串行通信由于其工作特點（按位傳輸易受干擾、遠距離 信息交換）、應(yīng)用場合（惡劣環(huán)境的工業(yè)控制、戶外等）、 器件間電平匹配（兩側(cè)器件的工作電平不一致等），需要做相應(yīng)的隔離防護。通過隔離，達到以下目的。

（1）器件保護，防護隔離在電子器件高速發(fā)展的今天，低功耗、高封裝的芯片應(yīng)用廣泛。微處理器的低電壓工作條件和外圍器件的高電壓工作環(huán)境，其發(fā)展進程不一。當前微處理器芯片電平多以1.8V、 3.3V、5.0V等低電壓器件為主，而且隨著不同工作電壓的數(shù)字IC的不斷涌現(xiàn)，邏輯電平轉(zhuǎn)換的必要性更加突出。例如STM32控制器的3.3V輸入輸出I/O與傳統(tǒng)串行通信接口芯環(huán)境，其發(fā)展進程不一。當前微處理器芯片電平多以1.8V、 3.3V、5.0V等低電壓器件為主，而且隨著不同工作電壓的 數(shù)字 IC 的不斷涌現(xiàn)，邏輯電平轉(zhuǎn)換的必要性更加突出。例如 STM32控制器的3.3V輸入輸出I/O與傳統(tǒng)串行通信接口芯 片MAX232的TTL電平為輸入標準，格格不入。因此，為 了實現(xiàn)控制器與通信接口芯片間的電平匹配，保護控制器引腳因過高或者過低的工作電壓而受損，加入隔離器件尤其必要。

（2）屏蔽干擾，線路隔離由于較多串行通信設(shè)備工作在工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境或配電系統(tǒng)的遠距離傳輸?shù)葪l件下，因此在長線通訊中線路上往往會感應(yīng)出明顯的干擾信號，造成通信過程的偶發(fā)性錯誤，進而影響整個系統(tǒng)的可靠運行。引入干擾信號的來源包括空間輻射、串擾、系統(tǒng)噪聲等。例如RS － 232C通信中由于其采用單端信號傳輸模式，當通信雙方的不同地線之間的地電位不一致時，就會引入共模干擾電壓，造成通信的不穩(wěn)定。

串行通信中，通過通信線路屏蔽可以減少輻射干擾的影響，通過差分方式信號傳輸方式可以減少共模干擾電壓的影響，但為應(yīng)對器件保護而進行的電平變換和為減少干擾而設(shè)計的線路隔離，仍必不可少。

串行通信隔離的方法應(yīng)用

（1）分立器件隔離技術(shù)

在隔離設(shè)計需要中，器件間電平變換隔離方法可采用單純的分立器件完成。電平變換的最終目的就是實現(xiàn)工作單元兩側(cè)的電平根據(jù)各自需要而定。分立器件隔離方法主要利用的就是電阻與晶體管的合理搭配，使得輸入 / 輸出間的電平實現(xiàn)匹配。利用MOS管的開關(guān)作用，實現(xiàn)雙側(cè)電平變換，是常規(guī)有效的方法。此種隔離方法，一般為共地隔離，僅完成電平變換，做到保護器件功能，非系統(tǒng)間電氣隔離。

（2）光電耦合器隔離技術(shù)

光電耦合器，簡稱光耦，是一種以光為媒介來實現(xiàn)電信號傳輸?shù)囊活惼骷Ｆ?a href="http://www.socialnewsupdate.com/v/tag/773/" target="_blank">工作原理是把發(fā)光器（發(fā)光器件）與感光器（光敏器件）封裝在芯片內(nèi)部，通過外加在輸入端的電信號控制發(fā)光器發(fā)光，感光器在內(nèi)部光照的情況下，產(chǎn)生電信號，驅(qū)動輸出端，實現(xiàn)了“電—光—電”轉(zhuǎn)換。由于光耦兩側(cè)的電信號完全隔離，內(nèi)部以光為傳輸媒介， 因此，光耦輸入/輸出之間絕緣，可以完成單向信號的隔離傳輸，在數(shù)字電路中應(yīng)用廣泛。普通光耦（TLP521）在隔離電路中的應(yīng)用，受限于器件特點，其傳輸特性低頻效果較好，高頻信號傳輸失真嚴重。實際電路測試中，115kbp的串行通信頻率，通過電路器件參數(shù)匹配和電路結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可基本適應(yīng)。從東芝半導(dǎo)體公司光 耦產(chǎn)品系中可知，其通信速率涵蓋了20kbps ～ 50Mbps， 因此在高速通信傳輸時，應(yīng)根據(jù)設(shè)計需要選用高速光耦。

