Realizzare la nostra scheda audio USB con isolamento galvanico. Isolamento galvanico dell'interfaccia USB

Tutto è iniziato come al solito, ho deciso di fare qualcosa di diverso dal non fare nulla dall'eccesso di tempo libero. Poi mi sono ricordato che i miei amici si lamentavano del mio microfono nella discordia, si sentiva una sorta di interferenza digitale e se iniziavo a copiare i file sul mio computer, in generale. Compri una normale scheda audio? Questo non riguarda noi.

Chi è interessato chiedo sotto il gatto.

Scegliere un chip codec

In generale, non sono un fan di fare elettronica da qualsiasi cosa, nemmeno per me stesso, specialmente da componenti cinesi con Ali, quindi la prima cosa che facciamo è andare a Digikey e cercare qualcosa. Il primo pensiero è stato quello di prendere un chip codec completo e collegarlo a STM32, e solo da lui USB... In linea di principio, non è difficile, ma a un certo punto mi sono reso conto che non volevo preoccuparmi così tanto e ho deciso di trovare qualcosa "tutto in uno". Google ha rilasciato in modo persistente CM108 a partire dal Elettronica C-Media, produttore con sede a Taiwan. Bene, ok, così sia

Il codec richiede se stesso EEPROM, e offre anche un analogo specifico da STMicroelectronics M93C46-WMN6TP L'ho trovato rapidamente sulla stessa chiavetta digitale (Circuiti integrati (IC)> Memoria). Per ogni evenienza, ho collegato il suo alimentatore attraverso il filtro in modo che non ci portasse nulla di male all'alimentazione del codec.

Anche quarzo, ecc. A me piace fare tutto più piccolo e compatto, poi metto la serie ABM3(ABM3-12.000MHZ-B2-T) 5 sul 3.2 mm (non mettere lo stesso gigante HC-49)

Connettori audio

Successivamente, stiamo cercando i connettori per cuffie e microfono stessi. personalmente preferisco CUI per audio e semplici connettori di alimentazione domestica 5.5 , io li metto sempre, ovviamente, in cerca su digikey (Connettori, Interconnessioni > Barilotto - Connettori Audio).

Nel mio caso, avevo già un componente pronto nella libreria sotto SJ2-3574A-SMT da L'ho già usato prima, sarebbe possibile scegliere multicolore (in CUI c'è), ma non volevo (lo faccio da solo, in qualche modo lo capirò).

Solitamente i condensatori sono posti in serie ( 0.47uF o 1uF, potere 4.7uF), può essere tantalio o ceramica, ma è meglio usare la pellicola. Nel circuito di riferimento nella scheda tecnica che offrono 470uF, che è troppo, scegliamo 0.47uF(se hai bisogno di bassi molto bassi, allora puoi 1uF). I condensatori a film sono disponibili in SMD casi, che è molto conveniente, ho messo ECP-U1C474MA5 nel caso 1206 .

Isolamento galvanico alimentazione

E ora la parte divertente

CM108 ha 2 modalità, 100 mA e 500 mA, ovviamente, ho scelto più grasso, in modo che in grande stile, 500 mA * 5 V = 2,5 W, un po' con un margine, dobbiamo trovare una soluzione da qualche parte su 3W, imposta i parametri (nella sezione Alimentatori - Montaggio su scheda> Convertitori DC DC) e vedi cosa costa meno, ricordandoti anche di eliminare i produttori di cui non ti fidi veramente. La scelta è caduta su CC3-0505SF-MI a partire dal TDK(anche se volevo davvero mettere da murata!). Costa molto, 11 dollari, ma non si può fare a meno.

Dopodiché, ho messo un filtro, senza dimenticare i condensatori 0.01uF e 0.001uF per estirpare qualsiasi eresia ad alta frequenza tk. striscia anche attraverso la galvanica. Di più 100uF elettrolita, non sarà sicuramente superfluo.

