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读取孤立的数字状态没有电源损耗

来源:analog 发布时间:2024-02-19

摘要: 一个简单的电路采用一个小的单匝变压器和锁存比较器来感应数字线路的状态,而不需要从线路上取电。

一个简单的电路使用一个小变压器和锁存比较器来感应数字线路的状态,而不需要从线路上取电。

这篇文章的类似版本出现在2004年11月25日的EDN杂志上。

电子系统通常必须将其输入或输出与主要参考公共(地)隔离。各种情况都可能需要这种电流隔离:输入传感器或驱动执行器的类型,附加在病人身上的医疗设备的安全考虑,或在爆炸性或其他敏感环境中工作的电路组件。

这些应用的共同要求是需要感知电路浮动侧的数字线的状态。这项任务通常是通过光耦合器完成的,但是光耦合器有局限性——它们从传感端消耗相当多的功率,它们相对较慢,并且光发射器的老化降低了电流传输增益。

图1中的电路复制了数字信号的状态,没有被感测侧的功率损耗,并且在接地侧只有适度的功耗。它只是检测一个电阻负载的值(一个全导MOSFET的低RDSON,或一个开路与MOSFET关闭)应用于一个微型,1:1单匝变压器的二次。采集速度是几十纳秒。


图1 对于SENSE_CLK的每个正向转换,该电路(在DATA_OUT)返回DATA_IN的电隔离数字信号的状态。

SENSE_CLK信号的前沿是通过MOSFET驱动器(IC1)和RC电路连接在其输入端的组合来区分的。然后将来自IC1的分化5V正脉冲应用于由T1和T2的初级组成的2:1电感分压器。该分压器的中心点连接到超快速比较器(IC3)的反相输入。

如果T2的副极打开(因为DATA_IN = 0,从而关闭MOSFET),脉冲幅度足够(约2.5V)迫使比较器的内部输出低电平。同时,IC2的两个门产生一个短脉冲(位于施加于T1和T2的脉冲的中间),该脉冲被施加于IC3的锁存使能(LE)输入。LE将比较器的内部输出锁存到它的外部输出(DATA_OUT)上,产生一个复制DATA_IN的低状态。但是,如果DATA_IN高,则MOSFET为ON,这将产生一个低RDSON,反射到T2的初级。这减少了脉冲幅度从T1-T2分频器到一个水平不再足以触发比较器。因此,在LE处的锁存脉冲强制DATA_OUT为高电平,再次复制DATA_IN的状态。

用于T1和T2的铁氧体磁芯是Fair-Rite 磁头型(#2673000101),长3mm,直径3.3mm,每个初级和次级绕组都有一个匝数。为了最小化电感,T2和MOSFET之间的连接应该尽可能短。隔离屏障的击穿电压取决于在单匝绕组和pc板设计和构造中使用的绝缘类型。Teflon 或Kapton 绝缘,例如,允许几千伏的阻挡电压。(铁氧体铁芯被认为是导电的。)

如果仔细构建,整个电路的I/O电容由T2的绕线电容决定。使用指定的芯线,加上24号带聚四氟乙烯绝缘的电线,产生的绕线电容小于0.2pF。从SENSE_CLK的正边到DATA_OUT(图2)的采集延迟约为20ns。


图2 图1电路中所选信号的时序关系。



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