單線(xiàn)串行總線(xiàn)測量設備隔離傳感的接口介紹

醫療和工業(yè)應用經(jīng)常為了病人和設備操作員的人身安全要求隔離電壓達到2500Vac或更高。該隔離屏障不僅要把電源傳輸到傳感器件上，而且還要傳送往來(lái)于該器件上的數據。

　　每一個(gè)穿越隔離屏障的數據信號都要求隔離。因此，在這些應用中，設計者可以通過(guò)選用串行總線(xiàn)而不是并行總線(xiàn)來(lái)節約成本。串行總線(xiàn)包括SPI、I2C和Dallas單線(xiàn)串行總線(xiàn)。

　　Dallas單線(xiàn)總線(xiàn)只需要一根數據線(xiàn)(外加地線(xiàn))來(lái)進(jìn)行雙向通訊。由于光隔離器是單向器件，典型的單線(xiàn)傳輸需要兩個(gè)光耦，數據流的每個(gè)方向上各用一個(gè)(而SPI和I2C總線(xiàn)則至少需要三個(gè)光耦)。

　　該單線(xiàn)串行總線(xiàn)不僅允許傳輸雙向數據流，而且還可以寄生電源模式傳遞電源。用一個(gè)隔離的變換器來(lái)為傳感器件供電。這樣，絕大多數的設計需要兩個(gè)光耦用于數據接口：一個(gè)光耦用于反饋到隔離的電源上，而一個(gè)變壓器用于電源隔離。

　　該電路如圖所示，電路中僅用了一個(gè)隔離變壓器驅動(dòng)器(U1)和一個(gè)單光耦(U3)，把用于隔離的器件數減到了最少，而同時(shí)又保持了雙線(xiàn)抽頭設計。

　　U1提供隔離的和虛調節的電源，并能夠使主控臺把數據傳送到隔離接口另一側的單線(xiàn)串口設備上。而接收通道上的單光隔離器使得主控臺能夠接收來(lái)自單線(xiàn)串口設備上的隔離數據。

　　注意下列的觀(guān)察結果：在引腳VISOI處(原理圖的右上角)，由U1和變壓器T1產(chǎn)生的電壓約為4.0V。D1和D2實(shí)現變壓器次級的半橋式整流。

　　在U1中，將FS和VCC連接起來(lái)，使得器件的開(kāi)關(guān)頻率為額定的860kHz。電容器C2對輸出進(jìn)行濾波，使輸出電平保持在正半周期。R1用來(lái)對C2進(jìn)行放電。

　　通過(guò)利用Dallas單線(xiàn)串行總線(xiàn)，接口電路能提供主控臺微控制器和傳感元件之間的隔離和雙向通訊。

　　主控臺微控制器通過(guò)控制U1的SD端的通斷來(lái)向單線(xiàn)串口設備發(fā)送數據。當不發(fā)送數據時(shí)，通常U1工作并向單線(xiàn)串口設備供電，對單線(xiàn)設備表示為邏輯高電平。此時(shí)引腳VISOL處的電壓約為4.0V。

　　進(jìn)行通訊時(shí)，主控臺施加一個(gè)復位脈沖將SD置高電平，關(guān)斷U1。由于U1的關(guān)斷，VISOL處的電壓降低到單線(xiàn)串口設備的邏輯低電平。合理選擇R1、R2、R3和C2的值，使得VISOI在大約5μs內降到邏輯低電平門(mén)限(0.8V)以下。(R1=R2=1.00kΩ, R3=2.00kΩ, C2=4.7nF將產(chǎn)生測試起始值，而終值則取決于所選擇的光耦。)當U1工作時(shí)，合理選取上述四個(gè)數值，使得VISOI不能低于單線(xiàn)串口設備的邏輯高電平門(mén)限(2.4V)。

　　當主控臺接收來(lái)自單線(xiàn)串口設備的數據時(shí)，光耦(U3)被VISOI電平或單線(xiàn)串口設備的數據端(DQ)調節。當U1工作時(shí), U3中的LED點(diǎn)亮。這將強置Rx為低電平。當單線(xiàn)串口設備將DQ拉到低電平時(shí)，LED熄滅，而Rx變?yōu)楦唠娖?。而U1關(guān)斷時(shí)，Rx變?yōu)楦唠娖?，導致VISOI降低而熄滅LED。(微控制器上的Tx和Rx邏輯與單線(xiàn)串口設備上的邏輯相反。)

　　這樣，由一個(gè)光耦、一個(gè)變壓器和一個(gè)Dallas單線(xiàn)串行線(xiàn)就構成了一個(gè)位于主控制臺和精密的單線(xiàn)串口測溫設備之間的隔離傳感接口。在保持連接和器件成本最低的同時(shí)，該電路支持醫療和工業(yè)中的高壓應用場(chǎng)合。