Disaccoppiamento dell'interfaccia

Il disaccoppiamento di potenza è buono, ma non fa male slegarlo da soli USB interfaccia. Nella sezione Isolatori Digitali (Isolatori> Isolatori Digitali) puoi trovarne uno adatto, ho scelto ADUM4160 a partire dal Dispositivi analogici.

Non dimenticare di stringere DATI P sul USB interfaccia a 3.3V da questo dice all'host (PC) che un dispositivo è stato collegato alla porta e sarebbe necessario iniziare a lavorarci, in modo amichevole questa parentesi dovrebbe essere all'interno del microcircuito, ma per qualche motivo non c'è.

Bene, le piccole cose

Me stessa USB connettore ovviamente da Molex, puoi anche da TE o Wurth... Oppure guarda gli altri, ma penso che sia meglio scegliere tali connettori tra questi tre, il resto è buono, ma in un modo diverso.

Ho anche deciso che se sono stati spesi così tanti soldi per il cibo pulito, allora tutto deve essere fatto bene fino alla fine, e il disaccoppiamento tra digitale e analogico non fa eccezione. Inoltre, al posto del solito ponticello sulla scacchiera, ho messo un filtro BLM15(quando si cabla la scheda, è meglio avvicinare la separazione di terra alla massa principale, cioè a GND l'uscita del nostro isolatore per l'alimentazione, lì la massa digitale e analogica dovrebbe divergere)

Conclusione

Bene, questo è tutto, ho steso la tavola in 4 strati di una classe standard, dopo la preparazione per la produzione costerà circa 130 rubli. Inoltre, 4 livelli sono migliori in termini di fatto che è meglio creare poligoni di potenza, terra e terra digitale come poligoni a tutti gli effetti, in modo amichevole, ogni alimentatore ha il suo livello, ma ho potere e digitale atterrare su uno.

Dall'idea al layout completo ci è voluta circa un'ora e mezza. La tavola è uscita di dimensioni 22 sul 66 mm.

Onestamente, mentre scrivevo l'articolo, già non volevo ordinare a pagamento (beh, come sempre), quindi che sia almeno un articolo.

P.S. Spesso ammazzo il tempo in questo modo diffondendo vari progetti, dai semplici caricabatterie wireless ai processori di cablaggio e... Perdo interesse nella maggior parte dei casi (e poiché è gratuito, non c'è bisogno di spendere soldi per i componenti).Se sei interessato a tali articoli, puoi offrire le tue idee per i prossimi progetti

P.P.S. A causa del fatto che la scheda non ha ordinato e non ha verificato, sono possibili errori.

1. C'è un isolamento galvanico dalla porta USB?

   Gli oscilloscopi USB non sono isolati galvanicamente dalla porta USB. Anche il portatile e il desktop non hanno disaccoppiamento dalla porta USB quando sono collegati a un computer. Il motivo è che la velocità di trasferimento dei dati tra il dispositivo e il computer è di 240 Mbps. Una tale velocità non può essere "scatenata" da un trasformatore. L'isolamento ottico a questa velocità sarà molto costoso. Tuttavia, i dispositivi USB devono semplicemente essere isolati da terra quando si misurano i dispositivi collegati alla rete. Ci sono diversi approcci per questo.

   1. Usa un laptop (netbook). Non ha alcun contatto di terra e l'alimentatore pulsato è isolato galvanicamente.
   2. Utilizzare un computer alimentato da un UPS scollegato.
   3. Utilizzare un dispositivo separato per l'isolamento galvanico dei dispositivi USB. Fornisce una velocità massima di 12 Mbps, ma poiché gli oscilloscopi USB sono retrocompatibili con USB 1.1, funzioneranno a questa velocità, sebbene la frequenza di aggiornamento del segnale sullo schermo sarà di diversi fotogrammi al secondo.
2. Qual è il livello massimo del segnale misurato?

