簡介

作為與外圍設備進行串行通信的標準，USB如今無處不在。但是，在許多情況下，工業設備仍然依賴于較舊的RS-232標準，用于調試或主從連接。為了通過差分通信增加魯棒性，RS-422或RS-485也被廣泛使用，RS-485仍然是各種有線多節點工業網絡或現場總線協議使用的物理層標準。因此，用于調試或監視的工具上的可用接口（例如僅具有用于串行通信的USB的膝上型計算機）和可能僅暴露RS-232，RS-422或RS的工業設備之間可能存在不匹配-485接口。

除了任何USB到UART轉換所需的硬件接口外，電流隔離對于測試或監控設備之間的任何接口電路以及工業設備而言都是功能性和潛在的安全要求。可能在電氣惡劣的環境中積極使用。 ADI公司的接口 i 耦合器?和 iso 電源?隔離技術的組合，集成在一起集成電路，可以輕松解決USB和傳統工業接口之間的差距。

為什么要使用電隔離？

當與工業設備連接時，避免干擾是至關重要的這些系統的運作。電流隔離可防止任何電流流動，同時允許數據傳輸，同時保護被測單元和調試單元。連接調試控制臺（如筆記本電腦）時，會出現一些危險，如圖1所示。

如果調試設備接地，地電位的差異會導致環路電流

如果調試設備沒有接地，靜電可以放電到被測設備中

由于電機和繼電器的開關噪聲，現場總線網絡可能會產生危險電壓。

某些基本診斷設備（如筆記本電腦）可能沒有與工業設備相同的嚴格級別的接口保護

在USB轉UART界面中，有兩種可能： USB接口可以隔離，也可以隔離UART接口（RS-232，RS-485和RS-422）。從理論上講，兩者都可以隔離，以保護接口模塊本身免受任何設備的影響，或者提供與兩個基本隔離接口串聯的安全隔離。

使用 i 耦合器數字隔離器隔離

使用 i 耦合器技術的數字隔離器為電流隔離提供高水平的穩健性，同時提高可靠性和降低功耗要求比光耦合器。其他IC功能（如收發器）可以集成到單芯片解決方案中，與非隔離解決方案相比，需要額外的PCB面積。這對于隔離RS-232或RS-485接口特別有利，因為已經要求IC以適當的電壓進行發送和接收。

對于USB，需要兩個信號D +和D-。透明隔離或具有自定義軟件驅動程序，以免干擾USB握手協議。使用USB數字隔離器（如ADuM3160）可在寬體SOIC封裝中實現這一目標。通過USB電纜可在隔離器的一側提供電源，因此也應在隔離側提供類似的電源。 ADuM5000在單個寬體SOIC中提供隔離電源，使用集成的 iso 電源芯片級變壓器實現隔離電源。如果需要額外的電源，可以使用外部變壓器和整流器，需要變壓器驅動器和次級穩壓器，它們組合在ADuM3070中。

為了隔離RS-232，需要一個發送器（Tx）和接收（Rx）信號需要隔離，以及一些控制信號（RTS和CTS）。但是，除了UART的TTL接口外，還需要RS-232收發器將這些信號轉換為RS-232電壓電平。還需要隔離電源來為收發器和隔離器的收發器側供電。所有三個組件（信號隔離，收發器和隔離電源）都集成在ADM3252E中，如圖2所示，從而形成單個BGA封裝，提供完整的隔離RS-232接口。

< p> RS-485還要求收發器與2線總線（A和B）或4線總線（A，B，Y和Z）連接。要隔離的信號是發送（TxD），接收（RxD），驅動器使能（DE）和接收器使能（RE）。

與RS-232解決方案類似，ADM2587E提供完全隔離的RS-485接口，如圖3所示，包括為其供電所需的集成 iso 電源DC-DC轉換器。設備的收發器側。收發器也可用于RS-422通信。

隔離USB到工業串行接口的選項

為了與工業設備上的串行端口連接， RS-232，RS-422或RS-485收發器必須與USB轉UART芯片結合使用，例如FTDI FT2232H。隔離可以在多個串行接口上單獨提供 - 例如，使用ADM3252E的RS-232端口和使用ADM2587E的RS-485端口，兩者都托管在同一USB連接上。這具有將兩個端口彼此隔離的優點，減少了連接到兩個工業設備時的潛在危險。此外，不需要明顯的隔離電源，因為接口側電源是在ADM3252E和ADM2587E中使用 iso 電源技術在內部生成的。

或者，隔離可以使用ADuM3160或ADuM4160 USB隔離器可輕松定位在一個點上。這意味著可以使用標準串行接口IC。但是，端口不是單獨隔離的，需要隔離電源解決方案（如ADuM3070）將USB提供給UART芯片，收發器和USB隔離器的下游端。

這兩種方法都在參考電路CN-0373的單板上進行了演示，如圖4所示。它結合了ADuM3160以隔離USB接口，ADuM3070為電路板提供隔離電源，包括USB轉UART芯片和ADM3252E / ADM2587E隔離分別為RS-232，RS-422和RS-485接口。

結論

電流隔離是與工業環境中的設備連接的重要組成部分。采用 i 耦合器技術的數字隔離器允許將其與訪問工業串行接口所需的IC集成，并允許USB接口的透明隔離。這允許為工業應用實現完全隔離的USB到串行實現。為了說明該應用的可能隔離解決方案，ADI提供了一個電路筆記CN-0373：隔離USB到隔離RS-485 /隔離RS-232接口。這樣就可以在USB接口和RS-232和RS-485端口完全隔離USB到UART芯片，從而可以對所提供的穩健性進行全面測試和演示。