Jenseits des Optokopplers: Digitale Isolatoren verstehen

Heino - Jenseits des Tales (Juni 2019).

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Jenseits des Optokopplers: Digitale Isolatoren verstehen


Optokoppler sind zweifellos effektiv, aber alternative Isolationstechnologien sind möglicherweise die bessere Wahl für Ihre Anwendung.

Zugehörige Informationen

  • Galvanische Isolierung: Zweck und Methoden

Die galvanische Trennung ist ziemlich einfach, wenn es sich um AC-Signale handelt. Reibungslos variierende Spannungen und Ströme sind so begierig, über die Grenzen leitender Verbindungen hinauszugehen, die sie naturgemäß für drei Arten isolierter Übertragung zulassen: Sie erzeugen über Transformatorspulen koppelbare Magnetfelder, über Kondensatorplatten koppelbare elektrische Felder und elektromagnetische Strahlung, die über Antennen übertragen werden kann.

Das Problem ist, dass wir oft Signale elektrisch isolieren müssen, die sich nicht ständig ändern. Typischerweise sind dies digitale Signale, die für längere Zeit auf logisch niedrig oder logisch hoch bleiben können. Eine Standardlösung für dieses Problem besteht darin, Licht zu verwenden, das die bequeme Fähigkeit hat, eine Kommunikation zwischen Sender und Empfänger mit niedriger Frequenz oder sogar im stationären Zustand zu schaffen, ohne eine direkte elektrische Verbindung herzustellen.

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Ein Röntgenbild eines Optokopplers, entnommen aus einem Dokument von Silicon Labs mit dem Titel "CMOS-Digital-Isolatoren ersetzen Optokoppler in industriellen Anwendungen".

Nachteile des Optokopplers in der Praxis

Optokoppler sind in vielen Systemen ausreichend, haben aber erhebliche Nachteile:

  • Im Zusammenhang mit moderner Low-Power-Elektronik ist der Strombedarf einer LED ziemlich hoch, und die LED eines Optokopplers muss immer leuchten, wenn das Eingangssignal logisch hoch ist. In einigen Systemen ist diese ineffiziente Verwendung von Leistung einfach inakzeptabel.
  • Optokoppler haben Zuverlässigkeitsprobleme. Vielleicht ist das Hauptproblem das Versagen der LED, aber die Zusammenfassung für diese Forschungsarbeit erwähnt unter anderem Interfacekontamination und thermomechanische Spannung, die mit der Feuchtigkeitsabsorption verbunden ist.
  • Die mit dem Optokoppler-Betrieb verbundenen Ausbreitungsverzögerungen verursachen lästige Datenratenbeschränkungen. Ich weiß nicht, ob es fair ist zu sagen, dass Optokoppler von Natur aus "langsam" sind, aber im Vergleich zu alternativen Geräten sind sie in der Tat langsam.
  • Ein Eingang und ein Ausgang eines Optokopplers sind keine typischen Logikgatter, und folglich kann die Schnittstelle zwischen dem Optokoppler und dem Rest des Systems Komponenten oder einen Entwurfsaufwand erfordern, die eliminiert werden können, wenn digitale Isolatoren verwendet werden.
  • Optokoppler-Herstellungstechniken machen es schwierig, mehrere Kanäle in ein und dasselbe Paket zu integrieren.

Der RF-Ansatz

Normalerweise verbinden wir Funkfrequenzkommunikation mit Fernsystemen, aber es gibt keinen Grund, warum Sie sie nicht für (sehr) Nahbereich-Anwendungen wie die Digitalsignal-Isolation verwenden können. Die Idee hier ist, einen Träger entsprechend dem digitalen Eingangssignal zu modulieren, das modulierte Signal über eine Isolationsbarriere zu übertragen und dann das Signal zu demodulieren.