一种抗干扰的高速数据传输隔离系统的制作方法

本实用新型属于数据传输隔离技术领域，具体涉及一种抗干扰的高速数据传输隔离系统。

背景技术：

良好的信号传输是系统稳定运行的关键所在，隔离系统在系统设计中十分重要，它可以保护下级控制电路和通讯端口、消除环境噪声对测试电路的干扰、抑制公共接地的有害脉冲对设备的干扰，起到限压限流的作用。通常设计人员解决信号干扰的方法是在各个过程环节中使用信号隔离器，断开过程环路，同时又不影响过程信号的正常传输，进而彻底解决地环路的问题。

多年来，光电耦合器一直是隔离系统的多数选择。但是随着工业生产的需要，光电耦合器的隔离性能渐渐的不能满足现实需求，存在无法处理高速信号、温度漂移严重、功耗高等问题，同时该类型器件依靠光隔离，器件寿命较短，受温度影响也较明显。低速光电耦合器的信号传输速率不超过1mbps，高速光电耦合器可达10mbps，但是随着速度提高，体积、成本、功耗等随之成倍增加，与当前要求低功耗，设备轻薄化的趋势相违背。

近年来在高速数字信号隔离方面，电感耦合式隔离和电容耦合式隔离两种方式凭借电路简单，应用方便等优势正在慢慢取代传统的光电耦合式隔离方式。电感耦合式隔离器依靠两个线圈的变化磁场在隔离层上进行通信，虽然功耗低、传输速度加快，但抗干扰能力差，在系统设计时要考虑器件的电磁防护问题。电容式数字隔离器，耦合机理是充放电类型，具有应变瞬变电压的能力，不会产生像电感式那样的电磁干扰，因此抗电磁干扰能力大大增强，比光耦式高出更多，同时由于电容式数字隔离器选用高压电容，其传输速度比电感式快35％，因此电容式高速数字隔离器提供了一种更可行且在很多时候更优越的替代传统光电耦合器隔离的方案。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种抗干扰的高速数据传输隔离系统，其采用新型高速电容耦合数字隔离器替代光电耦合器，可实现多通道高速数据传输，满足宽温范围要求，可以胜任1mbps至50mbps范围内的高速数据传输要求。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种抗干扰的高速数据传输隔离系统，包括初级电源、次级可调电源、隔离芯片、信号滤波电路，初级电源和次级可调电源与隔离芯片相连为其供电，信号滤波电路与隔离芯片相连，实现外部信号滤波功能；

所述的初级电源采用第一3.3vldo电源芯片，该芯片的3.3v输出脚连接至隔离芯片的初级电源输入脚；

所述次级可调电源包括一单刀双掷开关sw1、第二3.3vldo电源芯片，单刀双掷开关sw1的公共端连接5v电源输入，单刀双掷开关sw1的第一选择端经过电阻连接至隔离芯片的次级电源输入脚，单刀双掷开关sw1的第二选择端连接第二3.3vldo电源芯片的电源输入脚，第二3.3vldo电源芯片的3.3v输出脚连接至隔离芯片的次级电源输入脚；通过单刀双掷开关sw1进行5v或者3.3v切换。

在上述技术方案中，所述隔离芯片采用ti公司的4通道高速电容耦合式数字隔离芯片iso7140。

在上述技术方案中，所述第一3.3vldo电源芯片型号为mic5219-3.3。

在上述技术方案中，第一3.3vldo电源芯片型号为mic5219-3.3，其1脚连接5v电源输入，5脚为3.3v输出脚连接至隔离芯片iso7140的1脚，iso7140的1脚为初级电源输入脚。

在上述技术方案中，所述第二3.3vldo电源芯片型号为mic5219-3.3。

在上述技术方案中，所述第二3.3vldo电源芯片型号为mic5219-3.3，其1脚连接单刀双掷开关sw1的第二选择端，5脚连接至隔离芯片iso7140的16脚，iso7140的16脚为次级电源输入脚。