   Il valore del passaporto del livello di segnale massimo applicato all'ingresso durante la misurazione è 35V. quando si utilizza un attenuatore in modalità 1X, non misurare un segnale la cui oscillazione di picco supera i 35V. Se si sospetta che il segnale misurato abbia un valore di picco maggiore, spostare l'attenuatore in posizione 10X. 35V è il valore di picco di targa che include sia la componente DC che le oscillazioni AC con una frequenza inferiore a 10KHz. Ad esempio, se il componente CC è 20 V e il componente CA ha un'ampiezza di 60 V, l'oscillazione avverrà da -10 V a 50 V. Picco: 50V. In questo caso, utilizzare la modalità 10X sull'attenuatore della sonda.

3. Qual è la protezione all'ingresso?

   All'ingresso è installato un diodo di protezione. Gli ingegneri del produttore hanno affermato che se il contatto della sonda "massa" è collegato a "massa" (il concetto di "massa" è relativo, spesso significa "filo comune"), il dispositivo dovrebbe funzionare senza problemi e anche se il limite massimo è superato anche 2 volte. Tuttavia, questa non è la modalità operativa nominale dell'oscilloscopio e in caso di guasto del dispositivo non è un caso di garanzia.

4. Da quale valore viene calcolato il livello di rumore?

   Il valore assoluto del rumore differisce in base alle diverse impostazioni del valore V/div e viene calcolato dal fondo scala. Ad esempio, con un valore di 5 V/div e un livello di rumore specificato del 3%, il valore di rumore assoluto massimo è: 5 V * 8 divisioni * 3% = 40 * 0,03 = 1,2 V. Il superamento di questo livello è un difetto del dispositivo. Qualsiasi livello di rumore inferiore a questo valore è il normale funzionamento del dispositivo. Dalla nostra pratica di testare i dispositivi, la maggior parte ha un livello di rumore di circa l'1,5%, ma alcuni in realtà hanno un rumore più vicino al 3%.

5. Quanti bit significativi ci sono realmente nell'ADC?

   I 2090.2150.2250 dispositivi utilizzano un ADC a 8 bit. Alle basse frequenze, il numero di bit significativi è vicino a 8. All'aumentare della frequenza, il numero di bit significativi diminuisce gradualmente. Alle frequenze più alte, è superiore a 6 bit. Il produttore non fornisce valori di frequenza esatti e grafici di dipendenza.

6. Cosa succede se il LED non si accende quando si collega il dispositivo all'USB?

   Innanzitutto, controlla se il computer è acceso, se la porta USB funziona (collega un dispositivo funzionante noto, ad esempio un'unità flash). Installare i driver dell'oscilloscopio corretti. Senza driver, l'oscilloscopio potrebbe non inizializzarsi e il LED non si accenderà. Prova a fare tutto questo su un altro computer. Se tutto il resto fallisce, è molto probabile che l'oscilloscopio sia difettoso. Questo di solito si verifica a causa del superamento del livello massimo consentito del segnale misurato o della violazione delle condizioni operative.

7. Qual è la velocità di trasmissione USB?

   Il produttore utilizza il chip CY68013A, che in teoria può fornire fino a 480 Mbps, ma la velocità di trasferimento effettiva tra il dispositivo e il computer è di 240 Mbps.

8. L'oscilloscopio può essere utilizzato con USB 1.1?

   Sì, puoi, ma è molto difficile a causa della velocità di trasmissione molto bassa (12Mbps).

9. Si sentono dei clic dal dispositivo quando si cambia V / div. Questo va bene?

   Sì. L'oscilloscopio utilizza relè di qualità per commutare i segnali. Creano questi suoni.

10. Dove posso vedere il dispositivo in forma aperta?

    Il modello DSP-2150 è mostrato qui: http://www.artem.ru/cgi-bin/photo?c=l&cid=115 Non abbiamo foto di altri modelli.

