Izolator USB bazat pe ADUM4160 de la Analog Devices. Realizarea propriei plăci de sunet USB cu izolație galvanică

Totul a început ca de obicei, pentru că nu aveam ce face și pentru că aveam prea mult timp liber, am decis să fac așa ceva. Apoi mi-am amintit că prietenii mei se plângeau pe Discord de microfonul meu, auzeam un fel de interferență digitală și dacă începeam să copiez fișiere pe computer, nimic. Cumpăr o placă de sunet normală? Nu este vorba despre noi.

Oricine este interesat, vă rugăm să vedeți cat.

Alegerea unui cip de codec

În general, nu sunt un fan să fac electronice din orice, chiar și pentru mine, mai ales din componente chinezești de la Ali, așa că primul lucru pe care îl facem este să mergem la digikey și să căutăm ceva. Primul meu gând a fost să iau un cip de codec cu drepturi depline și să-l conectez STM32, și de la el USB. În principiu, acest lucru nu este dificil, dar la un moment dat mi-am dat seama că nu vreau să mă deranjez atât de mult și am decis să găsesc ceva „tot într-unul”. Google a revenit constant CM108 din C-Media Electronics, producător din Taiwan. Ei bine, așa să fie

Codecul necesită EEPROM, și chiar oferă un analog specific de la STMicroelectronics M93C46-WMN6TP găsit rapid pe aceeași digikey (Circuite integrate (CI) > Memorie). Pentru orice eventualitate, i-am conectat puterea printr-un filtru, astfel încât să nu ni se întâmple nimic rău în sursa de alimentare a codecului.

De asemenea, cuarț etc. Îmi place să fac totul mai mic și mai compact, așa că am pus o serie ABM3(ABM3-12.000MHZ-B2-T) 5 pe 3.2 mm (nu pune unul gigant HC-49)

Conectori audio

Apoi căutăm conectorii pentru căști și microfon. Eu personal prefer CUI pentru conectori audio și simpli de alimentare de uz casnic 5.5 , le pun mereu, bineînțeles căutează pe digikey (Conectori, Interconexiuni > Baril - Conectori audio).

În cazul meu, aveam deja pregătită o componentă în biblioteca de sub SJ2-3574A-SMT deoarece L-am mai folosit deja, aș fi putut să aleg unele multicolore (la CUI există), dar nu am vrut (o fac pentru mine, o să-mi dau seama cumva).

De obicei condensatoarele sunt plasate în serie ( 0,47 uF sau 1uF, Poate sa 4,7 uF), poate fi tantal sau ceramică, dar cel mai bine este să folosiți film. În diagrama de referință din fișa de date sugerează 470uF, ceea ce este prea mult, alegem 0,47 uF(dacă aveți nevoie de bas foarte scăzut, atunci puteți 1uF). Condensatorii de film sunt disponibili în SMD carcase, ceea ce este foarte convenabil, am instalat ECP-U1C474MA5în cazul 1206 .

Izolație galvanică pentru alimentare

Și acum partea distractivă

CM108 are 2 moduri, 100mAȘi 500mA, desigur, le-am ales pe cele mai grase, ca la scară mare, 500mA * 5V = 2,5W, cu puțină rezervă trebuie să găsim un rezultat undeva 3W, setați parametrii (în secțiunea Surse de alimentare - Montare pe placă > Convertoare DC DC) și vedeți ce este mai ieftin, fără a uita de asemenea să eliminați producătorii în care nu aveți cu adevărat încredere. Alegerea a căzut CC3-0505SF-E din TDK(deși chiar am vrut să o pun din murata!). Costă 11 dolari, dar nu poți face nimic.

După el am instalat un filtru, fără a uita de condensatori 0,01 uFȘi 0,001 uF pentru a înlătura toată erezia HF pentru că chiar trece prin plăci galvanice. Mai mult 100uF electrolit, cu siguranță nu va fi de prisos.

Decuplarea interfeței

Decuplarea sursei de alimentare este bună, dar nu ar strica să o decuplați singur USB interfata. În secțiunea Izolatoare digitale (Izolatoare > Izolatoare digitale) puteți găsi una potrivită, am ales eu ADUM4160 din Dispozitive analogice.

