请访问：analog.com/cnAIN 1AIN 2Group GNDxGNDAINxmAIN 1AIN 2Group y GNDyGNDAINynAIN1GND1GNDAIN2GND2GNDAINmGNDmGND工业隔离状态简介由于严格的稳定性要求，通道间隔离是许多应用(如天然气和石油工厂及发电厂)中模拟输入模块的常见需求。尤其对于热电偶/热电阻模块而言更是如此，它们的小信号易受噪声的影响且裸露检测元件可能接触到高共模电压。本文将概述用于模拟输入模块的易设计型高密度通道间隔离解决方案。随附的测 试结果表明，16通道、2.5 kV rms通道间隔离演示板可轻松通过 EN55022 class B测试标准要求。隔离拓扑和通道间隔离设计挑战通常，过程控制输入采用组隔离或通道间隔离，参见图1。对于组隔离，多个输入通道组合在一起以共用一个隔离栅，包括电源隔离和信号隔离。与通道间隔离相比，这样可以节省成本，但限制了组内通道间的共模耐压差别，这意味着应尽量将这些通道全部放在同一区域中。通道间隔离(如图1右侧所示)总方案编号：APM_PLC-AI_2016 用于高端TC/RTD模块的 16通道间隔离型模拟输 入解决方案是有利于改进稳定性。话虽如此，每通道却需要更高的成本，因此工厂设计人员应仔细评估这一权衡。关于通道与通道间隔离设计，主要的设计挑战是什么？X需要高电压隔离能力。需要同时考虑电源和数据隔离，隔离电压可超过2.5 kV。X需要考虑高通道密度的需求和有限空间的限制。传统的变压器封装太大，难以实现封装和PCB布局。X需要考虑高可靠性。关键部分的隔离器件通常需要UL/CSA认证，且定制变压器的成本很高。X需要高集成度且易于设计。ADI最近推出了新一代isoPower产品ADuM5411，它于2016年7月发布，结合了我们最新的技术和改进型架构以同时提供数字信号隔离和电源隔离，从而可以解决上述挑战，向我们的客户提供更高集成度、稳定性、安全性和易用性。(a)组隔离型图1. (a)组隔离和(b)通道间隔离(b)通道间隔离式型2 用于高端TC/RTD模块的16通道间隔离型模拟输入解决方案16通道高密度通道与通道间隔离框图图2. ADI用于TC/RTD的16通道间隔离型AI模块解决方案AD71243.3 VADuM5411ADP2441ADuCM3029Touch Screen5 V24 VSPI DataAD71243.3 VADuM5411ADuM5411AD71243.3 VAD71243.3 VADuM5411ADuM5411AD71243.3 VAD71243.3 VADuM5411ADuM5411AD71243.3 VAD71243.3 VADuM5411ADuM5411AD71243.3 VAD71243.3 VADuM5411ADuM5411AD71243.3 VAD71243.3 VADuM5411ADuM5411AD71243.3 VAD71243.3 VADuM5411ADuM5411AD71243.3 VADuM5411AD71243.3 V请访问：analog.com/cn 3主产品简介器件描述主要特性优势 隔离器ADuM5411isoPower和四通道数字 隔离器最高150mW输出功率：2.5 kV rms；低功耗工作：3 V/5 V电平转 换；高数据速率：DC至150 Mbps (NRZ)，高共模瞬变抗扰度： 25 kV/s针对电源和数据同时隔离的高集成 度芯片ADCAD7124-4/ AD7124-8 24位差分/伪差分通道、 -型ADC，集成PGA19.2 kHz ODR (最大值)、超低功耗：255 A (最小值)、15.7个无噪声 位(2.4 KHz，增益 = 16)、19.4无噪声位(5Hz，增益 = 128)、单个周期 建立、50 Hz/60 Hz抑制 (25 SPS)、匹配可编程激励电流、交叉点多 路复用模拟输入、诊断功能(有助于SIL认证)针对温度测量的高度集成解决方案， 用于SIL设计的超强大诊断功能处理器/MCUADuCM3029微控制器 (ARM Cortex-M3内核)超低活动功耗：38 A/MHz、26 MHz时钟、1.8 V至3.6 V电源电 压、带可选RTC激活功能的关断性能、带ECC的128 kB/256 kB闪 存、4 kB缓存和64 kB SRAM (可配置)、安全性、硬件加密加速 器、CRC、用户代码保护、多奇偶校验位保护SRAM、3个SPI、 3个定时器、8通道1.8 MSPS 12位ADC。超低功耗、用户代码保护、合适的物 联网或其它低功耗设计多路复用器ADG758多路复用器4通道/8通道，5 V电源；最大导通电阻：3 ，保证先开后合式 开关动作极小封装 电源ADP2441同步降压DC-DC调节器宽输入电压范围：4.5 V至36 V，最大负载电流：1 A， 可调节输出：最低0.6 V，输出电压精度：1%低负载下的脉冲跳跃模式；300 kHz至 1 MHz可调节开关频率演示配置与测试结果图3. 使用AduM5411 isoPower技术的16通道热电偶/热电阻AI模块4 用于高端TC/RTD模块的16通道间隔离型模拟输入解决方案两种版本的PCB板设计用于验证，除了使用不同去耦电容方法之外几乎相同。 板1：ADuM5411使用Stitching电容的 16通道TC/RTD AI模块它集成了特殊布局特性以便在PCB中形成stitching电容，同时可配合电源线通路上的一些磁珠使用。板2：ADuM5411使用外部去耦电容的 16通道TC/RTD AI模块在PCB上的ADuM5411旁边再次利用外部电容，同时可配合电源线通路上的一些磁珠使用。