11. Nella documentazione e sul sito Web, la dimensione del buffer è indicata come 10-32 o 10-64K. Qual è la dimensione effettiva del buffer?

    La dimensione totale del buffer è 64 KB. In modalità dual-channel, la dimensione del buffer per canale va da 10K a 32K. In modalità a canale singolo da 10K a 64K. La dimensione del buffer può essere selezionata nel programma. Non tutte le dimensioni del buffer sono disponibili con determinate impostazioni della frequenza di campionamento.

12. Come viene utilizzata l'interpolazione del segnale? Perché è necessario?

    Quanto segue è vero solo per il modello DSO-2150. Per altri modelli, i valori di buffer, velocità e limiti dell'inizio dell'uso dell'interpolazione possono essere diversi.

    Spiegazione del produttore:

    Per valori inferiori a 10μs per divisione, viene utilizzata l'interpolazione dei dati (sinX) / X.

    Inoltre, il nostro ragionamento (la loro correttezza non è garantita):

    C'è solo una dimensione del buffer disponibile a questa velocità - 10.000 campioni. Ci sono 10 barre sullo schermo. Noi abbiamo:
    10 μs / div * 10 div = 100 μs a schermo intero
    10.000 campioni / 100 μs = 100.000.000 di campioni / 1 sec
    quelli. a 10μs/divisione la velocità sarà di 100MS/s.
    Se impostiamo la successiva divisione più piccola (4 μs), la velocità di misurazione richiesta aumenta di 2,5 volte. Per riempire lo schermo con 10.000 misurazioni nel periodo assegnato, è necessaria una velocità di 250 MS / s e l'oscilloscopio DSO 2150 fornisce un massimo di 150 Ms / s. Cosa fare? Interpolare! Quelli. per DSO-2150 a 4μs / divisione e meno, non ha davvero il tempo di misurare tutti i 10.000 valori, ma misura quanto può e trasmette i dati, e il software attinge da essi usando sin (x) / x o un'altra interpolazione selezionata modalità.
    Attenzione! L'utilizzo della modalità di interpolazione sin (x) / x carica pesantemente il processore e rallenta la visualizzazione delle informazioni nel programma.

13. Dove è meglio collegare l'oscilloscopio direttamente a un computer o a uno switch USB esterno?

    Il produttore consiglia di collegare l'oscilloscopio direttamente al computer utilizzando entrambe le spine. Nella nostra pratica, il collegamento a uno switch USB esterno non influisce sulla qualità del segnale, ma aiuta a ridurre il carico corrente sulle porte del computer.
    La nostra conclusione: puoi connetterti sia al computer che allo switch.

14. Il dispositivo continua a misurare durante la trasmissione dei dati?

    No. L'oscilloscopio funziona in sequenza. Innanzitutto, riempie il buffer con i dati misurati, quindi trasferisce i dati ricevuti tramite USB. Non vengono effettuate misurazioni durante la trasmissione e il trigger può essere saltato.

15. Qual è la frequenza di campionamento massima?

    Per il dispositivo DSO-2150, è 150 MHz. Questa frequenza è raggiungibile solo in modalità a canale singolo. Quando si utilizzano entrambi i canali, la frequenza massima è di 75 MHz per canale. Allo stesso modo per altri modelli.

Altre domande

1. Quali sono i vantaggi di acquistare da noi?
   • Capiamo cosa stiamo vendendo;
   • Abbiamo consegne DIRETTE ufficiali dalla Cina;
   • Abbiamo una connessione con gli ingegneri del produttore e possiamo riferire loro le tue domande;
   • Abbiamo buoni prezzi;
   • Spediamo merci in tutta la Russia;
   • Diamo una garanzia fino a 3 anni;
   • Abbiamo tradotto la documentazione per voi;
   • Puoi restituirci il dispositivo entro 14 giorni dalla ricezione se non ti sta bene.
2. Hantek, Voltcraft, Darkwire, Protek, Acetech sono la stessa cosa?