Nu uita să tragi în sus DATE P pe USB interfață către 3,3 V, deoarece aceasta îi spune gazdei (PC) că un dispozitiv a fost conectat la port și ar trebui să înceapă să lucreze cu el într-un mod bun, acest pull-up ar trebui să fie în interiorul microcircuitului, dar din anumite motive nu este acolo.

Ei bine, lucruri mărunte

Eu insumi USB conector de la desigur Molex, poți și de la T.E. sau Wurth. Sau caută altele, dar cred că e mai bine să alegi conectori similari din acești trei, restul sunt bune, dar altfel.

De asemenea, am decis că, dacă s-au cheltuit atât de mulți bani pe energie curată, atunci totul trebuie făcut bine până la capăt, iar decuplarea pământului digital și analogic nu face excepție. Mai mult, in locul jumperului obisnuit de pe placa am instalat un filtru BLM15(la rutarea plăcii, este mai bine să mutați diviziunea de sol mai aproape de solul principal, de exemplu. GND pinul izolatorului nostru de alimentare, aici ar trebui să diverge pământul digital și analogic)

Concluzie

Ei bine, asta este tot, am așezat placa în 4 straturi dintr-o clasă standard, după pregătirea pentru producție, va costa aproximativ 130 de ruble. De asemenea, 4 straturi sunt mai bune în ceea ce privește faptul că este mai bine să faceți poligoanele de putere, de pământ și de pământ digitale reale poligoane cu drepturi depline, într-un mod bun, fiecare sursă de alimentare are propriul strat, dar am putere și digital pământ pe unul.

De la idee până la instalarea completă a durat aproximativ o oră și jumătate. Tabla a ieșit în dimensiune 22 pe 66 mm.

Sincer să fiu, în timp ce scriam articolul nu am vrut deja să comand o tablă (bine, ca întotdeauna), așa că să existe măcar un articol.

P.S. Adesea omor timpul așa diverse proiecte, de la simple încărcătoare wireless până la cablarea procesorului și... le las adunând praf într-un folder hard disk deoarece Îmi pierd interesul în majoritatea cazurilor (și pentru că este gratuit, nu trebuie să cheltuiți bani pe componente Dacă sunteți interesat de astfel de articole, vă puteți sugera ideile pentru următoarele proiecte).

P.P.S. Datorita faptului ca nu am comandat placa si nu am verificat-o, sunt posibile erori.

1. Există izolare galvanică de la port USB Oh?

   osciloscoape USB nu au izolare galvanică de la portul USB. De asemenea, cele portabile și desktop nu au izolație de portul USB atunci când sunt conectate la un computer. Motivul pentru aceasta este că rata de transfer de date între dispozitiv și computer este de 240 Mbit/s. Nu există nicio modalitate de a „dezlega” o astfel de viteză cu un transformator. Izolarea optică la această viteză va fi foarte costisitoare. Cu toate acestea, dispozitivele USB trebuie pur și simplu să fie decuplate de la pământ atunci când se măsoară dispozitivele conectate rețea partajată nutriție. Există mai multe abordări în acest sens.

   1. Utilizați un laptop (netbook). Nu are deloc contact de împământare, iar alimentarea cu impulsuri este izolată galvanic.
   2. Utilizați un computer care este alimentat de un UPS care este deconectat.
   3. Utilizați un dispozitiv separat pentru izolarea galvanică a dispozitivelor USB. Oferă viteza maxima 12 Mbit/s, dar din moment ce osciloscoapele USB sunt compatibile cu USB 1.1, ele vor funcționa la această viteză, deși rata de actualizare a semnalului pe ecran va fi de câteva cadre pe secundă.
2. Care este nivelul maxim al semnalului măsurat?

   Valoarea nominală a nivelului maxim de semnal furnizat la intrare în timpul măsurării este de 35 V, adică Când utilizați un atenuator în modul 1X, nu trebuie să măsurați un semnal a cărui oscilație maximă depășește 35V. Dacă bănuiți că semnalul măsurat are o valoare de vârf mai mare, atunci comutați atenuatorul în poziția 10X. 35V este limita de vârf, care include atât componenta DC, cât și oscilațiile AC cu o frecvență mai mică de 10KHz. De exemplu, dacă componenta DC este de 20V, iar componenta AC are o amplitudine de 60V, atunci oscilațiile vor avea loc de la -10V la 50V. Vârf: 50V. În acest caz, trebuie să utilizați modul 10X pe atenuatorul sondei.

