眾所周知，隔離可防止高電壓對敏感電子組件造成損壞或對人造成傷害，另外它還可以透過大的地電位差消除通訊鏈路中的接地回路，來保持信號完整性。而經(jīng)常用于惡劣環(huán)境下的工業(yè)和儀器設備應用中的RS-485總線規(guī)范符合真正多點通信網(wǎng)絡的要求，根據(jù)該標準，單個（雙線）總線上最多可以連接32個驅動器和32個接收器。部分RS-485收發(fā)器改變輸入阻抗以允許最多8倍的節(jié)點連接至同一總線。
RS-485系統(tǒng)通常用于連接多個系統(tǒng)，電纜鋪設距離很長（有時超過4000米），因此總線和所連接的各系統(tǒng)之間的隔離非常關鍵。越來越普及的數(shù)字隔離技術在RS-485電纜網(wǎng)絡和與之連接的系統(tǒng)之間提供了重要的隔離，并防止過壓瞬變，同時避免在RS-485網(wǎng)絡中形成接地環(huán)路。在工業(yè)應用中，如今對隔離和數(shù)據(jù)收發(fā)存在兩大需求：更高的數(shù)據(jù)速率和更低功耗的工作模式。ADI公司的iCoupler®數(shù)字隔離器和RS-485收發(fā)器產(chǎn)品系列可以很好地滿足這兩大需求。
隔離式高速RS-485應用案例分析
對于高性能電機控制編碼器應用而言，通常需要更高的數(shù)據(jù)速率、更小的RS-485收發(fā)器封裝和IEC61000-4-2 ESD保護。ADI公司的ADM3065E/ADM3066E 50 Mbps收發(fā)器采用節(jié)省空間的10引腳LFCSP封裝，可提供±12kV（接觸）和±12kV（空氣）的IEC61000-4-2ESD保護功能，為EnDat編碼器提供了一套可靠的解決方案。此外，在ADM3065E/ADM3066E中添加高速穩(wěn)定的信號和功率隔離可以通過ADI公司isoPower ADuM6401或isoPower® ADuM6000及iCoupler ADuM241D系列來實現(xiàn)。
利用iCoupler和isoPower技術，可以向ADM3065E中增添兼具加強絕緣和5kV rms瞬態(tài)耐受電壓的電流隔離。ADuM6401提供了所需的四通道5kV rms信號隔離、最高 25 Mbps 的工作速率以及集成式DC/DC轉換器。ADuM6401配合ADM3065E（如圖1所示）需將VISO引腳配置為3.3V，具體方法是將VSEL引腳連接到GNDISO引腳，并將5V電源連接到VDD1引腳。在3.3V電壓下工作，即使數(shù)據(jù)速率達25Mbps，也可以確保ADM3065E 仍保持在ADuM6401的負載能力范圍內(nèi)。利用ADuM241D四通道數(shù)字隔離器和ADuM6000隔離式DC/DC轉換器，可以實現(xiàn)50Mbps數(shù)據(jù)速率以及ADM3065E隔離，如圖2所示。ADuM241D的數(shù)據(jù)速率最高可達150Mbps，能夠提供完全支持ADM3065E以50Mbps數(shù)據(jù)速率工作所需的精確時序。
圖 1: 信號和電源隔離的25Mbps RS-485 解決方案（簡化圖，未顯示全部連接。來源：ADI公司）
不過，以50Mbps數(shù)據(jù)速率工作的前提是使ADM3065E工作在3.3V電壓下。如果需要在5V電壓下工作，可以將ADuM6000上的VSEL引腳連接到VISO，但支持的最大數(shù)據(jù)速率會降低（例如，<10 Mbps）。更多信息，請參考ADuM241D和ADuM6000數(shù)據(jù)手冊。ADuM6401和ADuM6000isoPower器件中的DC/DC轉換器可為ADM3065E（和ADuM241D）提供穩(wěn)壓隔離電源。這兩款isoPower器件利用高頻開關元件，通過變壓器傳輸功率。用戶必須遵循輻射標準進行印刷電路板 (PCB)布局。
圖 2. 信號和電源隔離的50Mbps RS-485解決方案（簡化圖，未顯示全部連接，來源：ADI公司）
隔離式低功耗RS-485應用案例分析
而在電池供電系統(tǒng)、一些對續(xù)航敏感地應用（如井下、采礦）以及在4mA至20mA環(huán)路中工作的過程控制系統(tǒng)中，往往對低功耗工作模式具有較高需求。ADI公司的微功耗數(shù)字隔離器 ADuM1441在關斷模式下的靜態(tài)功耗低于23μA。ADI公司提供的ADM3483 3.3V、250 kbps RS-485收發(fā)器的靜態(tài)功耗也極低，關斷模式下通常僅2nA。圖1所示為適合井下應用穩(wěn)定可靠的低功耗隔離式RS-485 解決方案。ADM3483和ADuM1441共用可提供一條通往遠程地下測量節(jié)點的可靠低功耗鏈路。系統(tǒng)接口卡包括 ARM® Cortex® 微控制器單元 (MCU)、ADuCM3027和集成 模擬前端(AFE)AD7124-4，用于遠程溫度和壓力測量。系統(tǒng)接口卡的固件更新通過遠距離RS-485電纜提供，更新后能夠在最長1km的遠距離內(nèi)實現(xiàn)低數(shù)據(jù)速率傳輸（例如，9.6 kbps）。
圖 3. 適合井下應用穩(wěn)定可靠的ADI公司低功耗隔離式 RS-485 解決方案
圖4顯示了ADI公司ADuM1441微功耗、四通道、數(shù)字隔離器和ADM3483低功耗、半雙工RS-485收發(fā)器的組合。當ADM3483處于關斷模式（驅動器使能DE引腳為低電平，且接收器使能RE引腳為高電平）時，靜態(tài)電源電流通常僅為2nA（最大規(guī)范值為1μA）。如圖4所示，ADuM1441的引腳7和引腳10分別連接至GND1和GND2。這意味著當 ADuM1441隔離器處于無總線通信活動的關斷模式時，其靜態(tài)電流低于23μA。總體來說，該解決方案的靜態(tài)功耗低至24μA以下。
圖 4. 低功耗、隔離式RS-485節(jié)點(來源：ADI公司)
如果ADuM1441的引腳7和引腳10分別直接連接到VDD1和VDD2，則ADuM1441的靜態(tài)功耗僅1.2μA。這可以通過PCB 上的跳線連接來實現(xiàn)，用戶可以選擇將引腳7連接到VDD1 或GND1，還可以選擇將引腳10連接到VDD2或GND2。將ADuM1441中的1.2μA靜態(tài)功耗特性添加到ADM3483靜態(tài)電源中，可實現(xiàn)一個在關斷或待機模式下僅消耗2μA電流的完全隔離式RS-485節(jié)點。為了確保隔離器正常工作，ADuM1441的引腳7和引腳10必須分別連接到GND1和GND2。
RS-485總線標準是使用極為廣泛的物理層總線設計標準之一。以數(shù)字方式（ADI公司的iCoupler和isoPower）將RS-485與連接至總線的各系統(tǒng)隔離開來，可減少信號失真和誤差，并防止系統(tǒng)和組件發(fā)生系統(tǒng)和總線電壓和接地適配。并且通過不同隔離器和RS-485收發(fā)器型號的搭配，可輕松滿足工業(yè)應用中高速率和低功耗的不同應用場景需求。
（本文引自EEWORLD）