   Sì. Il vero produttore è QINGDAO Hantek Elelctronic Co. (http://www.hantek.com.cn) a Qingdao, dove si trova uno dei maggiori centri industriali della RPC. Consentono ad alcuni fornitori di rietichettare i propri prodotti con i marchi del venditore.

Come scegliere un modello?

Prima di tutto, devi decidere con quali segnali di frequenza lavorerai.

Esistono tre parametri principali: larghezza di banda analogica, frequenza di campionamento e larghezza di banda in tempo reale.

La larghezza di banda analogica e la frequenza di campionamento sono specificate nei dati del passaporto.

La larghezza di banda in tempo reale viene calcolata come la frequenza di campionamento divisa per 2,5.

Matematicamente, dovrebbe essere diviso per 2, ma questo è un valore limite per condizioni ideali e un filtro ideale, che non dovrebbe essere particolarmente atteso.

La frequenza di campionamento è uguale al numero di campioni (campioni) al secondo.

Gli oscilloscopi digitali, in teoria, possono funzionare in tempo reale e in modalità di campionamento equivalente.

Il campionamento in tempo reale consente di modellare con precisione anche un singolo segnale. Un segnale ripetuto è considerato come un insieme di segnali singoli. La larghezza di banda in tempo reale svolge un ruolo importante in questa modalità.

Supponiamo di avere un segnale a 50 MHz e un oscilloscopio con una larghezza di banda analogica di 400 MHz e una frequenza di campionamento di 100 MHz. Ahimè, non sarà in grado di riprodurre il segnale qualitativamente, poiché 100 MHz / 2,5 è inferiore a 50 MHz. Quelli. la larghezza di banda in tempo reale è inferiore alla frequenza del segnale misurato, quindi, per la modalità di misurazione in tempo reale, la larghezza di banda analogica deve essere almeno uguale alla frequenza del segnale misurato e la frequenza di campionamento deve essere almeno 2,5 volte la frequenza del segnale misurato. Tuttavia, se un segnale con una frequenza di 50 MHz viene considerato con una frequenza di campionamento di 100 MHz, ci saranno solo due misurazioni per un periodo, il che potrebbe non essere sufficiente per te, ad es. più volte la frequenza di campionamento supera la frequenza del segnale, più accuratamente viene visualizzata la forma d'onda del segnale osservato.

I modelli DSO 2090,2150.2250 funzionano in tempo reale.

In modalità Equivalent Sampling, l'oscilloscopio preleva più campioni di un segnale ripetitivo, ricevendo ogni volta un valore di segnale con un offset diverso dal trigger. In effetti, molti punti vengono misurati in segnali diversi e da essi viene ricostruita l'esatta forma d'onda: si tratta di una sorta di metodo di approssimazione successiva. Ovviamente questo metodo funziona solo per un segnale preciso e ripetitivo. In questa modalità, la larghezza di banda analogica gioca il ruolo principale, la frequenza di campionamento non è così importante.

Supponiamo di avere un segnale ripetuto da 200 MHz e un oscilloscopio con larghezza di banda analogica di 200 MHz e frequenza di campionamento di 100 MHz in modalità di campionamento a tempo equivalente. Si otterrà una buona visualizzazione della forma d'onda poiché la larghezza di banda analogica salterà la forma d'onda e la forma d'onda verrà recuperata da più misurazioni in punti diversi dal rilevamento del trigger.

I modelli DSO 2090,2150.2250 non hanno un campionamento equivalente. Modello che supporta questa modalità: DSO-5200A.

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Perché è necessario?