3. Ce protecție există la intrare?

   Instalat la intrare dioda de protectie. Inginerii producătorului au raportat că, dacă contactul de masă al sondei este conectat la masă (conceptul de masă este relativ, adică adesea „fir comun”), atunci dispozitivul ar trebui să funcționeze fără probleme chiar și atunci când limita maximă este depășită chiar și de 2 ori. . Cu toate acestea, acesta nu este modul standard de funcționare al osciloscopului și dacă dispozitivul se defectează, nu este un caz de garanție.

4. Din ce valoare se calculează nivelul de zgomot?

   Valoarea absolută a zgomotului variază în funcție de diferite setări V/div și este calculată de la scară completă. De exemplu, cu o valoare de 5 V/div și un nivel de zgomot specificat de 3%, valoarea maximă a zgomotului absolut este: 5 V * 8 div * 3% = 40 * 0,03 = 1,2V. Depășirea acestui nivel este o defecțiune a dispozitivului. Orice nivel de zgomot sub această valoare reprezintă funcționarea normală a dispozitivului. Din experiența noastră de testare a dispozitivelor, majoritatea au niveluri de zgomot în jur de 1,5%, dar unele au de fapt niveluri de zgomot mai apropiate de 3%.

5. Câți biți semnificativi sunt într-un ADC?

   Dispozitivele 2090,2150,2250 folosesc un ADC pe 8 biți. Pe frecvente joase numărul de biți semnificativi este aproape de 8. Pe măsură ce frecvența crește, numărul de biți semnificativi scade treptat. La cele mai înalte frecvențe este mai mult de 6 biți. Valori exacte Producătorul nu furnizează frecvențe și grafice de dependență.

6. Ce ar trebui să fac dacă LED-ul nu se aprinde când dispozitivul este conectat la USB?

   Mai întâi, verificați dacă computerul este pornit și dacă portul USB funcționează (conectați la el un dispozitiv de lucru cunoscut, de exemplu, unitate flash). Instalare drivere corecte osciloscop. Fără drivere, este posibil ca osciloscopul să nu se inițialeze și LED-ul să nu se aprindă. Încercați să faceți toate acestea pe alt computer. Dacă toate celelalte eșuează, atunci există o mare probabilitate ca osciloscopul să fie defect. Acest lucru se întâmplă de obicei din cauza depășirii maximului nivel admisibil semnal măsurat sau încălcarea condițiilor de funcționare.

7. Care este viteza de transfer USB?

   Producătorul folosește cipul CY68013A, care teoretic poate oferi până la 480Mbps, dar viteza reală de transfer între dispozitiv și computer este de 240Mbps.

8. Pot folosi un osciloscop cu USB 1.1?

   Da, se poate, dar este foarte dificil din cauza vitezei de transfer foarte mici (12Mbps).

9. Există un sunet de clic care vine de la dispozitiv când comutați V/div. Este în regulă?

   Da. Osciloscopul folosește relee de înaltă calitate pentru a comuta semnalele. Ei creează aceste sunete.

10. Unde pot vedea dispozitivul în formă deschisă?

    Modelul DSP-2150 este prezentat aici: http://www.artem.ru/cgi-bin/photo?c=l&cid=115 Nu avem fotografii cu alte modele.

11. În documentație și pe site, dimensiunea tamponului este indicată ca 10-32 sau 10-64K. Care este dimensiunea reală a tamponului?

    Dimensiunea totală a tamponului este de 64K. În modul cu două canale, dimensiunea bufferului pe canal este de la 10K la 32K. În modul unic canal de la 10K la 64K. Mărimea tamponului poate fi selectată în program. Nu toate opțiunile pentru dimensiunea tamponului sunt disponibile la anumite setări ale ratei de eșantionare.

12. Cum se utilizează interpolarea semnalului? De ce este nevoie?

    Următoarele se aplică numai modelului DSO-2150. Pentru alte modele, valorile tamponelor, vitezele și limitele pentru începerea utilizării interpolării pot fi diferite.

    Explicație de la producător:

    Pentru valori mai mici de 10 µs pe diviziune, se utilizează interpolarea datelor (sinX)/X.

