标签: 光隔离

制作一个 SPI 光隔离电路，用于读取 24 位ΣΔ ADC ，隔离的目的是防止数字部分的噪声影响 ADC 采集。 SPI 设计速度希望达到 2M 以上。图中 MASTER 端产生 CS SCLK MOSI 信号驱动 SLAVE （ ADC ）端光耦中的发光二极管。并接收 MISO 及 DRDY 信号。 设计时认为 SPISS 这个信号很慢，可以用一个慢一点（便宜）的光耦。实际测试时发现，这个选择很不明智。 SS 下降沿时有可能无法与时钟同步， SS 上升沿时则严重加长了等待时间。限制了 SPI 的速度，也降低了时序可靠性。实际使用时，应该使用与用于时钟线一致的光耦。 实际使用时发现，使用 MCU 硬件 SPI 驱动这个电路，读数不稳定。有时会出现 ADC 无响应这样的问题。降低 SPI 时钟速率也无效果。 分析一下电路，在 MASTER 端，产生 SCLK 信号，隔离输出会延迟 100ns ， SLAVE 端在隔离 SCLK 信号上升沿输出数据，使用速度能达到 10M 的高速光耦，数据经隔离后延迟 100ns ，在 MASTER 端恢复， MASTER 端在时钟下降沿采样 MISO 得到数据。从图中可以看出，如果两次隔离总延迟超过半个 SCLK 时钟周期，则无法读取到正确数据。也就是说，这个 SPI 光隔离的速度限制在 4 倍总延时，在这个例子中是 400ns ，为 2.5Mhz 。考虑到需要有一些建立、保持时间。这个速度还会更低一些。 隔离写入时，并不存在问题，因为时钟和数据时同步延迟的。 分析认为，光耦的非均匀传输延迟导致输出 SCLK 和 SDATA 之间的相位关系混乱，从而导致 ADC 控制异常。改成用 GPIO 模拟 SPI 后，针对光耦延迟问题作优化。能稳定控制了。 由上面的分析及实际的测试可以看出，光隔离用于 SPI 会有速度限制。需要隔离的信号比较多，且信号之间还有严格的时序关系。所以设计的难度，主要是调试时序的难度比较大。上述的隔离电路用于 UART 不会有问题。因为传输是异步的。最多不能及时收到数据。但并不会出错。实测光隔离 UART 达到 2Mb 波特率。

今天突然想写点儿东西，想想那就写点儿光隔离与磁隔离的东西吧。 推广ADI的磁隔离芯片有近两年的时间了，不敢说自己了解多少，但两年的时间确实多众多的研发工程师身上学到不少呵。 今天就客观的来对光隔离与磁隔离做个比较吧，也方便各位在选择的时候有个参照： 首先：光隔离是个比较老的东西了，了解的人也比较多，电路也比较成熟，当然还得经过一些调试，而且成本也是有一定的优势的。 磁隔离，怎么说呢，也不是什么新鲜的东西了，也有几年的时间了，在技术方面（尤其是大家所担心的磁干扰方面）也经过了市场的真正检验。但磁隔离处在一种尴尬的境地是“知道的人，认为没新鲜的；不知道的人，认为这东西太新了，不放心。”呵，其实关键在于一点，那就是网上关于磁隔离的东西并不太多，无论是专业期刊的论文，还是论坛里的成熟应用，大部分都还是光隔离。 从我个人角度，光隔离与磁隔离比较起来，最直观的一点就是体积小、集成度高。无论以普通的521、817相比、还是高速的6N137、6N136等相比。我们明显可以看出，ADI磁隔离芯片可节约70%的PCB面积，而且做出来的PCB板明显要PL不少。更值得一讲的是，磁隔离芯片，在接口通讯方面，更是尽可能的集成了所有能集成的进去，如ADI的ADM2483、ADM2587，ADM3251E.还有TI也有一个集成了CAN收发器的。 这是直接就能看出来的，从资料上能看出来的就是，使用方便灵活，相当于直接把原来的线切断，然后把磁隔离芯片放上就OK了。还有就是功耗，磁隔离芯片的功耗非常低，大约相当于光隔离的1/10左右。 真正的性能是在应用中才能看出来的，比较驱动、老化等等。只是讲磁隔离比光隔离在速度上的改进是显而易见的，而其它方面则不会明显的表现出来。 说了这么多磁隔离的好处，我们再来讲一下更适合用光隔离的地方。一般在电机驱动等隔离方面，因为光耦是电流型的，所以你可以对高电压来控制他，而磁隔离，是电压型的，所以这时候用光耦更为合适一点儿。 还有就是低速场合，用的是几毛钱的光隔离，也没太多的必要换成磁隔离，当然，如果产品的利润还可以的话，还是用磁隔离更为好一点儿，板子比较漂亮嘛。只要到了M的级别，还是用磁隔离最好。 最后我们要讲一讲成本的问题，目前来讲，磁隔离比光隔离在成本上，还是要略高一点点，但从长远来看，磁隔离产品的降价空间非常大。而且，一部分的光隔离要被磁隔离替代，这是一个趋势。 大家对各种隔离有什么想法，欢迎交流。