Una particolarità dello standard USB è che le periferiche hanno una massa comune con l'host USB e sono collegate elettricamente alla “massa sporca” di un alimentatore pulsato e, di conseguenza, dell'intero PC.
Se il computer non è messo a terra correttamente (è necessario un terzo cavo di terra valido separato nella presa europea), oltre a rumore e interferenze, è possibile ottenere una "fase" della tensione di rete e un potenziale di ca. 110V con tutto ciò che implica.

L'isolatore USB elimina i loop di massa, disconnette elettricamente la terra sporca, riduce le interferenze e il rumore e protegge i PC e le apparecchiature esterne da eventuali danni. Ciò è particolarmente utile quando si lavora con strumenti di misura basati su PC (oscilloscopi USB, analizzatori logici, ecc.) o in ambienti industriali ed è un must nelle apparecchiature mediche.

Nella nostra applicazione audio, sarà anche utile isolare galvanicamente il PC e il DAC USB esterno.
Gli isolatori USB industriali costano $ 200… $ 400. Ti consiglio di risparmiare un po' e fare una nuova esperienza!

Come funziona l'ADuM4160?

Analog Devices produce una serie di isolatori USB digitali utilizzando la tecnologia brevettata iCoupler.

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Esiste una cosa nell'elettronica come l'isolamento galvanico. La sua definizione classica è il trasferimento di energia o un segnale tra circuiti elettrici senza contatto elettrico. Se sei un principiante, questa formulazione sembrerà molto generale e persino misteriosa. Se hai esperienza di ingegneria o ricordi bene la fisica, molto probabilmente hai già pensato a trasformatori e fotoaccoppiatori.

L'articolo sotto il taglio è dedicato a vari metodi di isolamento galvanico segnali digitali... Ti diremo perché è necessario e in che modo i produttori implementano una barriera di isolamento "all'interno" dei moderni microcircuiti.

Il discorso, come già accennato, verterà sull'isolamento dei segnali digitali. Più avanti nel testo, per isolamento galvanico si intende la trasmissione di un segnale informativo tra due circuiti elettrici indipendenti.

Perché è necessario?

Ci sono tre compiti principali che vengono risolti disaccoppiando un segnale digitale.

La prima cosa che viene in mente è la protezione contro le alte tensioni. In effetti, fornire isolamento galvanico è un requisito di sicurezza per la maggior parte degli apparecchi elettrici.

Lascia che il microcontrollore, che ha naturalmente una piccola tensione di alimentazione, imposti i segnali di controllo per un transistor di potenza o un altro dispositivo ad alta tensione. Questo è più di un compito comune. Se non c'è isolamento tra il driver, che aumenta il segnale di controllo in termini di potenza e tensione, e il dispositivo di controllo, il microcontrollore corre il rischio di bruciarsi semplicemente. Inoltre, i dispositivi I / O sono generalmente collegati a circuiti di controllo, il che significa che una persona che preme il pulsante "accendi" può facilmente chiudere il circuito e ottenere un colpo di diverse centinaia di volt.

Quindi, l'isolamento galvanico del segnale serve a proteggere le persone e la tecnologia.

Non meno diffuso è l'uso di microcircuiti con barriera di isolamento per interfacciare circuiti elettrici con diverse tensioni di alimentazione. Qui tutto è semplice: non c'è "connessione elettrica" ​​tra i circuiti, quindi il segnale, i livelli logici del segnale di informazione all'ingresso e all'uscita del microcircuito corrisponderanno all'alimentazione su "ingresso" e "uscita" circuiti, rispettivamente.

L'isolamento galvanico viene utilizzato anche per migliorare l'immunità dei sistemi. Una delle principali fonti di interferenza nelle apparecchiature elettroniche radio è il cosiddetto filo comune, spesso questo è il corpo del dispositivo. Quando si trasmettono informazioni senza isolamento galvanico, il filo comune fornisce il potenziale totale del trasmettitore e del ricevitore necessario per trasmettere il segnale di informazioni. Poiché il filo comune di solito funge da uno dei poli di potenza, il collegamento di vari dispositivi elettronici ad esso, in particolare quelli di potenza, porta a rumore impulsivo a breve termine. Vengono eliminati sostituendo il "collegamento elettrico" con un collegamento a barriera di isolamento.

