ISO1211 隔离数字输入接收器评估模块：设计与应用解析

在电子设计领域，对于隔离数字输入接收器的性能评估至关重要。德州仪器（Texas Instruments）的 ISO1211 隔离数字输入接收器评估模块（EVM）为工程师们提供了一个便捷的平台，用于快速开发和分析隔离系统。下面我们就来详细了解一下这个评估模块。

文件下载：ISO1211EVM.pdf

1. ISO1211 设备概述

ISO1211 是一款集成的隔离数字输入接收器，具有 IEC 61131 - 2 Type 1/2/3 特性。它能够接收高达 60V 的数字输入信号，并提供隔离的数字输出，而且无需现场侧电源。在输入信号路径上，外部电阻 (R{SENSE})（R2 和 R5）可精确设置从现场输入汲取的电流限制，有助于减少系统中的功率损耗。同时，电流限制可针对 Type 1/2/3 操作进行设置，电压转换阈值也符合 Type 1/2/3 标准，还能通过外部电阻 (R{THR})（R1 和 R4）进一步向上调整。

2. ISO1211EVM 评估模块特点

ISO1211EVM 用于测试和评估 ISO1211 这一隔离单通道工业输入设备的操作。该评估模块使用两个 ISO1211 设备实现了双通道隔离的工业输入解决方案，其中一个作为快速信号输入通道（最高可达 4 Mbps），另一个作为慢速信号输入通道（<1 Kbps）。

2.1 EMC 保护方式

• U1 设备：采用传统的 TVS 二极管来保护工业输入通道，以应对 EMC 问题，如浪涌、ESD 等。
• U2 设备：由于仅配置为接受慢速信号输入，因此只需在输入和 FGND 引脚之间使用一个电容器（代替 TVS）即可实现 EMC 保护。在默认电阻（1 kΩ）和电容器（0.33 µF）值的情况下，可过滤长达 330 - µs 的干扰。若需要对 U2 设备进行快速信号评估，则需移除预安装的 C4 电容器。关于不使用额外 TVS 二极管时不同级别的 EMC 保护信息，可参考 ISO121x 数据手册。

3. 评估模块的设置与操作

3.1 基本设置

在进行参数性能评估时，需按照特定的设置来操作 ISO1211EVM。将函数发生器的 24 V、10 - kHz 信号连接到 EVM 的 INP1（J4）和 FGND1（J5）之间，同时在 TP1（(V_{CC})）和 TP2（GND）处连接 5 - V 电源为逻辑侧供电。将 J2 的引脚 1 和引脚 2 短接以启用 OUT1，然后使用示波器监测输入（INP1 - TP7 相对于 FGND1 - TP8）和输出（OUT1 - TP4 相对于 GND - TP2）信号。

3.2 跳线设置

ISO1211EVM 的跳线设置如下表所示：	Jumper	Configuration	Description
J2	Pin 1 - Pin 2	Enables OUT1
Pin 2 - Pin 3	Disables OUT1
J3	Pin 1 - Pin 2	Enables OUT 2
Pin 2 - Pin 3	Disables OUT 2

3.3 典型波形

对于 10 - kHz 的输入，EVM 呈现出典型的输入和输出波形。输入电流受 (R{SENSE}) 电阻限制，对于 Type I 和 Type III 操作，推荐 (R{SENSE}) 的值为 562，此时典型电流限制为 2.25 mA。

4. 物料清单（BOM）

该评估模块的物料清单涵盖了各种元件，包括电容器、二极管、跳线、电阻、测试点和 ISO1211 设备等。具体信息如下表：	Item	Designator	Description	Part Number	Manufacturer	Quantity
1	C1, C5	CAP, CERM, 1 µF, 50 V, +/- 10%, X5R, 0603	GRM188R61H105KAALD	MuRata	2
2	C2, C6	CAP, CERM, 0.1 µF, 25 V, +/- 5%, X7R, 0603	06033C104JAT2A	AVX	2
3	C4	CAP, CERM, 0.33 µF, 50 V, +/- 10%, X5R, 0805	C2012X5R1H334K125AA	TDK	1
4	D1	Diode, TVS, Uni, 36 V, 58.1 Vc, SOD - 123FL	SMF36A	Littelfuse	1
5	H1, H2, H3, H4	Bumpon, Hemisphere, 0.375 X 0.235, Black	SJ61A2	3M	4
6	J1	Header, 100mil, 5x2, Tin, TH	PEC05DAAN	Sullins Connector Solutions	1
7	J2, J3	Header, 100mil, 3x1, Gold, TH	HTSW - 103 - 07 - G - S	Samtec	2
8	J4, J5, J6, J7	Header, 2.54 mm, 1x1, Gold, TH	61300111121	Wurth Elektronik	4
9	R1, R4	RES, 1.00 k, 1%, 0.25 W, AEC - Q200 Grade 1, 1.4x3.6mm	SMM02040C1001FB300	Vishay Draloric	2
10	R2, R5	RES, 562, 1%, 0.125 W, 0805	CRCW0805562RFKEA	Vishay - Dale	2
12	SH - J1, SH - J2	Shunt, 100mil, Gold plated, Black	SNT - 100 - BK - G	Samtec	2
13	TP1, TP2, TP3, TP4, TP5, TP6, TP7, TP8, TP9, TP10	Test Point, Miniature, SMT	5019	Keystone	10
13	U1, U2	ISO1211DR, D0008B (SOIC - 8)	ISO1211DR	Texas Instruments	2

5. 评估模块的原理图与布局

ISO1211EVM 的原理图以及 PCB 的顶层和底层布局为工程师们提供了详细的硬件设计参考。通过这些资料，工程师可以更好地理解评估模块的电路结构和物理布局，为后续的设计和优化工作提供依据。

6. 注意事项

6.1 评估用途限制

该评估模块仅用于评估隔离器参数性能，不得用于隔离电压测试。为防止损坏 EVM，施加的任何电源或数字输入/输出电压必须保持在推荐的工作范围内。

6.2 反向极性保护

若要获得现场输入的反向极性保护，请勿安装 R3 和 R6 电阻，使设备的引脚 5（SUB）处于浮空状态。

6.3 安全操作

在操作 EVM 时，用户必须在德州仪器推荐的规格和环境条件下进行，并采取合理的安全措施。超出指定的性能评级和规格可能会导致人身伤害、死亡或财产损失。同时，EVM 仅适用于技术合格的专业电子专家，用户需承担正确和安全处理及使用 EVM 的全部责任。

总之，ISO1211EVM 为工程师们提供了一个全面的平台，用于评估 ISO1211 隔离数字输入接收器的性能。通过合理的设置和操作，结合对相关注意事项的遵守，工程师们可以更高效地进行隔离系统的开发和分析。你在使用类似评估模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。