    Mai jos este raționamentul nostru (acuratețea lor nu este garantată):

    La această viteză, este disponibilă o singură dimensiune tampon - 10.000 de mostre. Există 10 divizii pe ecran. Primim:
    10 µs/div * 10 div = 100 µs ecran complet
    10000 de probe / 100 µs = 100.000.000 de mostre / 1 secundă
    acestea. la 10µs/diviziune viteza va fi de 100MS/s.
    Dacă setăm următoarea diviziune mai mică (4 μs), atunci viteza de măsurare necesară crește de 2,5 ori. Pentru a umple un ecran cu 10.000 de probe în perioada alocată este nevoie de o viteză de 250MS/s, iar osciloscopul DSO 2150 oferă maximum 150MS/s. Ce să fac? Interpola! Acestea. pentru DSO-2150 la 4 μs/diviziune sau mai puțin, chiar nu are timp să măsoare toate cele 10.000 de valori, ci măsoară cât de multe poate și transmite date și pe baza acestora software completează desenul folosind sin(x)/x sau alt mod de interpolare selectat.
    Atenţie! Utilizarea modului de interpolare sin(x)/x încarcă puternic procesorul și încetinește afișarea informațiilor în program.

13. Unde este mai bine să conectați osciloscopul, direct la computer sau la USB extern intrerupator?

    Producătorul recomandă conectarea osciloscopului direct la computer folosind ambele mufe. În practica noastră, conectarea la un comutator USB extern nu afectează calitatea semnalului, dar ajută la reducerea sarcinii curente pe porturile computerului.
    Concluzia noastră: vă puteți conecta atât la un computer, cât și la un comutator.

14. Dispozitivul continuă să efectueze măsurători în timp ce transmite date?

    Nu. Osciloscopul funcționează secvenţial. Mai întâi umple tamponul cu date de măsurare, apoi transferă datele primite prin USB. Nu se fac măsurători în timpul transmisiei și declanșatorul poate fi ratat.

15. Care este rata maximă de eșantionare?

    Pentru dispozitivul DSO-2150 este de 150 MHz. Această frecvență este realizabilă numai în modul cu un singur canal. Când utilizați ambele canale, frecvența maximă este de 75 MHz pe canal. La fel si pentru celelalte modele.

Alte intrebari

1. Care sunt avantajele de a cumpăra de la noi?
   • Înțelegem ce vindem;
   • Avem livrări oficiale DIRECT din China;
   • Avem contact cu inginerii producătorului și le putem transmite întrebările dumneavoastră;
   • Avem preturi bune;
   • Livrăm mărfuri în toată Rusia;
   • Oferim o garantie de pana la 3 ani;
   • Am tradus documentația pentru dvs.;
   • Ne puteți returna dispozitivul în termen de 14 zile de la primire dacă nu vă convine.
2. Hantek, Voltcraft, Darkwire, Protek, Acetech - sunt același lucru?

   Da. Adevăratul producător este QINGDAO Hantek Elelctronic Co. (http://www.hantek.com.cn) în Qingdao, unde se află unul dintre cele mai mari centre industriale din RPC. Acestea permit unor vânzători să-și reeticheteze produsele cu mărcile comerciale ale vânzătorului însuși.

Cum să alegi un model?

În primul rând, trebuie să decideți cu ce semnale de frecvență veți lucra.

Există trei parametri principali: lățimea de bandă analogică, rata de eșantionare și lățimea de bandă în timp real.

Lățimea de bandă analogică și frecvența de eșantionare sunt specificate în fișa de date.

Lățimea de bandă în timp real este calculată ca rata de eșantionare împărțită la 2,5.

Din punct de vedere matematic, ar trebui împărțit la 2, dar aceasta este o valoare limită pentru condiții ideale și un filtru ideal, pe care nu merită să se bazeze.

Rata de eșantionare este aceeași cu numărul de mostre pe secundă.

Osciloscoapele digitale, în teorie, pot funcționa în timp real și în modul în timp real. eșantionare echivalentă.

Modul de eșantionare în timp real vă permite să obțineți o formă de undă precisă chiar și pentru un singur semnal. Un semnal care se repetă este considerat un set de semnale individuale. În acest mod, lățimea de bandă în timp real joacă un rol important.

