電子設(shè)計(jì)中常受到EMC（電磁兼容）挑戰(zhàn)，如何用數(shù)字隔離器進(jìn)行應(yīng)對(duì)？資料下載

Hein Marais ADI 公司應(yīng)用工程師 在儀器儀表、過程控制、工業(yè)自動(dòng)化、電機(jī)和功率控制、醫(yī)療保健等應(yīng)用中，需要將信息從各種傳感器傳送到中央控制器進(jìn)行處理和分析。系統(tǒng)根據(jù)分析結(jié)果和用戶輸入進(jìn)行優(yōu)化。為了維護(hù)用戶接口必須的安全性，并且防止來自信號(hào)源的耦合瞬變，必須進(jìn)行電氣隔離。此類系統(tǒng)的例子有很多，例如，精密機(jī)械臂需要在有電弧焊等設(shè)備的惡劣工業(yè)環(huán)境下工作，病人監(jiān)護(hù)儀需要在除顫期間工作。 設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)必須考慮市場(chǎng)要求，尤其應(yīng)滿足EMC要求。出售產(chǎn)品到歐盟時(shí)，需要CE標(biāo)志；出售產(chǎn)品到美國(guó)時(shí)，也存在類似要求，如FCC分類認(rèn)證。為取得這些認(rèn)證，系統(tǒng)需要執(zhí)行并通過一套EMC測(cè)試。 圖 CISPR 1. EMC類別 EMC的要求就好像是做一個(gè)好鄰居——不制造過大噪聲，同時(shí)能夠容忍鄰居的吵鬧。這可以從圖1看出，EMC分為兩個(gè)方面；抗擾度和發(fā)射。發(fā)射可進(jìn)一步分為傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射，而抗擾度可分為傳導(dǎo)抗擾度、輻射抗擾度、瞬變抗擾度和容錯(cuò)。 不同類別都存在系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，必須符合標(biāo)準(zhǔn)才能獲得CE標(biāo)志或FCC分類認(rèn)證，如圖2所示。在工業(yè)和醫(yī)療系統(tǒng)環(huán)境中，傳導(dǎo)和輻射發(fā)射通常必須符合EN55011、EN55022或FCC Part 15標(biāo)準(zhǔn)。 傳導(dǎo)抗擾度必須符合IEC61000-4-6標(biāo)準(zhǔn)，輻射抗擾度必須符合IEC61000-4-3標(biāo)準(zhǔn)。瞬態(tài)可分為三類：ESD（靜電放電）和標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-2，EFT（電氣快速瞬變）和標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-4，以及浪涌和標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-5。 建筑安防解決方案領(lǐng)域的另一個(gè)重大進(jìn)步是從有線接口轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線接口，這種轉(zhuǎn)變不僅出現(xiàn)在單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)和控制面板之間，還包括整個(gè)系統(tǒng)部署及其關(guān)聯(lián)遠(yuǎn)程監(jiān)控站或運(yùn)營(yíng)中心。幾十年來，傳感器和面板連接都是采用低壓串行接線，這種最常見的RS-485類型常見于許多其他建筑控制應(yīng)用。這種硬連線接口工作量很大，而且會(huì)增加系統(tǒng)安裝成本。隨著超低功耗和短程無線技術(shù)的出現(xiàn)，許多制造商已經(jīng)擴(kuò)展了其硬件系統(tǒng)產(chǎn)品組合，涵蓋無線系統(tǒng)版本，能夠使初始部署更簡(jiǎn)單、更輕松。這種轉(zhuǎn)變縮短了實(shí)施時(shí)間，降低了成本，而且顯著擴(kuò)大了市場(chǎng)規(guī)模，因?yàn)檫@種方式允許合理的改裝，而不是像過去那樣，只能通過新的建筑銷售來推動(dòng)市場(chǎng)發(fā)展。此外，在后端連接區(qū)域，過去的入侵檢測(cè)系統(tǒng)市場(chǎng)是將電話線或POTS連接與遠(yuǎn)程監(jiān)控站或運(yùn)營(yíng)中心——對(duì)應(yīng)，而現(xiàn)在已發(fā)展為利用Wi-Fi/網(wǎng)關(guān)互聯(lián)網(wǎng)鏈路以及地面移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)連接，這不僅可拓寬部署選項(xiàng)的發(fā)揮空間，而且可消除安裝入侵檢測(cè)系統(tǒng)所需的固定電話連接。 圖2. EMC類別和標(biāo)準(zhǔn) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后遇到EMC問題會(huì)非常難以解決，因?yàn)殡S著設(shè)計(jì)的進(jìn)行，可用來解決EMC問題的技術(shù)越來越少。必須在項(xiàng)目一開始就考慮EMC設(shè)計(jì)，從而盡量減少花費(fèi)在電路板迭代上的時(shí)間，同時(shí)還可縮短設(shè)計(jì)時(shí)間并降低項(xiàng)目成本。 利用數(shù)字隔離器可以非常有效地應(yīng)對(duì)EMC瞬變威脅，因?yàn)殡姎飧綦x柵允許數(shù)據(jù)流通，但禁止電流流通。與此同時(shí)，數(shù)字隔離器謹(jǐn)遵“好鄰居”規(guī)范，不會(huì)產(chǎn)生噪聲來影響相鄰器件。電氣隔離可利用隔離柵上的不同耦合元件實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)上使用光學(xué)方法，但它們非常耗電，而且由于使用發(fā)光源，壽命有限。數(shù)字隔離器可利用感性或容性耦合方法實(shí)現(xiàn)，絕緣材料使用聚酰亞胺和SiO2等，具有壽命長(zhǎng)、功耗低等優(yōu)勢(shì)。 ADI公司的新系列開關(guān)鍵控i Coupler?數(shù)字隔離器ADuM1xx和ADuM2xx在隔離柵上實(shí)現(xiàn)感性耦合，已被證明非常魯棒，可應(yīng)對(duì)大瞬變威脅。這些器件還能以高數(shù)據(jù)速率工作，并且滿足所需的輻射發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)。下面是新系列數(shù)字隔離器產(chǎn)品的一些特性： * 浪涌瞬變抗擾度：高達(dá)16 kV峰值（基本） * 共模瞬變抗擾度：100 kV/μs * 600 V rms工作電壓下耐受電壓為5 kV * 高數(shù)據(jù)吞吐速率：高達(dá)150 Mbps * 超低傳播延遲：13 ns（最大值） * 寬電源電壓范圍：1.7 V至5.5 V 作者簡(jiǎn)介 Hein Marais 2001年畢業(yè)于南非斯坦陵布什大學(xué)，獲得電子學(xué)學(xué)士學(xué)位。他最初就職于南非空軍，從事電子戰(zhàn)系統(tǒng)工作。2003年，他加入Grintek Communication Systems，參與軍用無線電的軟件和硬件設(shè)計(jì)工作。2007年，Hein加入ADI公司，目前是利默里克接口與隔離應(yīng)用團(tuán)隊(duì)的應(yīng)用工程師。 (mbbeetchina)