在惡劣環(huán)境中，為了安全、功能或提高抗噪性，需要對(duì)外部接口進(jìn)行電流隔離。這包括用于工業(yè)測(cè)量和控制的數(shù)據(jù)采集模塊中的模擬前端，以及處理節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)字接口。

過去，轉(zhuǎn)換器接口或工業(yè)背板只有幾兆位的帶寬就足夠了，允許使用光耦合器隔離串行外設(shè)接口 (SPI) 或 RS-485 等協(xié)議。數(shù)字隔離器提高了此類隔離接口的安全性、性能和可靠性，并提供集成隔離和 I/O。然而，工業(yè) 4.0 和物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 等趨勢(shì)需要更普遍的測(cè)量和控制，以及更高的速度和精度，從而導(dǎo)致對(duì)增加帶寬的更大需求。

隨著這些與物理域的數(shù)字交互增加，需要保護(hù)電機(jī)和電力系統(tǒng)、人類操作員和靜電放電，以及雷擊引起的浪涌等外部因素，對(duì)電流隔離的需求也在激增。精密測(cè)量還需要與噪聲源隔離，例如更局部化的微型電源電路和高速數(shù)字處理。

低壓差分信號(hào) (LVDS) 是一種普遍存在的高速接口，適用于高性能轉(zhuǎn)換器和高帶寬 FPGA 或 ASIC I/O。由于反相信號(hào)和非反相信號(hào)之間的相互耦合，差分信號(hào)對(duì)外部電磁干擾 (EMI) 具有很高的免疫力，這也相應(yīng)地限度地減少了 LVDS 信號(hào)產(chǎn)生的任何 EMI。將隔離添加到 LVDS 接口提供了一種透明的解決方案，可以將其插入到現(xiàn)有信號(hào)鏈中，用于高速和精密測(cè)量和控制應(yīng)用。

今天有哪些選擇？  

對(duì)于轉(zhuǎn)換器和處理器接口的電流隔離，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字隔離器仍然是比光耦合器更快、更穩(wěn)健和更可靠的解決方案。然而，支持高速或精密轉(zhuǎn)換器的典型 LVDS 數(shù)據(jù)速率為數(shù)百兆位，而快的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字隔離器支持高達(dá) 150 Mbps。

圖 1. 隔離器實(shí)施的價(jià)值主張與隔離器速度 
 

為了支持更高帶寬的隔離，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員直到現(xiàn)在都轉(zhuǎn)向定制設(shè)計(jì)密集型解決方案，例如使用變壓器或電容器的反序列化或分立解決方案。這些增加了成本和設(shè)計(jì)時(shí)間，反序列化甚至可能需要一個(gè)額外的簡(jiǎn)單 FPGA 來實(shí)現(xiàn)該功能，變壓器和電容器需要對(duì) LVDS 信號(hào)進(jìn)行仔細(xì)的信號(hào)調(diào)節(jié)，并導(dǎo)致應(yīng)用和數(shù)據(jù)速率特定的解決方案需要交流平衡編碼。

另一種解決方案是使用光纖通信鏈路，但由于成本和增加的復(fù)雜性，這更適合數(shù)千兆位的要求。圖 1 顯示了高速隔離選項(xiàng)的范圍，價(jià)值主張（取決于設(shè)計(jì)的難易程度和成本）與實(shí)施速度的關(guān)系圖。

相比之下，如圖 2 所示，Analog Devices 推出了一系列嵌入式 LVDS 隔離器ADN4650/ADN4651/ADN4652，它們使用增強(qiáng)型 iCoupler 技術(shù)以高達(dá) 600 Mbps 的速度運(yùn)行。除了符合 TIA/EIA-644-A LVDS 標(biāo)準(zhǔn)的 I/O 之外，完整的隔離器信號(hào)鏈?zhǔn)侨罘值模瑢?shí)現(xiàn)了高抗擾度和低輻射的解決方案。提供兩個(gè)隔離式 LVDS 通道，一個(gè)發(fā)送通道和一個(gè)接收通道（ADN4651，ADN4652 反之亦然）或兩個(gè)發(fā)送或接收通道 (ADN4650)。內(nèi)部高速電路在 2.5 V 電壓下運(yùn)行，這在工業(yè)系統(tǒng)中可能不會(huì)作為電源軌出現(xiàn)，因此提供了內(nèi)部低壓差穩(wěn)壓器 (LDO)（如圖 3 所示）以允許單個(gè)寬體SOIC 解決方案，即使使用 3.3 V 電源供電時(shí)也是如此。

圖 2. ADN4651 600 Mbps LVDS 隔離器框圖