Să presupunem că aveți un semnal de 50 MHz și un osciloscop cu o lățime de bandă analogică de 400 MHz și o frecvență de eșantionare de 100 MHz, din păcate, nu va putea reproduce semnalul la o calitate înaltă, deoarece 100 MHz/2,5 este mai mic de 50 MHz. . Acestea. Lățimea de bandă în timp real este mai mică decât frecvența semnalului măsurat, prin urmare, pentru modul de măsurare în timp real, lățimea de bandă analogică trebuie să fie cel puțin egală cu frecvența semnalului măsurat, iar frecvența de eșantionare trebuie să fie de cel puțin 2,5 ori. frecvența semnalului măsurat. Cu toate acestea, dacă un semnal cu o frecvență de 50 MHz este considerat la o frecvență de eșantionare de 100 MHz, atunci vor fi doar două măsurători pentru o perioadă, ceea ce poate să nu fie suficient pentru dvs., de exemplu. Cu cât frecvența de eșantionare depășește de mai multe ori frecvența semnalului, cu atât mai precis este afișată forma semnalului observat.

Modelele DSO 2090,2150,2250 funcționează în timp real.

În modul de eșantionare echivalent, osciloscopul preia mai multe mostre dintr-un semnal care se repetă, obținând de fiecare dată o valoare a semnalului cu un offset diferit față de declanșator. De fapt, multe puncte sunt măsurate în semnale diferite și forma exactă a semnalului este reconstruită din ele - acesta este un fel de metodă de aproximare succesivă. Evident, această metodă funcționează doar pentru un semnal repetat cu acuratețe și în mod repetat. În acest mod, rolul principal este jucat de lățimea de bandă analogică, rata de eșantionare nu este atât de importantă.

Să presupunem că aveți un semnal care se repetă de 200 MHz și un osciloscop cu lățime de bandă analogică de 200 MHz și o rată de eșantionare de 100 MHz în modul de eșantionare în timp echivalent. Veți obține o reprezentare bună a semnalului, deoarece banda analogică va trece semnalul și forma de undă va fi reconstruită din mai multe măsurători în puncte diferite de la detectarea unui declanșator.

Modelele DSO 2090,2150,2250 nu au eșantionare echivalentă. Model care acceptă acest mod: DSO-5200A.

Unele cookie-uri sunt necesare pentru autentificarea securizată, dar altele sunt opționale pentru activități funcționale. Colectarea noastră de date este folosită pentru a ne îmbunătăți produsele și serviciile. Vă recomandăm să acceptați cookie-urile noastre pentru a vă asigura că primiți cea mai bună performanță și funcționalitate pe care site-ul nostru le poate oferi. Pentru informații suplimentare puteți vizualiza . Citiți mai multe despre noastre.

Cookie-urile pe care le folosim pot fi clasificate după cum urmează:

Cookie-uri strict necesare: acestea sunt cookie-uri care sunt necesare pentru funcționarea analog.com sau pentru funcționalitatea specifică oferită. Acestea fie au scopul exclusiv de a efectua transmisii prin rețea, fie sunt strict necesare pentru a furniza un serviciu online solicitat în mod explicit de dvs. Cookie-uri de analiză/performanță: Aceste module cookie ne permit să efectuăm analize web sau alte forme de măsurare a audienței, cum ar fi recunoașterea și numărarea numărului de vizitatori și să vedem cum vizitatorii se deplasează pe site-ul nostru. Acest lucru ne ajută să îmbunătățim modul în care funcționează site-ul web, de exemplu, asigurându-ne că utilizatorii găsesc cu ușurință ceea ce caută. Cookie-uri de funcționalitate: Aceste module cookie sunt folosite pentru a vă recunoaște atunci când reveniți pe site-ul nostru web. Acest lucru ne permite să personalizăm conținutul nostru pentru dvs., să vă salutăm pe nume și să vă amintim preferințele (de exemplu, alegerea limbii sau a regiunii). Pierderea informațiilor din aceste cookie-uri poate face serviciile noastre mai puțin funcționale, dar nu ar împiedica funcționarea site-ului web. Cookie-uri de direcționare/profilare: Aceste module cookie înregistrează vizita dumneavoastră pe site-ul nostru web și/sau utilizarea de către dumneavoastră a serviciilor, a paginilor pe care le-ați vizitat și a legăturilor pe care le-ați urmat. Vom folosi aceste informații pentru a face site-ul web și reclamele afișate pe acesta mai relevante pentru interesele dumneavoastră. De asemenea, putem împărtăși aceste informații cu terți în acest scop.

