信号和电源隔离RS-485现场总线高速或低功耗解决方案

简介ADI公司的iCoupler＆reg;数字隔离器和RS-485收发器产品系列解决了工业应用中的两个主要要求：更高的数据速率和更低的功耗工作模式。对于高性能电机控制编码器应用，通常需要更高的数据速率，更小的RS-485收发器封装以及IEC 61000-4-2 ESD保护。
ADM3065E / ADM3066E 50 Mbps收发器采用节省空间的10引脚LFCSP封装，可提供±12 kV（触点）和±12 kV（空气）IEC 61000-4-2 ESD保护功能。它提供了一种可靠的解决方案（更多信息，请参见AN-1397应用笔记）。
另外，通过isoPower＆reg; reg;可为ADM3065E / ADM3066E增加高速，稳定的信号和电源隔离。如本应用笔记中所述，ADuM6401或isoPower ADuM6000和iCoupler ADuM241D。
在电池供电的系统，井下应用（例如采矿）和以4 mA至20 mA回路运行的过程控制系统中，通常对低功耗工作模式有很高的要求。 ADI公司在关断模式下产生的微功耗数字隔离器ADuM1441的静态功耗小于23μA。
ADM3483 3.3 V，250 kbps RS-485收发器的静态功耗非常低，停机模式下的静态功耗通常仅为2 nA。图1显示了适用于井下应用的稳定可靠的低功耗隔离式RS-485解决方案。
ADM3483和ADuM1441共享一个可靠的低功耗链路，连接到远程地下测量节点。系统接口卡包括ARM＆reg; reg;。
皮质＆reg; reg;微控制器单元（MCU），ADuCM3027和集成模拟前端（AFE）AD7124-4，用于远程温度和压力测量。系统接口卡的固件更新通过长距离RS-485电缆提供，该电缆可以在更新后长达1 km的长距离内实现低数据速率传输（例如9.6 kbps）。
图1.适用于井下应用的稳定可靠的低功耗隔离式RS-485解决方案。采用iCoupler和isoPower技术的隔离式高速RS-485可以为ADM3065E添加增强绝缘和5 kV rms瞬态耐电压电隔离的组合。
ADuM6401提供所需的四个通道，分别具有5 kV rms信号隔离，最大25 Mbps的工作速率和集成的DC / DC转换器。 ADuM6401和ADM3065E（如图2所示）需要将VISO引脚配置为3.3V。
具体方法是将VSEL引脚连接到GNDISO引脚，并将5V电源连接到VDD1引脚。即使在数据速率达到25 Mbps的情况下，也可在3.3V电压下工作，这可以确保ADM3065E仍保持在ADuM6401的负载能力之内。
使用ADuM241D四通道数字隔离器和ADuM6000隔离式DC / DC转换器，可以实现50 Mbps的数据速率和ADM3065E的隔离，如图3所示。ADuM241D的数据速率高达150 Mbps，可以提供所需的精确时序完全支持以50 Mbps数据速率工作的ADM3065E。
但是，以50 Mbps的数据速率工作的前提条件是使ADM3065E以3.3 V工作。如果需要以5 V工作，则可以将ADuM6000的VSEL引脚连接到VISO，但是支持的最大数据速率将达到降低（例如，＜10Mbps）。
欲了解更多信息，请参考ADuM241D和ADuM6000数据手册。 ADuM6401和ADuM6000 isoPower器件中的DC / DC转换器可为ADM3065E（和ADuM241D）提供稳定和隔离的电源。
这两个isoPower设备使用高频开关元件通过变压器传输功率。用户必须遵守辐射标准以用于印刷电路板（PCB）布局。
有关PCB布局的建议，请参考AN-0971应用笔记。图2.信号和电源隔离25 Mbps RS-485解决方案（简化图，未显示所有连接）图3.信号和电源隔离50 Mbps RS-485解决方案（简化图，未显示所有连接） 485图4显示了ADuM1441微功耗，四通道数字隔离器和ADM3483低功耗，半双工RS-485收发器的组合。
当ADM3483处于关断模式时（驱动器使能DE引脚为低电平，接收器使能引脚为高电平），静态电源电流通常仅为2 nA（最大规格值为1μA）。如图4所示，ADuM1441的引脚7和10分别连接到GND1和GND2。
这意味着，当ADuM1441隔离器处于关断模式且无总线通信活动时，其静态电流小于23 µA。总体而言，该解决方案的静态功耗仅为24 µA或更低。
如果ADuM1441的引脚7和10分别直接连接至VDD1和VDD2，则ADuM1441的静态功耗仅为1.2 µA。这可以通过PCB上的跳线连接来实现。
用户可以选择将引脚7连接到VDD1或GND1，并且