將晶振速度靈活性集成到工業(yè)設計中

在大多數(shù)的工業(yè)系統(tǒng)設計中,為了保障系統(tǒng)性能的本質(zhì)安全性,這些系統(tǒng)往往需要具有高性能的XO振蕩器產(chǎn)品優(yōu)異的高可靠性能特征,以確保產(chǎn)品高性能穩(wěn)定性和可重復循環(huán)使用,在工業(yè)機器設備當中保證相對的安全和抗噪聲特性是相對重要的,在許多情況下,可能需要許多元器組件來調(diào)整控制系統(tǒng).

當系統(tǒng)中不參考公共地的電路必須相互傳輸數(shù)據(jù)或控制信號時,需要隔離,例如電機控制或高功率電源或UPS系統(tǒng),安全是首要考慮因素:高壓對人類操作員以及低壓電子電路都是安全隱患,隔離產(chǎn)品的另一個重要用途是消除噪音,由于隔離產(chǎn)品在傳輸數(shù)據(jù)時有效地切斷了兩個電路之間的接地回路,因此有助于晶振消除接地回路電流,從而消除噪聲問題,電平轉(zhuǎn)換也是隔離產(chǎn)品的常見用途,它是固有電平轉(zhuǎn)換器,在下圖中可以觀察到以下情況:通過將3.3V與3.3VMCULevel隔離來提高安全性實現(xiàn)了轉(zhuǎn)換,因此VDD1和VDD2可以是不同的電平噪聲通過防止地電流干擾敏感電路來減少.

傳統(tǒng)上,使用光學耦合構(gòu)造隔離器,LED產(chǎn)生的光子將信號從輸入端傳輸?shù)捷敵龆?光敏晶體管將其轉(zhuǎn)換回電信號,然而,光耦合隔離器在工業(yè)應用中具有一些固有的缺點,包括:參數(shù)隨溫度,VDD和時間漂移的壓電晶體可靠性差不良的時序特征,例如大的延遲,歪斜和部件之間的變形由于輸入和輸出之間存在大的寄生耦合,因此存在邊際共模瞬變抗擾度(CMTI)能量無效,具有更高的電流要求,甚至可以滿足中等性能要求.

幾年來,已經(jīng)有使用非光學耦合技術的隔離器,例如,Silicon Labs使用CMOS平臺和開關鍵控(OOK)調(diào)制,使用SiO2(二氧化硅)作為高壓電容器電介質(zhì),在電容隔離邊界上耦合信號電平信息,這種方法有一些明顯的優(yōu)點:該石英晶振產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)確保了它在長壽命期間的高度可靠性,由于采用全CMOS工藝平臺,具有低傳播延遲和低偏移,因此具有出色的部件間匹配,該技術還具有高抗噪聲能力-瞬態(tài)電壓高達200kV/μs,至少比現(xiàn)有產(chǎn)品高出2倍,與optos甚至其他數(shù)字隔離器相比,這些類型的隔離器的功耗要低得多.

可編程邏輯控制器廣泛用于工業(yè)自動化應用,例如機器控制或裝配線控制,娛樂設施和工業(yè)照明應用,這些控制器主要由有源晶振一組輸入和輸出(通常稱為I/O模塊)和一個中央處理單元組成,用于任何特定應用的定制控制程序存儲在非易失性存儲器(NVM)中,使得對于給定的一組和一系列輸入事件,控制器啟用某些輸出,因此,這是一個實時系統(tǒng),必須在一定時間內(nèi)響應,以確保正確操作和保持安全,PLC系統(tǒng)可能有128個通道,而現(xiàn)場輸入可以是源或下沉,具體取決于地理市場部門,常用的optos對于伺服電機控制等特定應用來說速度不夠快,此外,基于溫度波動和年齡,光學性能很差.

下面的框圖用于在自動化系統(tǒng)中進行卡片測量,測量結(jié)果由嵌入式控制器捕獲,然后通過RS-485(或CAN)總線發(fā)送,使多個端口能夠有效通信,由于我們之前討論過的所有原因,處理器與收發(fā)器隔離-主要是出于石英晶體振蕩器噪聲和安全考慮,如圖所示,需要兩個或三個通道的隔離器,RS-485或CAN收發(fā)器和隔離器的次級側(cè)需要略低于1W的隔離電源,這使其成為Si88xx系列的目標應用,事實上,Si88xx非常適合隔離設備,如RS-485,CAN和RS-232收發(fā)器,適用于電機控制,PLC,電子儀表,太陽能逆變器和醫(yī)療電子等一系列應用.

電源設計關鍵的參數(shù)是提高振蕩器功率密度,驅(qū)動供電客戶解決問題安全性,提高產(chǎn)品壽命對于確保最終用戶的安全性也很重要,這些系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)是找到有效和安全地切換電源的方法,為了增加功率密度,可用工具增加調(diào)制方案的開關頻率,然而,存在更高頻率相關的風險,更快的切換導致更高的轉(zhuǎn)換速率導致高噪聲瞬變.有效的減小電感器和變壓器的磁性部件的尺寸,提高石英晶體效率和改善瞬態(tài)響應的優(yōu)點.