如何保證總線(xiàn)信號隔離一致性？

　　在使用隔離收發(fā)器時(shí)，可能會(huì )遇到模塊功能測試通過(guò)了，但應用在產(chǎn)品上總會(huì )出現個(gè)別隔離性能不達標的情況，是模塊壞了?可能問(wèn)題不在模塊，而是生產(chǎn)一致性得不到保證。要如何保證信號隔離一致性呢?本文將為你提供新思路。

　　一、一致性隱患——人工干預

　　起初，隨著(zhù)工業(yè)通訊及汽車(chē)電子等行業(yè)的蓬勃發(fā)展，RS-485及CAN總線(xiàn)的應用日益廣泛。但在工業(yè)現場(chǎng)與車(chē)載環(huán)境中存在諸多信號干擾，對于整個(gè)網(wǎng)絡(luò )有著(zhù)致命的影響，所以。目前主流的隔離方案有兩種，第一種方式是通過(guò)芯片方案，自主搭建，實(shí)現信號隔離;第二種方式是直插式隔離模塊，內部集成了電源隔離、信號隔離。應用時(shí)隔離性能一致性會(huì )存在一定的原因，具體原因如下。

　　目前國內較為主流的方案為直插式模塊類(lèi)方案，這種方案應用簡(jiǎn)便，即插即用，并且性能能夠覆蓋絕大數工業(yè)現場(chǎng)應用?；蛟S會(huì )出現在模塊單獨測試階段，產(chǎn)品性能達標，但批量應用于產(chǎn)品上時(shí)，由于模塊需要人為手工插件插入再進(jìn)行焊接，隔離性能的可靠性就需要人為保證，因此在大批量的產(chǎn)品中可能會(huì )出現個(gè)別板子隔離防護性能不達標的情況，從而導致這個(gè)設備節點(diǎn)無(wú)法正常通訊，重則導致整個(gè)網(wǎng)絡(luò )癱瘓。

　　除此之外，直插式的生產(chǎn)效率問(wèn)題會(huì )在大批量應用時(shí)凸顯出來(lái)，整體產(chǎn)能僅能達到高速SMT的1/7，這也是直插式模塊在大批量生產(chǎn)需求中不可規避的問(wèn)題。具體如下圖1所示。

　　圖1 表貼式VS直插式

　　二、信號隔離一致性如何保證?

　　一致性會(huì )存在問(wèn)題最根本的原因是在于產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中受到人為干預。因此解決的方式有兩個(gè)方向，具體如下：

　　其一，這一個(gè)方向聽(tīng)起來(lái)有些天方夜譚，那就是招募嫻熟的生產(chǎn)工作人員，從人員的角度將人為干預降到最低，并且能夠一定程度的提升產(chǎn)能。

　　其二，這一個(gè)方向將是未來(lái)方向，實(shí)現全器件表貼化，全自動(dòng)生產(chǎn)，將人為干預排除掉，最大化產(chǎn)品的一致性。

　　工業(yè)通訊產(chǎn)品的信號隔離性能一致性的也是這兩個(gè)方向，第一種方向目前暫時(shí)不討論，我們來(lái)看看第二種方式，迄今為止所有的貼片方案，均是采用芯片自主搭建，這其中也有兩種形式。

　　第一種，采用僅支持信號隔離的芯片，這一類(lèi)芯片成本較高，并且芯片外部需要再加隔離電源，電路結構較為復雜，這會(huì )一定程度的增加研發(fā)及物料管控成本，后續維護也存在一定的難度。

　　第二種，使用集成了隔離電源的芯片，但此類(lèi)芯片由于其隔離電源體積受到限制，所以工作頻率較高，芯片相比于現有直插封裝模塊有較嚴重的電磁輻射，功耗較大，輻射情況具體如下所示。

　　圖2 全隔離芯片近場(chǎng)輻射實(shí)測圖

　　這兩種方式雖然能夠實(shí)現全自動(dòng)表貼但在應用、性能方面均有一些不足。難道沒(méi)有即具備直插式模塊的應用簡(jiǎn)捷與性能，有能夠支持全自動(dòng)表貼的信號隔離解決方案嗎?