本实用新型的优点和有益效果为：

本实用新型采用4通道高速电容耦合式数字隔离器作为隔离器件，隔离器初级电源和隔离器次级电源由隔离器分为两个单独的环路，起到消除级间干扰的作用；由于数字隔离器作为低电压隔离器件，应用范围非常受限，为了提升该系统的适用范围，在该系统中增加了次级可调电源，通过单刀双掷开关控制次级电源输出为隔离器提供次级电压，实现了隔离器次级电源和次级信号电平的匹配，从而达到不同信号之间的通信隔离要求。

本实用新型的高速数据传输的隔离系统设计，较传统光电耦合器隔离系统相比具有低功耗、速度快、环境适应性好、占用电路体积小等优点，能够代替传统光电耦合器隔离设计方案，能应用于通用多通道隔离、spi接口/数据转换器隔离、工业现场总线隔离以及rs-232、rs-422、rs-485收发器等。此隔离系统易移植，与一般设备的兼容性好，电路设计简单节约设计成本。

附图说明

图1是本实用新型的高速数据传输隔离系统的电路框图。

图2是隔离芯片电路图。

图3是初级电源电路。

图4是次级电源电路。

图5是信号滤波电路。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

如图1所示，本系统包括初级电源、次级可调电源、隔离芯片、信号滤波电路组成，初级电源和次级可调电源为隔离芯片相连并供电，信号滤波电路与隔离芯片相连，实现外部信号滤波功能。外部信号输入后，通过信号滤波电路滤除信号毛刺等干扰信号，经过高速隔离芯片后，供本地采集系统进行采集。

如图2所示，所述隔离芯片采用ti公司的4通道高速电容耦合式数字隔离芯片iso7140，该芯片能够兼容5v和3.3v两种电平，当外部连通5v信号电平时，其最大不失真速率可达50mbps，当外部连通3.3v电平时，其最大不失真速率可达40mbps。另外该芯片可实现光电耦合器无法满足的高频信号传输功能，对于高速信号，其主要隔离指标如下所示：

1)信号延迟时长：≤27ns；

2)信号上升/下降时长：≤2ns；

3)电压隔离：2500vrms；

4)最大传输速率：50mbps；

5)隔离器每通道功耗：2mw-25mw；

如图3所示，所述的初级电源采用第一3.3vldo电源芯片，型号为mic5219-3.3，主要为隔离器初级提供3.3v电源，保证了隔离器初级的供电质量，减少电源噪声、尖峰等对器件造成不良影响。第一3.3vldo电源芯片mic5219-3.3的1脚为5v电源输入、3脚使能脚连接5v、2脚连接地信号、4脚连接旁路电容、5脚为3.3v电源输出脚连接至隔离芯片iso7140的1脚(初级电源输入脚)。

由于目前电子信号大部分采用5v或者3.3v电平进行传输，因此本实用新型设计了次级可调电源，通过次级可调电源能够调节5v或者3.3v电压输出，为隔离芯片提供次级电源。如图4所示，具体来说，所述次级可调电源包括一单刀双掷开关sw1、第二3.3vldo电源芯片，型号为mic5219-3.3，单刀双掷开关sw1的公共端连接5v电源输入，单刀双掷开关sw1的第一选择端经过电阻r104连接至隔离芯片的16脚(次级电源输入脚)，单刀双掷开关sw1的第二选择端连接第二3.3vldo电源芯片mic5219-3.3的1脚，第二3.3vldo电源芯片mic5219-3.3的5脚连接至隔离芯片的16脚(次级电源输入脚)；通过单刀双掷开关sw1进行5v或者3.3v切换，当sw1切换至第二选择端时，为隔离芯片的16脚输出3.3v；当sw1切换至第一选择端时，为隔离芯片的16脚输出5v。

在隔离芯片的信号传输路径设置信号滤波电路，通过信号滤波电路起到电磁信号屏蔽保护、防静电、信号滤波等作用，减少信号在本环路内的干扰。如图5所示，器件vd9、vd10、vd11、vd12(型号为bav99)的3脚连接外部输入信号并间接连接至隔离芯片iso7140的14、13、12、11脚上，1脚连接gnd，2脚连接电源。

以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。