Come funziona

Tradizionalmente, l'isolamento galvanico si basa su due elementi: trasformatori e optoaccoppiatori. Se omettiamo i dettagli, i primi vengono utilizzati per i segnali analogici e i secondi per i segnali digitali. Stiamo considerando solo il secondo caso, quindi ha senso ricordare al lettore chi è l'accoppiatore ottico.

Per trasmettere un segnale senza contatto elettrico, viene utilizzata una coppia di emettitori di luce (il più delle volte un LED) e un fotorilevatore. Il segnale elettrico in ingresso viene convertito in "impulsi luminosi", passa attraverso lo strato di trasmissione della luce, viene ricevuto dal fotorilevatore e riconvertito in segnale elettrico.

L'accoppiatore ottico è molto popolare ed è stata l'unica tecnologia di disaccoppiamento del segnale digitale per diversi decenni. Tuttavia, con lo sviluppo dell'industria dei semiconduttori, con l'integrazione di tutto e tutti, sono comparsi microcircuiti che implementano una barriera di isolamento a scapito di altre tecnologie più moderne.

Gli isolatori digitali sono microcircuiti che forniscono uno o più canali isolati, ognuno dei quali "supera" l'optoaccoppiatore in termini di velocità e precisione di trasmissione del segnale, in termini di immunità alle interferenze e, molto spesso, in termini di costo per canale.

La barriera di isolamento degli isolatori digitali è prodotta utilizzando varie tecnologie. Azienda famosa Dispositivi analogici negli isolatori digitali ADUM utilizza un trasformatore di impulsi come barriera. All'interno della custodia del microcircuito sono presenti due cristalli e un trasformatore di impulsi realizzati separatamente su un film di poliimmide. Il trasmettitore a cristallo genera due brevi impulsi sulla parte anteriore del segnale di informazione e un impulso sul decadimento del segnale di informazione. Un trasformatore di impulsi consente, con un piccolo ritardo, di ricevere impulsi sul cristallo del trasmettitore, attraverso il quale viene eseguita la conversione inversa.

La tecnologia descritta viene utilizzata con successo nell'implementazione dell'isolamento galvanico, per molti aspetti è superiore agli accoppiatori ottici, ma presenta una serie di svantaggi associati alla sensibilità del trasformatore alle interferenze e al rischio di distorsione quando si lavora con brevi impulsi di ingresso.

Un livello molto più elevato di immunità alle interferenze è fornito nei microcircuiti, in cui è implementata una barriera di isolamento sui condensatori. L'uso di condensatori elimina l'accoppiamento DC tra il trasmettitore e il ricevitore, che è equivalente all'isolamento galvanico nei circuiti di segnale.

Se l'ultima frase ti emoziona..

Se senti un ardente desiderio di urlare che non può esserci isolamento galvanico sui condensatori, allora ti consiglio di visitare thread come questo. Quando la tua rabbia si placa, nota che tutta questa controversia risale al 2006. Come sapete, non ci torneremo, come nel 2007. E gli isolatori con una barriera capacitiva sono prodotti da molto tempo, sono usati e funzionano perfettamente.

I vantaggi del disaccoppiamento capacitivo sono l'elevata efficienza energetica, le ridotte dimensioni e la resistenza ai campi magnetici esterni. Ciò consente di creare isolatori integrati economici con alti tassi di affidabilità. Sono prodotti da due aziende - Texas Instruments e Laboratori di silicio... Queste aziende utilizzano tecnologie diverse per la creazione del canale, ma in entrambi i casi viene utilizzato il biossido di silicio come dielettrico. Questo materiale ha un'elevata rigidità dielettrica ed è stato utilizzato nella produzione di microcircuiti per diversi decenni. Di conseguenza, SiO2 è facilmente integrato in un cristallo e uno strato dielettrico spesso diversi micrometri è sufficiente per fornire una tensione di isolamento di diversi kilovolt.