（3）新型隔離技術(shù)

在產(chǎn)品日新月異的時下，新器件層出不窮。主流芯片商德州儀器（TI）、亞諾德半導(dǎo)體（ADI）和芯科科技（Silicon Labs）分別研發(fā)了電容隔離、磁耦隔離、射頻隔離等不同類型的數(shù)字隔離器。

電容隔離

電容隔離，利用了電容極板間填充材料為絕緣物質(zhì)為隔離層，通過內(nèi)部電場的變化來完成信號的傳輸。TI公司的ISO72x系列為典型電容隔離技術(shù)的應(yīng)用。在電容隔離功能中，信號傳輸通道分為“低頻通道”與 “高頻通道”。低頻信號通過內(nèi)置振蕩器產(chǎn)生的高頻載波與PWM調(diào)制，通過差分方式進行調(diào)制傳輸。輸出端低通濾波去除高頻載波。高頻信號則不經(jīng)過調(diào)制編碼，差分變換后直接通過隔離層傳輸，輸出端通過時間關(guān)系進行邏輯決策，從而控制輸出多路選擇器正確輸出。

磁耦隔離

磁耦隔離，利用了變壓器原理，使用變壓器初級線圈與次級線圈兩者之間通過磁耦合方式進行信號傳遞，從而實現(xiàn)隔離效果。ADI公司的iCoupler專利技術(shù)，就是基于芯片內(nèi)空芯變壓器的磁隔離技術(shù)。ADUM系列為典型磁耦隔離技術(shù)的應(yīng)用。

iCoupler磁隔離技術(shù)，通過芯片內(nèi)部特征尺寸上實現(xiàn)的空芯變壓器初級與次級線圈間的磁耦合實現(xiàn)信號隔離。信號傳輸采用了特定短脈沖組合方式來表示高低電平。兩個連續(xù)的短脈沖表示高電平，單個短脈沖表示低電平。輸出端根據(jù)檢測脈沖的個數(shù)來確定輸出電平狀態(tài)。刷新器電路與看門狗電路提供了輸入端電平狀態(tài)與輸出端故障安全狀態(tài)方面的保障。

射頻隔離

射頻隔離，利用了無線射頻傳輸原理。在發(fā)送端，完成基于高頻信號的原始信號調(diào)制，通過發(fā)射天線發(fā)送。在接收端， 通過解調(diào)器完成已調(diào)信號的解調(diào)，恢復(fù)原始信號。通過這樣的調(diào)制與解調(diào)，實現(xiàn)隔離的效果。Silicon Labs 公司的RF隔離即射頻隔離，Si84xx系列為典型射頻隔離技術(shù)的應(yīng)用。

RF隔離采用ISOpro型 RF射頻隔離原理。芯片由半導(dǎo)體RF射頻發(fā)射器、接收器和兩者間的差動電容式隔離隔柵組成。工作中，使用基本的ON/OFF按鍵（OOK功能）， 輸入數(shù)據(jù)為高電壓時，發(fā)射器產(chǎn)生RF射頻調(diào)制信號；輸入數(shù)據(jù)為低電平時，發(fā)生器無RF射頻調(diào)制信號。調(diào)制信號經(jīng)過隔離隔柵送到接收器。接收器檢測到同頻帶調(diào)制信號時，經(jīng)解調(diào)器解調(diào)，輸出高電平；無調(diào)制信號時，輸出低電平。

原文標題：串行通信隔離方法

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