Hardware de calculator,

Electronice pentru începători,

Energie și baterii

Există așa ceva în electronică precum izolarea galvanică. Definiția sa clasică este transferul de energie sau semnal între circuite electrice fără contact electric. Dacă ești începător, atunci această formulare va părea foarte generală și chiar misterioasă. Dacă aveți experiență în inginerie sau doar vă amintiți bine de fizică, atunci cel mai probabil v-ați gândit deja la transformatoare și optocuple.

Articolul de sub tăietură îi este dedicat în diverse moduri izolare galvanica semnale digitale . Vă vom spune de ce este nevoie și cum producătorii implementează o barieră de izolație „în interiorul” microcircuitelor moderne.

După cum am menționat deja, vom vorbi despre izolarea semnalelor digitale. Mai departe în text, prin izolare galvanică vom înțelege transmisia semnal informativîntre două circuite electrice independente.

De ce este nevoie?

Există trei sarcini principale care sunt rezolvate prin decuplarea unui semnal digital.

Primul lucru care îmi vine în minte este protecția împotriva tensiunilor înalte. Într-adevăr, asigurarea izolației galvanice este o cerință de siguranță pentru majoritatea aparatelor electrice.

Lăsați microcontrolerul, care are în mod natural o tensiune de alimentare mică, să seteze semnale de control pentru un tranzistor de putere sau alt dispozitiv de înaltă tensiune. Aceasta este o sarcină mai mult decât obișnuită. Dacă nu există izolație între driver, ceea ce crește semnalul de control în putere și tensiune, și dispozitivul de control, atunci microcontrolerul riscă să se ardă pur și simplu. În plus, dispozitivele de intrare/ieșire sunt de obicei conectate la circuite de control, ceea ce înseamnă că o persoană care apasă butonul „pornire” poate închide cu ușurință circuitul și poate primi un șoc de câteva sute de volți.

Deci, izolarea galvanică a semnalului servește la protejarea oamenilor și a echipamentelor.

Nu mai puțin populară este utilizarea microcircuitelor cu o barieră izolatoare pentru interfața cu circuitele electrice tensiuni diferite nutriție. Totul este simplu aici: nu există nicio „conexiune electrică” între circuite, deci semnalul niveluri logice Semnalul de informare la intrarea și la ieșirea microcircuitului va corespunde sursei de alimentare de pe circuitele de „intrare”, respectiv „ieșire”.

Izolarea galvanică este, de asemenea, utilizată pentru a îmbunătăți imunitatea la zgomot a sistemelor. Una dintre principalele surse de interferență în echipamentele electronice este așa-numitul fir comun, adesea carcasa dispozitivului. Atunci când transmiteți informații fără izolație galvanică, firul comun asigură potențialul comun al emițătorului și receptorului necesar pentru transmiterea semnalului de informație. Deoarece firul comun servește de obicei ca unul dintre polii de putere, conectând diferit dispozitive electronice, în special cele de putere, duce la pe termen scurt zgomot de impuls. Sunt excluse la înlocuirea „ conexiune electrica» la racordarea prin bariera izolatoare.

Cum functioneaza

În mod tradițional, izolarea galvanică se bazează pe două elemente - transformatoare și optocuple. Dacă omitem detaliile, primele sunt folosite pentru semnale analogice, iar cele doua sunt folosite pentru semnale digitale. Luăm în considerare doar al doilea caz, așa că are sens să reamintim cititorului cine este un optocupler.

Pentru a transmite un semnal fără contact electric, se utilizează o pereche de un emițător de lumină (cel mai adesea un LED) și un fotodetector. Semnalul electric de la intrare este convertit în „impulsuri de lumină”, trece prin stratul de transmitere a luminii, este recepționat de un fotodetector și este convertit înapoi într-un semnal electric.

Izolarea optocuplerului a câștigat o popularitate enormă și a fost singura tehnologie pentru izolarea semnalelor digitale timp de câteva decenii. Cu toate acestea, odată cu dezvoltarea industriei semiconductoarelor, odată cu integrarea tuturor și a tuturor, au apărut microcircuite care implementează o barieră de izolație în detrimentul altora, mai mult. tehnologii moderne.

