно необходимо разбираться во всех их характеристиках для того, чтобы сконструировать на практике хороший фильтр питания. Существует три больших класса конденсаторов, используемых в фильтрах на частотах 10 кГц-100 МГц, различающихся по типу диэлектрика: электролитические, пленочные органические и керамические. Эти типы могут в свою очередь делиться на подклассы. Кратко основные характеристики конденсаторов приведен в таблице на рис. 10.32