《電子技術(shù)應(yīng)用》
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如何保證總線信號隔離一致性,?

2018-04-03

  在使用隔離收發(fā)器時,可能會遇到模塊功能測試通過了,,但應(yīng)用在產(chǎn)品上總會出現(xiàn)個別隔離性能不達標的情況,是模塊壞了,?可能問題不在模塊,,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(yù)

  起初,,隨著工業(yè)通訊及汽車電子等行業(yè)的蓬勃發(fā)展,,RS-485及CAN總線的應(yīng)用日益廣泛。但在工業(yè)現(xiàn)場與車載環(huán)境中存在諸多信號干擾,,對于整個網(wǎng)絡(luò)有著致命的影響,,所以。目前主流的隔離方案有兩種,,第一種方式是通過芯片方案,,自主搭建,實現(xiàn)信號隔離,;第二種方式是直插式隔離模塊,,內(nèi)部集成了電源隔離、信號隔離,。應(yīng)用時隔離性能一致性會存在一定的原因,,具體原因如下。

  目前國內(nèi)較為主流的方案為直插式模塊類方案,,這種方案應(yīng)用簡便,,即插即用,并且性能能夠覆蓋絕大數(shù)工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用,?;蛟S會出現(xiàn)在模塊單獨測試階段,產(chǎn)品性能達標,但批量應(yīng)用于產(chǎn)品上時,,由于模塊需要人為手工插件插入再進行焊接,隔離性能的可靠性就需要人為保證,,因此在大批量的產(chǎn)品中可能會出現(xiàn)個別板子隔離防護性能不達標的情況,,從而導(dǎo)致這個設(shè)備節(jié)點無法正常通訊,重則導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓,。

  除此之外,,直插式的生產(chǎn)效率問題會在大批量應(yīng)用時凸顯出來,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(guī)避的問題,。具體如下圖1所示。

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  圖1 表貼式VS直插式

  二,、信號隔離一致性如何保證,?

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

  其一,,這一個方向聽起來有些天方夜譚,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(yù)降到最低,,并且能夠一定程度的提升產(chǎn)能。

  其二,,這一個方向?qū)⑹俏磥矸较?,實現(xiàn)全器件表貼化,全自動生產(chǎn),,將人為干預(yù)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方向,,第一種方向目前暫時不討論,,我們來看看第二種方式,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,,這一類芯片成本較高,并且芯片外部需要再加隔離電源,,電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,,這會一定程度的增加研發(fā)及物料管控成本,后續(xù)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(xiàn)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,。

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  圖2 全隔離芯片近場輻射實測圖

  這兩種方式雖然能夠?qū)崿F(xiàn)全自動表貼但在應(yīng)用,、性能方面均有一些不足。難道沒有即具備直插式模塊的應(yīng)用簡捷與性能,,有能夠支持全自動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技術(shù)的深厚積累,,于2003年國內(nèi)第一款支持信號與電源全隔離的隔離收發(fā)器模塊,,2006正式對外銷售,憑借產(chǎn)品性能可靠,,適用于需要高穩(wěn)定性總線通訊的場合,,能夠有效幫助用戶提升總線通信防護等級,得到了廣大用戶的青睞與認可,,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。

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  圖3 ZLG致遠電子隔離收發(fā)器發(fā)展歷程

  為打破目前市場上的僵局,,這一次,,我們主動尋求改變,深度創(chuàng)新,,以客戶需求為向?qū)?,打造出業(yè)內(nèi)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(gòu)成,,模塊為貼片式封裝,,可以為郵票孔,BGA或LGA引腳封裝,,模塊無需外殼,,支持全自動表貼,提高生產(chǎn)效率的同時可保證批量生產(chǎn)的一致性和可靠性,。

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  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,、近場輻射更低,,具體如下圖5所示,為用戶提供更優(yōu)的信號隔離解決方案,。

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  圖5 近場輻射對比

  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,,滿足所有主流表貼需求,。

  lBGA:即Ball Grid Array,指焊球陣列封裝,;

  lLGA:即Land Grid Array,,指柵格陣列封裝;

  l郵票孔:即Castellated Holes,,又叫城堡形焊盤封裝,。

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  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陣列,焊盤直徑為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,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。

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  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,并滿足SMT生產(chǎn)標準,,易于實現(xiàn)自動化,,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:

  l符合“ISO 11898-2”標準,;

  l未上電節(jié)點不影響總線,;

  l單網(wǎng)絡(luò)至少可連接110個節(jié)點;

  l支持BGA、LGA及郵票孔等封裝,;

  l外殼及灌封材料符合UL94 V-0標準,;

  l具有極低電磁輻射和高的抗電磁干擾性;

  l工作溫度:-40℃~+105℃,;

  l隔離電壓:3500VDC,。

  表貼式隔離RS-485收發(fā)器性能指標如下所示:

  l3.15V-5.25V 寬供電電壓;

  l隔離電壓:3500VDC,;

  l自動收發(fā)數(shù)據(jù)功能,;

  l帶隔離輸出電源腳;

  l最多可連接64 個節(jié)點,;

  l電磁輻射EME 極低,;

  l電磁抗干擾EMS 極高;

  l集成電源隔離,、信號隔離和總線ESD 保護功能,。

  六、主要應(yīng)用領(lǐng)域

  除傳統(tǒng)的工業(yè)控制,、CAN-bus,、RS-485現(xiàn)場通信應(yīng)用外,尤其適用于對體積和工作溫度有較高要求的場合,,如BMS,、精密器械、現(xiàn)場傳感器等,。

  產(chǎn)品選型

  表1 貼片產(chǎn)品選型列表


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