Su uno (Texas Instruments) o su entrambi (Silicon Labs), che si trovano nella custodia dell'isolatore digitale, ci sono i pad del condensatore. I cristalli sono collegati attraverso questi pad, quindi il segnale di informazioni viaggia dal ricevitore al trasmettitore attraverso la barriera di isolamento.

Sebbene Texas Instruments e Silicon Labs utilizzino tecnologie di integrazione della barriera capacitiva su chip molto simili, utilizzano principi completamente diversi per la trasmissione del segnale di informazioni.

Ogni canale isolato di Texas Instruments è un circuito relativamente complesso.

Consideriamo la sua "metà inferiore". Il segnale informativo viene inviato ai circuiti RC, dai quali vengono prelevati brevi impulsi lungo la parte anteriore e posteriore del segnale di ingresso e il segnale viene ripristinato da questi impulsi. Questo modo di passare la barriera capacitiva non è adatto per segnali a variazione lenta (bassa frequenza). Il produttore risolve questo problema duplicando i canali: la "metà inferiore" del circuito è un canale ad alta frequenza ed è destinata a segnali da 100 Kbps.

I segnali con una frequenza inferiore a 100 Kbps vengono elaborati sulla "metà superiore" del circuito. Il segnale in ingresso subisce una modulazione PWM preliminare con un'elevata frequenza di clock, il segnale modulato viene applicato alla barriera di isolamento, il segnale viene ricostruito utilizzando impulsi dai circuiti RC e ulteriormente demodulato.
Il circuito decisionale all'uscita del canale isolato "decide" da quale "metà" deve essere applicato il segnale all'uscita del microcircuito.

Come mostrato nel diagramma del canale dell'isolatore di Texas Instruments, sia i canali a bassa frequenza che ad alta frequenza utilizzano la trasmissione del segnale differenziale. Permettetemi di ricordare al lettore la sua essenza.

La trasmissione differenziale è un modo semplice ed efficace per proteggersi dal rumore di modo comune. Il segnale in ingresso sul lato del trasmettitore è "suddiviso" in due segnali V+ e V- inversi tra loro, che risentono ugualmente di interferenze di modo comune di diversa natura. Il ricevitore sottrae i segnali e, di conseguenza, l'interferenza Vsp viene eliminata.

La trasmissione differenziale viene utilizzata anche negli isolatori digitali di Silicon Labs. Questi microcircuiti hanno una struttura più semplice e affidabile. Per passare attraverso la barriera capacitiva, il segnale in ingresso è sottoposto a modulazione OOK (On-Off Keying) ad alta frequenza. In altre parole, un "uno" del segnale informativo è codificato dalla presenza di un segnale ad alta frequenza e uno "zero" - dall'assenza di un segnale ad alta frequenza. Il segnale modulato passa attraverso una coppia di condensatori senza distorsioni e viene recuperato lato trasmettitore.

Gli isolatori digitali di Silicon Labs superano gli ADUM nella maggior parte delle aree chiave delle prestazioni. I circuiti integrati di TI forniscono circa la stessa qualità di lavoro di Silicon Labs, ma in alcuni casi sono inferiori nell'accuratezza della trasmissione del segnale.

Dove funziona?

Vorrei aggiungere alcune parole su quali microcircuiti utilizzano una barriera di isolamento.
I primi sono isolatori digitali. Rappresentano diversi canali digitali isolati combinati in un unico alloggiamento. Sono disponibili microcircuiti con varie configurazioni di canali unidirezionali di ingresso e di uscita, isolatori con canali bidirezionali (utilizzati per isolare interfacce bus), isolatori con controller DC/DC integrato per l'isolamento dell'alimentazione.