工业4.0/物联网引爆需求 隔离LVDS日趋重要

工业4.0/物联网引爆需求 隔离LVDS日趋重要

对处于严苛环境中的外部接口施予电流隔离，在安全性、功能性或是改善抗噪声能力方面而言是必要的。此包括了针对工业量测与控制所需数据搜集模块当中的模拟前端，以及处理节点之间的数字接口。

在过去，高达数Mbit/s的带宽已经足以应付转换器接口或是工业计算机背板，让光耦合器能够进行像是串行外围接口(SPI)或是RS-485通讯协议的隔离。数字隔离器已经改善了隔离接口的安全性、性能以及可靠度，并且提供整合式隔离与I/O。然而，工业4.0与物联网(IoT)这类的趋势需要以更高的速度与精密度进行更为普及的量测与控制，因而需要更广大的带宽。

电流隔离的需求也随之激增，因为有更多利用物理域进行的数字互动需要避免马达与电力系统、作业员、静电放电、以及像是雷击所造成之浪涌等外部因素所带来的影响。精密的量测可能也需要与噪声源—像是更为本地化的微型电力电路与高速数字处理等隔离。

低电压差动讯号传输(LVDS)是一种在更高性能转换器与高带宽现场可编程门阵列(FPGA)或是特定应用集成电路(ASIC)I/O中常用的高速界面。差动讯号传输具有对于外部电磁波干扰(EMI)(因为反相与同相讯号之间的交互耦合所致)的高抗扰能力，同时也相对应的可以将任何因为LVDS讯号传输所造成的EMI最小化。在LVDS界面上增加隔离可以提供一个能够插入使用于高速与精密量测以及控制应用装置之现有讯号链当中的透明解决方案。

支持高频隔离　变压/电容器离散式方案出击标准数字隔离器相较于光耦合器，能够为转换器与处理器接口的电流隔离维持更快速、耐用而且更为可靠的分辨率。然而，用以支持高速或是精密转换器的典型LVDS数据速率为数百Mbit/s，但最快速的标准数字隔离器能够支持高达150Mbit/s。

为了要支持更高带宽中的隔离，当前的系统设计者已经转向客制化设计密集的解决方案，像是反串行化或是利用变压器或电容器的离散式解决方案。

这些方案会增加成本与设计时间，以反串行化而言可能甚至需要外加一组简单FPGA，却只是为了要因应该功能而已。变压器与电容器需要对LVDS讯号加以谨慎的讯号调节，此将会造成需要AC平衡编码的应用装置与指定数据速率的解决方案。进一步的解决方案是使用光纤通信链接，但比较适用于数个Gigabit的需求，此乃是因为其成本与更高的复杂度所导致。图1中所示为在高速下隔离选项的频谱，以价值主张(依据设计与成本的强弱而定)相对于执行方案最大速度所绘制。

图1　隔离器实现方案的价值主张VS隔离器速度。

图2　ADN4651 600 Mbps LVDS隔离器的方块图。

为了要保证这些LVDS隔离器能够插入转换器至处理器的接口当中，或是以高达600Mbit/s运作的处理器间连结，ADN465x家族有着具有超低抖动的精密时序。这点相当重要，因为在600Mbit/s下，单位间隔(UI，例如位时间)只有1.6ns，因此任何边缘上的抖动都仍然必须要对接收组件提供足够的时间去对位进行取样。ADN465x系列的典型总抖动是70ps，或是在600Mbit/s下小于5% UI，假设位误差率为1×10-12。

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