信号和电源隔离RS-485现场总线的高速或低功耗解决方案

ADI公司的 iCoupler® 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大需求：更高的数据速率和更低功耗的工作模式。

对于高性能电机控制编码器应用而言，通常需要更高的数据速率、更小的 RS-485收发器封装和 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(接触)和±12 kV(空气)的 IEC 61000-4-2 ESD保护功能，为 EnDat 编码器提供了一套可靠的解决方案(请参考AN-1397应用笔记了解更多 信息)。此外，在ADM3065E/ADM3066E 中添加高速稳定的信号和功率隔离可以通过 isoPower® ADuM6401 或 isoPower ADuM6000 及 iCoupler ADuM241D 来实现，如本应用笔记中所述。

在电池供电系统、井下应用(例如，采矿)以及在4 mA至20 mA环路中工作的过程控制系统中，往往对低功耗工作模式具有较高需求。ADI公司生产的微功耗数字隔离器 ADuM1441 在关断模式下的静态功耗低于23 μA。ADM3483 3.3 V、250 kbps RS-485收发器的静态功耗极低，关断模式下通常仅2 nA。

图1所示为适合井下应用稳定可靠的低功耗隔离式 RS-485 解决方案。 ADM3483 和 ADuM1441共用可提供一条通往远程地下测量节点的可靠低功耗链路。系统接口卡包括 ARM® Cortex® 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远距离 RS-485 电缆提供，更新后能够在最长1 km的远距离内实现低数据速率传输(例如，9.6 kbps)。

图1.适合井下应用稳定可靠的低功耗隔离式 RS-485 解决方案

隔离式高速 RS-485

利用 iCoupler 和 isoPower 技术，可以向 ADM3065E 中增添兼具加强绝缘和5 kV rms瞬态耐受电压的电流隔离。 ADuM6401 提供了所需的四通道5 kV rms信号隔离、最高25 Mbps的工作速率以及集成式DC/DC转换器。 ADuM6401 配合 ADM3065E(如图2所示)需将 VISO 引脚配置为3.3 V，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。在3.3V电压下工作，即使数据速率达25 Mbps，也可以确保 ADM3065E 仍保持在 ADuM6401 的负载能力范围内。

利用 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 数据速率以及 ADM3065E 隔离，如图3所示。 ADuM241D 的数据速率最高可达150 Mbps，能够提供完全支持 ADM3065E 以50 Mbps 数据速率工作所需的精确时序。

不过，以50 Mbps 数据速率工作的前提是使 ADM3065E 工作在3.3 V 电压下。

如果需要在5V 电压下工作，可以将 ADuM6000 上的 VSEL 引脚连接到 VISO，但支持的最大数据速率会降低(例如，<10 Mbps)。更多信息，请参考ADuM241D和ADuM6000数据手册。

ADuM6401 和 ADuM6000 isoPowe r器件中的 DC/D C转换器可为 ADM3065E(和ADuM241D) 提供稳压隔离电源。这两款 isoPower 器件利用高频开关元件，通过变压器传输功率。用户必须遵循辐射标准进行印刷电路板(PCB)布局。如需 PCB 布局建议，请参考 AN-0971 应用笔记。

图2.信号和电源隔离的25 Mbps RS-485解决方案(简化图，未显示全部连接)

图3.信号和电源隔离的50 Mbps RS-485解决方案(简化图，未显示全部连接)

隔离式低功耗 RS-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(驱动器使能DE引脚为低电平且接收器使能引脚为高电平)时，静态电源电流通常仅为2 nA(最大规范值为1 μA)。如图4所示， ADuM1441 的引脚7和引脚10分别连接至 GND1 和 GND2。这意味着当 ADuM1441 隔离器处于无总线通信活动的关断模式时，其静态电流低于23 µA。总体来说，该解决方案的静态功耗低至24 µA以下。

如果 ADuM1441 的引脚7和引脚10分别直接连接到 VDD1 和 VDD2，则 ADuM1441 的静态功耗仅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 ，还可以选择将引脚10连接到 VDD2 或 GND2。将 ADuM1441 中的1.2 μA 静态功耗特性添加到 ADM3483 静态电源中，可实现一个在关断或待机模式下仅消耗2 μA 电流的完全隔离式 RS-48 5节点。为了确保隔离器正常工作， ADuM1441 的引脚7和引脚10必须分别连接到 GND1 和 GND2。

图4.低功耗、隔离式 RS-485 节点