利用数字隔离器应对EMC挑战

在仪器仪表、过程控制、工业自动化、电机和电源控制以及医疗保健等应用中，需要将来自各种传感器的信息传送到中央控制器中进行处理和分析。系统根据执行的分析结果以及用户输入进行优化。为了保持用户界面的安全性并防止瞬变从源极耦合，需要电气隔离。这些系统的例子是需要在恶劣的工业环境中运行的精密机械臂，例如需要在除颤期间操作的电弧焊机或患者监护仪。

在设计系统时，必须考虑市场需求，尤其需要满足EMC要求。向欧盟销售产品时，需要 CE 标志，同样，向美国销售产品的要求也需要 FCC 分类。要获得这些认证，需要在系统上执行一套EMC测试并通过。

EMC 可以被认为是一个好邻居 — 不会发出太大的噪音，而且在邻居嘈杂时也能宽容。这可以从图1中看出，其中EMC可以分为两个方面：抗扰度和辐射。辐射可进一步分为传导辐射和辐射发射，而抗扰度可分为传导抗扰度、辐射抗扰度、瞬态抗扰度和容错。

图1.电磁兼容类别。

存在不同类别的系统标准，需要符合性才能实现CE标志或FCC分类，如图2所示。在工业和医疗系统环境中，传导和辐射发射通常必须符合 EN55011、EN55022 或 FCC 第 15 部分。传导抗扰度必须符合IEC61000-4-6，辐射抗扰度必须符合IEC61000-4-3。瞬变可分为三类：标准 IEC61000-4-2 的 ESD（静电放电）、标准 IEC61000-4-4 的 EFT（电快速瞬变）和标准 IEC61000-4-5 的浪涌。

图2.EMC 类别和标准。

建筑内安全解决方案领域的另一个重大进步是从有线到无线接口的大规模转变，不仅在单个传感器节点和控制面板之间，而且从整个系统部署到其相关的远程监控站或运营中心。几十年来，传感器到面板的连接都是使用低压串行布线进行的，最常见的是许多其他楼宇控制应用中常见的RS-485类型。这种硬连线接口需要大量的工作和不断增加的系统安装成本。随着超低功耗和短距离无线技术的出现，许多制造商已扩展其硬件系统产品组合，以包括无线系统版本，从而实现更简单、更容易的初始部署。这种转变反过来又减少了实施时间和成本，并通过允许合理的改造安装而不是像过去那样继续由新建筑销售推动市场，从而开辟了更大的市场规模。此外，在后端连接领域，入侵检测系统市场曾经专门与远程监控站或运营中心的电话线或POTS连接保持一致，现在已经发展到利用Wi-Fi/网关Internet链接以及地面移动电话网络连接，扩大了部署选项的竞争环境，同时也消除了入侵检测系统对固定电话连接的硬要求。 装置。

在系统设计完成后遇到EMC问题可能非常难以解决，因为可用于解决EMC的技术随着设计进度的深入而减少。在项目开始时针对 EMC 进行设计对于最大限度地减少在电路板迭代上花费的时间至关重要，并将减少设计时间和项目成本。

使用数字隔离器可以非常有效地处理EMC瞬态威胁，因为电流隔离栅允许数据流，但会阻止电流流动。同时，数字隔离器应遵守良邻规则，不诱导噪声扰乱其相邻组件。电流隔离可以在隔离栅上使用不同的耦合元件来实现。传统上，使用光学方法，但已被证明是耗电的，并且由于发光源，它们的使用寿命有限。数字隔离器可以使用电感或电容耦合方法与聚酰亚胺和SiO等绝缘材料来实现2并具有更长的使用寿命和更低的功耗。

ADI公司新系列开/关键控i耦合器数字隔离器ADuM1xx和ADuM2xx跨隔离栅实现电感耦合，并已被证明能够抵御大型瞬态威胁。它们还能够通过所需的辐射发射标准，同时以高数据速率运行。新系列数字隔离器产品的一些特点是：

抗浪涌瞬变能力高达 16 kV pk 基本值

共模瞬态抗扰度为 100 kV/μs

耐压为 5 kV rms，工作电压为 600 V rms

高达 150 Mbps 的高数据速率吞吐量

极低的传播延迟，最大 13 ns

1.7 V 至 5.5 V 的宽电源工作范围

审核编辑：郭婷