　　三、ZLG致遠電子推出信號隔離全新方案

　　ZLG致遠電子憑借在總線(xiàn)技術(shù)的深厚積累，于2003年國內第一款支持信號與電源全隔離的隔離收發(fā)器模塊，2006正式對外銷(xiāo)售，憑借產(chǎn)品性能可靠，適用于需要高穩定性總線(xiàn)通訊的場(chǎng)合，能夠有效幫助用戶(hù)提升總線(xiàn)通信防護等級，得到了廣大用戶(hù)的青睞與認可，并于今年推出了表貼式的隔離收發(fā)器，詳細的發(fā)展歷程如下圖3所示。

　　圖3 ZLG致遠電子隔離收發(fā)器發(fā)展歷程

　　為打破目前市場(chǎng)上的僵局，這一次，我們主動(dòng)尋求改變，深度創(chuàng )新，以客戶(hù)需求為向導，打造出業(yè)內首款表貼式隔離收發(fā)器。由PCB底板及模塊功能性元器件構成，模塊為貼片式封裝，可以為郵票孔，BGA或LGA引腳封裝，模塊無(wú)需外殼，支持全自動(dòng)表貼，提高生產(chǎn)效率的同時(shí)可保證批量生產(chǎn)的一致性和可靠性。

　　圖4 隔離收發(fā)器全新升級

　　并且致遠電子基于深厚的硬件積累，不斷優(yōu)化產(chǎn)品的性能，相比于已有的全隔離貼片式隔離芯片方案，EMC性能更高、近場(chǎng)輻射更低，具體如下圖5所示，為用戶(hù)提供更優(yōu)的信號隔離解決方案。

　　圖5 近場(chǎng)輻射對比

　　四、多種封裝，更多選擇

　　該系列表貼式隔離收發(fā)器，封裝形式覆蓋所有主流表貼封裝，提供BGA、LGA、郵票孔三種封裝，如圖6，滿(mǎn)足所有主流表貼需求。

　　 BGA：即Ball Grid Array，指焊球陣列封裝;

　　 LGA：即Land Grid Array，指柵格陣列封裝;

　　 郵票孔：即Castellated Holes，又叫城堡形焊盤(pán)封裝。

　　圖6 三種封裝(左-郵票孔，中-BGA，右-LGA)

　　BGA封裝模塊底部植有直徑為0.76mm的錫球陣列，而LGA封裝模塊底部是金屬焊盤(pán)陣列，焊盤(pán)直徑為0.61mm，兩種封裝的產(chǎn)品整體尺寸均為20.32×16.51×6.00mm。郵票孔封裝模塊兩邊分布有郵票孔焊盤(pán)，郵票孔孔徑0.51mm，產(chǎn)品整體尺寸為20.32×16.90×5.50mm，具體如圖7所示。

　　圖7 表貼式隔離收發(fā)器產(chǎn)品封裝尺寸

　　五、表貼式隔離收發(fā)器性能指標

　　表貼式隔離收發(fā)器性能上可以完全兼容直插封裝產(chǎn)品，而且體積更小、重量更輕、高度更薄、可靠性更高，并滿(mǎn)足SMT生產(chǎn)標準，易于實(shí)現自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率。

　　表貼式隔離CAN收發(fā)器性能指標如下所示：

　　 符合“ISO 11898-2”標準;

　　 未上電節點(diǎn)不影響總線(xiàn);

　　 單網(wǎng)絡(luò )至少可連接110個(gè)節點(diǎn);

　　 支持BGA、LGA及郵票孔等封裝;

　　 外殼及灌封材料符合UL94 V-0標準;

　　 具有極低電磁輻射和高的抗電磁干擾性;

　　 工作溫度：-40℃～+105℃;

　　 隔離電壓：3500VDC。

　　表貼式隔離RS-485收發(fā)器性能指標如下所示：

　　 3.15V-5.25V 寬供電電壓;

　　 隔離電壓：3500VDC;

　　 自動(dòng)收發(fā)數據功能;

　　 帶隔離輸出電源腳;

　　 最多可連接64 個(gè)節點(diǎn);

　　 電磁輻射EME 極低;

　　 電磁抗干擾EMS 極高;

　　 集成電源隔離、信號隔離和總線(xiàn)ESD 保護功能。

　　六、主要應用領(lǐng)域

　　除傳統的工業(yè)控制、CAN-bus、RS-485現場(chǎng)通信應用外，尤其適用于對體積和工作溫度有較高要求的場(chǎng)合，如BMS、精密器械、現場(chǎng)傳感器等。

　　產(chǎn)品選型

　　表1 貼片產(chǎn)品選型列表