将晶振速度灵活性集成到工业设计中

将晶振速度灵活性集成到工业设计中

在大多数的工业系统设计中,为了保障系统性能的本质安全性,这些系统往往需要具有高性能的XO振荡器产品优异的高可靠性能特征,以确保产品高性能稳定性和可重复循环使用,在工业机器设备当中保证相对的安全和抗噪声特性是相对重要的,在许多情况下,可能需要许多元器组件来调整控制系统.

当系统中不参考公共地的电路必须相互传输数据或控制信号时,需要隔离,例如电机控制或高功率电源或UPS系统,安全是首要考虑因素:高压对人类操作员以及低压电子电路都是安全隐患,隔离产品的另一个重要用途是消除噪音,由于隔离产品在传输数据时有效地切断了两个电路之间的接地回路,因此有助于晶振消除接地回路电流,从而消除噪声问题,电平转换也是隔离产品的常见用途,它是固有电平转换器,在下图中可以观察到以下情况:通过将3.3V与3.3VMCULevel隔离来提高安全性实现了转换,因此VDD1和VDD2可以是不同的电平噪声通过防止地电流干扰敏感电路来减少.

传统上,使用光学耦合构造隔离器,LED产生的光子将信号从输入端传输到输出端,光敏晶体管将其转换回电信号,然而,光耦合隔离器在工业应用中具有一些固有的缺点,包括:参数随温度,VDD和时间漂移的压电晶体可靠性差不良的时序特征,例如大的延迟,歪斜和部件之间的变形由于输入和输出之间存在大的寄生耦合,因此存在边际共模瞬变抗扰度(CMTI)能量无效,具有更高的电流要求,甚至可以满足中等性能要求.

几年来,已经有使用非光学耦合技术的隔离器,例如,Silicon Labs使用CMOS平台和开关键控(OOK)调制,使用SiO2(二氧化硅)作为高压电容器电介质,在电容隔离边界上耦合信号电平信息,这种方法有一些明显的优点:该石英晶振产品的结构确保了它在长寿命期间的高度可靠性,由于采用全CMOS工艺平台,具有低传播延迟和低偏移,因此具有出色的部件间匹配,该技术还具有高抗噪声能力-瞬态电压高达200kV/μs,至少比现有产品高出2倍,与optos甚至其他数字隔离器相比,这些类型的隔离器的功耗要低得多.

可编程逻辑控制器广泛用于工业自动化应用,例如机器控制或装配线控制,娱乐设施和工业照明应用,这些控制器主要由有源晶振一组输入和输出(通常称为I/O模块)和一个中央处理单元组成,用于任何特定应用的定制控制程序存储在非易失性存储器(NVM)中,使得对于给定的一组和一系列输入事件,控制器启用某些输出,因此,这是一个实时系统,必须在一定时间内响应,以确保正确操作和保持安全,PLC系统可能有128个通道,而现场输入可以是源或下沉,具体取决于地理市场部门,常用的optos对于伺服电机控制等特定应用来说速度不够快,此外,基于温度波动和年龄,光学性能很差.

下面的框图用于在自动化系统中进行卡片测量,测量结果由嵌入式控制器捕获,然后通过RS-485(或CAN)总线发送,使多个端口能够有效通信,由于我们之前讨论过的所有原因,处理器与收发器隔离-主要是出于石英晶体振荡器噪声和安全考虑,如图所示,需要两个或三个通道的隔离器,RS-485或CAN收发器和隔离器的次级侧需要略低于1W的隔离电源,这使其成为Si88xx系列的目标应用,事实上,Si88xx非常适合隔离设备,如RS-485,CAN和RS-232收发器,适用于电机控制,PLC,电子仪表,太阳能逆变器和医疗电子等一系列应用.

电源设计关键的参数是提高振荡器功率密度,驱动供电客户解决问题安全性,提高产品寿命对于确保最终用户的安全性也很重要,这些系统面临的挑战是找到有效和安全地切换电源的方法,为了增加功率密度,可用工具增加调制方案的开关频率,然而,存在更高频率相关的风险,更快的切换导致更高的转换速率导致高噪声瞬变.有效的减小电感器和变压器的磁性部件的尺寸,提高石英晶体效率和改善瞬态响应的优点.