基于嵌入式系统的接口隔离技术及其设计详解

基于嵌入式系统的接口隔离技术及其设计详解

2 隔离技术的分类

3 隔离技术的具体应用

RS485／RS422 作为强健的接口标准，采用双绞线电缆连接并具有宽共模电压范围内差分信号传输的低噪声耦合特性，允许在高达10 Mbps的信号传输速率下进行数据交换。尽管该标准已被广泛接受，但是它在实际应用中的一些具体问题并没有得到深入的认识，甚至存在着种种误区（比如接地、隔离及瞬态保护并没有在实际使用中得到正确的应用），以至于影响到整个系统的性能。在实际应用中，RS485／RS422通信大多采用图2所示的3种方式。

总的来说，图2（c）的方案比前两种合适，但建立长距离数据链路的最可靠的方法是通过数字隔离方案来隔断接地回路，其单节点设计如图3所示。

在以往的设计中，一般可以采用2个高速光耦（6N137）实现电气上的隔离，1个电源隔离模块（+5 V转+5 V）实现电源上的隔离，还需要计算电阻值的大小以搭建出合理的收发器隔离电路。需要注意的是，仅有高速光电耦合器，却没有电源上的隔离，此时的隔离将失去意义。由于这种方式存在着体积偏大、成本偏高的缺点，建议采用电容耦合技术或磁耦隔离技术。隔离型CAN-bus节点一般是由CAN控制器、CAN收发器、数字隔离器件组成，具体节点设计类似图3所示。但需要注意的是，隔离措施是加在CAN控制器与CAN收发器之间的，同时需要在CAN-bus总线上加总线保护器件。

所有符合CAN2．O规范的节点可以连接在一起，构成一个直线拓扑结构的CAN-bus网络，在网络的两个终端各需要安装一个120 Ω的终端电阻。如果选用屏蔽电缆线可以将屏蔽层单点接大地（不能形成环路），也可以将屏蔽层通过耐高压的电阻、电容单点接数字隔离器件的地引脚。

4 瞬态保护

结 语

由于本单位的交通户外设备大多数工作于恶劣环境，在雷雨多发期间或由于施工不当（管线分类或接地不合适）经常造成通信的可靠性下降，在采取本文设计的隔离、接地方案后，可靠性有了极大的提高。该方案适合任何需要隔离保护的嵌入式系统设计，因为任何高可靠性的插拔型接口都需要有隔离保护。

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