EN55022测试结果根据EN55022规范在10m暗室内做了两组EMI对比测试。对于第一个测试，带stitching电容的板子使用情况如图3所示。图4显示了测试结果，该测试通过了EN55022 class B的标准要求，裕量约 为11.59 dB。对于第二个测试，使用了不带stitching电容的板， 而将3 kV、150 pF外部安规电容KEMET C1812C102KHRACTU安装在 AduM5411旁边。图5显示了测试结果，该测试也通过EN55022 class B标准要求，不过裕量相对有限，为0.82 dB，但是对于class A 仍然有非常充足的裕量。图4. PCB中内置拼接电容的EN55022 B类测试结果编号频率读数纠正结果限值裕量高度度备注 (MHz)(dBv)系数(dB/m)(dBv/m)(dBv/m)(dB)(cm)(deg) 130.000024.738.7116.0230.0013.984000peak 2101.780029.9117.6612.2530.0017.75400235peak 3189.080031.9613.5518.4130.0011.59199106peak 4256.010034.4213.7820.6437.0016.36300351peak 5508.210029.537.5921.9437.0015.06199344peak 6904.940028.311.3226.9937.0010.01100356peak请访问：analog.com/cn 5测试结果证明，相比使用安装在旁边的安规电容，IC下的拼接电容是个更有效的去耦合方法。 结论通道间隔离在高端过程控制系统中很常用。ADI的isoPower集成式iCoupler技术较传统的数字和电源隔离方法可实现通道密度的明显增加。它们还大大简化了设计工作，可以提高通道稳定性和可靠性。利用PCB中内置的stitching电容或安装在旁边的 安规电容，可以轻松地控制EMI辐射以便通过EN55022 Class B或 Class A标准。它是一场市场革命。 参考资料XAN-0971：isoPower器件的辐射控制建议 www.analog.com/cn/an-0971XAN-1349：将ADM2582E/ADM2587E RS-485/RS-422收发器辐射降 至最低的PCB实施指南 www.analog.com/cn/an-1349图5. PCB上带安规电容的非拼接电容的EN55022 B类测试结果编号频率读数纠正结果限值裕量高度度备注 (MHz)(dBv)Facror (dB/m)(dBv/m)(dBv/m)(dB)(cm)(deg) 1383.080033.559.6323.9237.0013.08200185peak 2508.210039.537.5931.9437.005 .06200340peak 3708.030036.833.5633.2737.003.7310048peak 4762.520037.082.3534.7337.002.2710049QP 5763.320038.532.3536.1837.000.82100100peak 6778.840035.902.2733.6337.003.3710064peak 7891.360032.681.4631.2237.005.7830074peak2016 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners Ahead of Whats Possible is a trademark of Analog Devices. BR14954sc-0-8/16 analog.com/cn关注ADI官方微信全球总部One Technology WayP.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106 U.S.A.Tel: (1 781) 329 4700Fax: (1 781) 461 3113大中华区总部上海市浦东新区张江高科技园区祖冲之路 2290 号展想广场 5 楼邮编 : 201203电话 : (86 21) 2320 8000传真 : (86 21) 2320 8222深圳分公司深圳市福田中心区益田路与福华三路交汇处深圳国际商会中心4205-4210 室邮编 : 518048电话 : (86 755) 8202 3200传真 : (86 755) 8202 3222北京分公司北京市海淀区上地东路 5-2 号京蒙高科大厦 5 层邮编 : 100085电话 : (86 10) 5987 1000传真 : (86 10) 6298 3574武汉分公司湖北省武汉市东湖高新区珞瑜路 889 号光谷国际广场写字楼 B 座 2403-2405 室邮编 : 430073电话 : (86 27) 8715 9968传真 : (86 27) 8715 9931亚洲技术支持中心 4006-100-006模拟与其他线性产品 china.supportanalog.com嵌入式处理与DSP产品 processor.chinaanalog.com 免费样片申请 www.analog.com/zh/sample在线购买 www.analog.com/zh/BOLADI在线技术论坛 ezchina.analog.com网址 www.analog.com/zh/CIC