数字隔离器可以满足EMC(电磁兼容性)挑战

描述

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递到中央控制器进行处理和分析。系统根据与用户输入一起执行的分析结果进行优化。为了保持对用户界面强制要求的安全性并防止瞬变从源耦合,需要电流隔离。这些系统的例子是精密机械臂,需要在需要在除颤期间操作的电弧焊机或病人监护仪等恶劣的工业环境中运行。

设计系统时必须考虑市场要求,EMC特别需要满足要求。在向欧盟销售产品时,需要CE标志,并且向美国销售产品的类似要求需要FCC分类。获得这些认证需要在系统上执行一系列EMC测试并通过。

EMC可以被认为是一个好邻居 - 不会产生太多噪音,并且当你的邻居吵闹时也能容忍。这可以在图1中看到,其中EMC可以分为两个区域:免疫和排放。排放可以进一步分为传导排放和辐射排放,而免疫可以分为传导免疫,辐射免疫,瞬态免疫和容错。

数字隔离

存在针对不同类别的系统标准,并且需要能够达到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标准,辐射抗扰度必须符合IEC61000-4-3。瞬态可分为三类: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。

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室内安全解决方案领域的另一项重大进展是从有线到无线接口的大规模转变,不仅在各个传感器节点和控制面板之间,而且从整个系统部署到相关联远程监控站或运营中心。几十年来,传感器与面板的连接是使用低压串行布线制成的,大多数情况下是许多其他建筑控制应用中常见的RS-485类型。这种硬连线接口需要大量的工作和系统安装的成本增加。随着极低功耗和短距离无线技术的出现,许多制造商已将其硬件系统组合扩展到包括无线系统版本,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,并且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,通过扩展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电话线或POTS连接到远程监控站或运营中心,已经发展到利用Wi-Fi /网关互联网链路,以及地面移动电话网络连接,拓宽了部署选项的竞争环境,同时也消除了入侵检测系统安装中固定电话连接的硬性要求。

一旦系统设计出现就会遇到EMC问题因为可用于解决EMC的技术随着您的设计而进一步降低,所以要解决这个问题非常具有挑战性。在项目开始时设计EMC对于最大限度地减少板载迭代所花费的时间至关重要,并且会缩短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,因为电流隔离屏障可以实现数据流,但可以防止电流流动。同时,数字隔离器应遵循良好的邻居规则,不要引起噪声扰乱其相邻组件。可以使用跨越隔离屏障的不同耦合元件来实现电流隔离。传统上,使用光学方法但是已经证明它们是耗电的并且由于发光源它们具有有限的寿命。数字隔离器可采用电感或电容耦合方法与绝缘材料(如聚酰亚胺和SiO 2 )实现,具有更长的使用寿命和更低的功耗。

ADI公司的新系列开/关键控 i 耦合器®数字隔离器ADuM1xx和ADuM2xx在隔离栅上实现电感耦合,并且已被证明是稳健的防止大的瞬态威胁。它们还能够以高数据速率运行时通过所需的辐射发射标准。新系列数字隔离器产品的一些特性包括:

抗高达16 kV pk基本电压瞬变的抗扰度

100 kV的共模瞬变抗扰度/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

极低的传播延迟为13 ns max

1.7 V至5.5 V的宽电源范围操作

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