Izolatoarele digitale sunt microcircuite care asigură unul sau mai multe canale izolate, fiecare dintre acestea depășind optocuplerul în ceea ce privește viteza și acuratețea transmisiei semnalului, nivelul de rezistență la interferențe și, cel mai adesea, costul pe canal.

Bariera de izolare a izolatoarelor digitale este fabricată folosind diverse tehnologii. Firma notorie Dispozitive analogice Izolatoarele digitale ADUM folosesc un transformator de impulsuri ca barieră. În interiorul carcasei microcircuitului există două cristale și un transformator de impulsuri, realizate separat pe o peliculă de poliimidă. Cristalul transmițător generează două impulsuri scurte la marginea semnalului de informație și un impuls la declinul semnalului de informare. Un transformator de impulsuri permite, cu o ușoară întârziere, să primească impulsuri pe cristalul transmițător prin care se realizează conversia inversă.

Tehnologia descrisă este utilizată cu succes în implementarea izolației galvanice, este în multe privințe superioară optocuplelor, dar are o serie de dezavantaje asociate cu sensibilitatea transformatorului la interferențe și riscul de distorsiune atunci când se lucrează cu impulsuri scurte de intrare.

Mult mai mult nivel inalt rezistența la interferențe este asigurată în microcircuite unde bariera izolatoare este implementată pe condensatoare. Utilizarea condensatoarelor elimină comunicarea DCîntre receptor și transmițător, care în circuitele de semnal este echivalent cu izolarea galvanică.

Dacă ultima propoziție te îngrijorează...

Dacă simți o dorință arzătoare de a țipa că nu poate exista izolație galvanică pe condensatoare, atunci recomand să vizitezi fire ca acesta. Odată ce furia ta s-a domolit, reține că toată această controversă datează din 2006. După cum știm, nu ne vom întoarce acolo, la fel ca în 2007. Și izolatoarele cu barieră capacitivă sunt produse de mult timp, folosite și funcționează perfect.

Avantajele decuplării capacitive sunt eficiența energetică ridicată, dimensiunile reduse și rezistența la influențele externe. campuri magnetice. Acest lucru face posibilă crearea de izolatori integrali ieftini, cu indicatori de înaltă fiabilitate. Sunt produse de două companii - Texas InstrumentsȘi Silicon Labs. Aceste firme folosesc diverse tehnologii creând un canal, dar în ambele cazuri dioxidul de siliciu este folosit ca dielectric. Acest material are o rezistență electrică ridicată și a fost folosit în producția de microcircuite de câteva decenii. Ca rezultat, SiO2 este ușor de integrat în cristal, iar un strat dielectric gros de câțiva micrometri este suficient pentru a asigura o tensiune de izolație de câțiva kilovolți.

Pe unul (la Texas Instruments) sau pe ambele (la Silicon Labs) cristale, care sunt situate în carcasa izolatorului digital, există plăcuțe de condensator. Cristalele sunt conectate prin aceste plăcuțe, astfel încât semnalul de informație trece de la receptor la transmițător printr-o barieră izolatoare.

Deși Texas Instruments și Silicon Labs folosesc tehnologii foarte similare pentru integrarea unei bariere capacitive pe un cip, ele folosesc complet principii diferite transmiterea unui semnal informativ.

Fiecare canal izolat de la Texas Instruments reprezintă un relativ circuit complex.

Să ne uităm la „jumătatea inferioară”. Semnalul de informare este furnizat circuitelor RC, din care sunt preluate impulsuri scurte de-a lungul muchiei de avans și de descreștere a semnalului de intrare, iar semnalul este reconstruit din aceste impulsuri. Această metodă de trecere a unei bariere capacitive nu este potrivită pentru semnale cu schimbare lentă (frecvență joasă). Producătorul rezolvă această problemă prin duplicarea canalelor - „jumătatea inferioară” a circuitului este un canal de înaltă frecvență și este destinată semnalelor de la 100 Kbps.

Semnalele sub 100 Kbps sunt procesate în „jumătatea superioară” a circuitului. Semnalul de intrare este pre-PWM modulat cu un mare frecvența ceasului, semnalul modulat este alimentat la bariera izolatoare, semnalul este restabilit cu ajutorul impulsurilor din circuitele RC și ulterior este demodulat.
Circuitul decizional de la ieșirea canalului izolat „decide” din ce „jumătate” semnalul trebuie trimis la ieșirea microcircuitului.

