將晶振速度靈活性集成到工業(yè)設(shè)計(jì)中

在大多數(shù)的工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,為了保障系統(tǒng)性能的本質(zhì)安全性,這些系統(tǒng)往往需要具有高性能的XO振蕩器產(chǎn)品優(yōu)異的高可靠性能特征,以確保產(chǎn)品高性能穩(wěn)定性和可重復(fù)循環(huán)使用,在工業(yè)機(jī)器設(shè)備當(dāng)中保證相對(duì)的安全和抗噪聲特性是相對(duì)重要的,在許多情況下,可能需要許多元器組件來(lái)調(diào)整控制系統(tǒng).

當(dāng)系統(tǒng)中不參考公共地的電路必須相互傳輸數(shù)據(jù)或控制信號(hào)時(shí),需要隔離,例如電機(jī)控制或高功率電源或UPS系統(tǒng),安全是首要考慮因素:高壓對(duì)人類(lèi)操作員以及低壓電子電路都是安全隱患,隔離產(chǎn)品的另一個(gè)重要用途是消除噪音,由于隔離產(chǎn)品在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)有效地切斷了兩個(gè)電路之間的接地回路,因此有助于晶振消除接地回路電流,從而消除噪聲問(wèn)題,電平轉(zhuǎn)換也是隔離產(chǎn)品的常見(jiàn)用途,它是固有電平轉(zhuǎn)換器,在下圖中可以觀察到以下情況:通過(guò)將3.3V與3.3VMCULevel隔離來(lái)提高安全性實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)換,因此VDD1和VDD2可以是不同的電平噪聲通過(guò)防止地電流干擾敏感電路來(lái)減少.

傳統(tǒng)上,使用光學(xué)耦合構(gòu)造隔離器,LED產(chǎn)生的光子將信號(hào)從輸入端傳輸?shù)捷敵龆?光敏晶體管將其轉(zhuǎn)換回電信號(hào),然而,光耦合隔離器在工業(yè)應(yīng)用中具有一些固有的缺點(diǎn),包括:參數(shù)隨溫度,VDD和時(shí)間漂移的壓電晶體可靠性差不良的時(shí)序特征,例如大的延遲,歪斜和部件之間的變形由于輸入和輸出之間存在大的寄生耦合,因此存在邊際共模瞬變抗擾度(CMTI)能量無(wú)效,具有更高的電流要求,甚至可以滿(mǎn)足中等性能要求.

幾年來(lái),已經(jīng)有使用非光學(xué)耦合技術(shù)的隔離器,例如,Silicon Labs使用CMOS平臺(tái)和開(kāi)關(guān)鍵控(OOK)調(diào)制,使用SiO2(二氧化硅)作為高壓電容器電介質(zhì),在電容隔離邊界上耦合信號(hào)電平信息,這種方法有一些明顯的優(yōu)點(diǎn):該石英晶振產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)確保了它在長(zhǎng)壽命期間的高度可靠性,由于采用全CMOS工藝平臺(tái),具有低傳播延遲和低偏移,因此具有出色的部件間匹配,該技術(shù)還具有高抗噪聲能力-瞬態(tài)電壓高達(dá)200kV/μs,至少比現(xiàn)有產(chǎn)品高出2倍,與optos甚至其他數(shù)字隔離器相比,這些類(lèi)型的隔離器的功耗要低得多.

可編程邏輯控制器廣泛用于工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用,例如機(jī)器控制或裝配線控制,娛樂(lè)設(shè)施和工業(yè)照明應(yīng)用,這些控制器主要由有源晶振一組輸入和輸出(通常稱(chēng)為I/O模塊)和一個(gè)中央處理單元組成,用于任何特定應(yīng)用的定制控制程序存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器(NVM)中,使得對(duì)于給定的一組和一系列輸入事件,控制器啟用某些輸出,因此,這是一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng),必須在一定時(shí)間內(nèi)響應(yīng),以確保正確操作和保持安全,PLC系統(tǒng)可能有128個(gè)通道,而現(xiàn)場(chǎng)輸入可以是源或下沉,具體取決于地理市場(chǎng)部門(mén),常用的optos對(duì)于伺服電機(jī)控制等特定應(yīng)用來(lái)說(shuō)速度不夠快,此外,基于溫度波動(dòng)和年齡,光學(xué)性能很差.

下面的框圖用于在自動(dòng)化系統(tǒng)中進(jìn)行卡片測(cè)量,測(cè)量結(jié)果由嵌入式控制器捕獲,然后通過(guò)RS-485(或CAN)總線發(fā)送,使多個(gè)端口能夠有效通信,由于我們之前討論過(guò)的所有原因,處理器與收發(fā)器隔離-主要是出于石英晶體振蕩器噪聲和安全考慮,如圖所示,需要兩個(gè)或三個(gè)通道的隔離器,RS-485或CAN收發(fā)器和隔離器的次級(jí)側(cè)需要略低于1W的隔離電源,這使其成為Si88xx系列的目標(biāo)應(yīng)用,事實(shí)上,Si88xx非常適合隔離設(shè)備,如RS-485,CAN和RS-232收發(fā)器,適用于電機(jī)控制,PLC,電子儀表,太陽(yáng)能逆變器和醫(yī)療電子等一系列應(yīng)用.

電源設(shè)計(jì)關(guān)鍵的參數(shù)是提高振蕩器功率密度,驅(qū)動(dòng)供電客戶(hù)解決問(wèn)題安全性,提高產(chǎn)品壽命對(duì)于確保最終用戶(hù)的安全性也很重要,這些系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)是找到有效和安全地切換電源的方法,為了增加功率密度,可用工具增加調(diào)制方案的開(kāi)關(guān)頻率,然而,存在更高頻率相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn),更快的切換導(dǎo)致更高的轉(zhuǎn)換速率導(dǎo)致高噪聲瞬變.有效的減小電感器和變壓器的磁性部件的尺寸,提高石英晶體效率和改善瞬態(tài)響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn).