貼片電容:數字電容隔離器定義高性能新參照
在芯片設計和制造方面的技術進步已經成就了二代數字電容隔離器,其高性能給低功耗和高可靠性定義了新的標准。本文將介紹其功能原理和內部結構,並討論其電流消耗和預計壽命。
功能原理
图1显示了一款数字電容隔離器(DCI)的内部结构图。该隔离器输入分为两个差分信号路径:一条为高数据速率信道(称作AC-信道),另一条为低数据速率信道(称作DC-信道)。AC-通道传输介于100kbps和100Mbps之间的信号,而DC-通道则涵盖了从100kbps到DC的范围。
高速信號由AC通道來處理,信號在通道中先從單端模式轉換爲差分模式,然後被隔離層的電容-電阻網絡差分爲許多瞬態。後面的比較器再將這些瞬態轉換爲差分脈沖,從而設置和重置一個“或非”門觸發器。相當于原始輸入信號的觸發器輸出饋至判定邏輯(DCL)和輸出多路複用器。DCL包括一個看門狗定時器,該定時器用于測量信號轉換之間的持續時間。如果兩個連續轉換之間的持續時間出定時窗口(如低頻信號的情況下),則DCL則指示輸出多路複用器從AC-信道切換到DC-信道。
由于低頻信號要求大容量電容器,而这种電容器使片上集成变得很困难,因此DC-通道的输入要有脉宽调制器(PWM)。该调制器利用一个内部振荡器(OSC)的高频载波对低频输入信号进行调制。在AC-通道中对调制后信号的处理过程与高频信号相同。然而,在向输出多路复用器提交该信号以前,需通过一个终低通滤波器(LPF)滤除高频PWM载波,以恢复原始、低频输入信号。
系統空閑時就會出現DC電流。幸運的是,工業數據獲取系統、PLC和數字模擬I/O模塊並非針對系統空閑而設計,其目的是將數據從傳感器傳輸到控制單元,並從控制單元傳輸到傳動器。這些工作的完成須是快速、可靠和持續的。
一般而言,双通道隔离器用于隔离式CAN和RS-485总线节点,其中只有2条数据线路(发送和接收)要求隔离。例如,RS-485收发器必须能够在一些端共模状态下提供达±70mA的驱动力才能达到标准。这样,即使在低数据速率条件下,DC电流之间的差异也可以忽略不计。
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