După cum se poate vedea în diagrama canalului izolatorului Texas Instruments, atât în ​​frecvență joasă, cât și în canale de înaltă frecvență se utilizează transmisia de semnal diferenţial. Permiteți-mi să reamintesc cititorului esența sa.

Transmisia diferenţială este simplă şi mod eficient protecție împotriva interferențelor în modul comun. Semnalul de intrare de pe partea transmițătorului este „împărțit” în două semnale V+ și V-, inverse unul față de celălalt, care sunt afectate în mod egal de interferența în modul comun de naturi diferite. Receptorul scade semnalele si, ca urmare, interferenta Vsp este eliminata.

Transmisia diferențială este folosită și în izolatoarele digitale de la Silicon Labs. Aceste microcircuite au o structură mai simplă și mai fiabilă. Pentru a trece prin bariera capacitivă, semnalul de intrare este supus unei modulații OOK (On-Off Keying) de înaltă frecvență. Cu alte cuvinte, un „unu” dintr-un semnal de informare este codificat prin prezența unui semnal de înaltă frecvență, iar un „zero” prin absența unui semnal de înaltă frecvență. Semnalul modulat trece fără distorsiuni printr-o pereche de condensatoare și este restabilit pe partea transmițătorului.

Izolatoarele digitale Silicon Labs depășesc cipurile ADUM în cele mai multe moduri caracteristici cheie. Cipurile TI oferă aproximativ aceeași calitate a muncii ca și Silicon Labs, dar în unele cazuri sunt inferioare în ceea ce privește acuratețea transmisiei semnalului.

Unde funcționează

Aș dori să adaug câteva cuvinte despre care microcircuite folosesc o barieră izolatoare.
Primii menționați sunt izolatoarele digitale. Ele reprezintă mai multe canale digitale izolate combinate într-o singură carcasă. Microcircuitele sunt produse cu diverse configurații de canale unidirecționale de intrare și ieșire, izolatoare cu canale bidirecționale (utilizate pentru decuplarea interfețelor magistralei), izolatoare cu controler DC/DC încorporat pentru izolarea puterii.

De ce este necesar acest lucru?

Caracteristică Standard USB este asta periferice au o „împământare” comună cu gazda USB și sunt conectate electric la „împământarea murdară” a sursei de alimentare comutatoare și, în consecință, la întregul computer.
Dacă computerul nu este împământat corect (aveți nevoie de un al treilea fir de împământare activ separat în priza Euro), atunci, pe lângă zgomot și interferențe, puteți obține o „fază” a tensiunii de rețea și un potențial de aprox. 110V cu tot ce presupune.

Izolatorul USB vă permite să scăpați de buclele de masă, deconectează electric „solul murdar”, reduce nivelul de interferență și zgomot, protejează atât PC-ul, cât și echipamente externe. Acest lucru este util în special atunci când lucrați cu instrumente de măsurare bazate pe PC (osciloscoape USB, analizoare logice etc.) sau in conditii de productie si este obligatoriu in echipamente medicale.

În a noastră aplicație de sunet De asemenea, ar fi util să izolați galvanic computerul de DAC-ul USB extern.
Izolatoarele USB industriale costă 200 USD... 400 USD. Vă sugerez să economisiți puțin și să obțineți experienta noua!

Cum funcționează ADuM4160?

Analog Devices produce o serie de izolatoare USB digitale folosind tehnologia sa patentată iCoupler.

Fragment exclus. Revista noastră există din donații de la cititori. Versiunea completa acest articol este disponibil doar

--
Vă mulțumim pentru atenție!

Placă în Sprint Layout 6.0(trimis de Evgeny Red, editat de Igor Datagor):
▼ 🕗 15/07/13 ⚖️ 31,6 Kb ⇣ 211 Salut, cititor! Mă numesc Igor, am 45 de ani, sunt siberian și inginer amator în electronică pasionat. Am venit cu, am creat și întrețin acest site minunat din 2006.
De mai bine de 10 ani, revista noastră există doar pe cheltuiala mea.

Bun! Freebie-ul s-a terminat. Dacă vrei fișiere și articole utile, ajută-mă!

--
Vă mulțumim pentru atenție!
Igor Kotov, redactor-șef al revistei Datagor

Fișa cu date pe ADUM4160
▼