为 LVDS 接口添加隔离

来源：新能源汽车网

时间：2023-03-15 17:08:37

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为 LVDS 接口添加隔离在恶劣环境中，为了安全、功能或提高抗噪性，需要对外部接口进行电流隔离。这包括用于工业测量和控制的数据采集模块中的模拟前端，以及处理节点之间的数字接口。过去

在恶劣环境中，为了安全、功能或提高抗噪性，需要对外部接口进行电流隔离。这包括用于工业测量和控制的数据采集模块中的模拟前端，以及处理节点之间的数字接口。

过去，转换器接口或工业背板只有几兆位的带宽就足够了，允许使用光耦合器隔离串行外设接口 (SPI) 或 RS-485 等协议。数字隔离器提高了此类隔离接口的安全性、性能和可靠性，并提供集成隔离和 I/O。然而，工业 4.0 和物联网 (IoT) 等趋势需要更普遍的测量和控制，以及更高的速度和精度，从而导致对增加带宽的更大需求。

随着这些与物理域的数字交互增加，需要保护电机和电力系统、人类操作员和静电放电，以及雷击引起的浪涌等外部因素，对电流隔离的需求也在激增。精密测量还需要与噪声源隔离，例如更局部化的微型电源电路和高速数字处理。

低压差分信号 (LVDS) 是一种普遍存在的高速接口，适用于高性能转换器和高带宽 FPGA 或 ASIC I/O。由于反相信号和非反相信号之间的相互耦合，差分信号对外部电磁干扰 (EMI) 具有很高的免疫力，这也相应地限度地减少了 LVDS 信号产生的任何 EMI。将隔离添加到 LVDS 接口提供了一种透明的解决方案，可以将其插入到现有信号链中，用于高速和精密测量和控制应用。

今天有哪些选择？

对于转换器和处理器接口的电流隔离，标准数字隔离器仍然是比光耦合器更快、更稳健和更可靠的解决方案。然而，支持高速或精密转换器的典型 LVDS 数据速率为数百兆位，而快的标准数字隔离器支持高达 150 Mbps。

图 1. 隔离器实施的价值主张与隔离器速度

为了支持更高带宽的隔离，系统设计人员直到现在都转向定制设计密集型解决方案，例如使用变压器或电容器的反序列化或分立解决方案。这些增加了成本和设计时间，反序列化甚至可能需要一个额外的简单 FPGA 来实现该功能，变压器和电容器需要对 LVDS 信号进行仔细的信号调节，并导致应用和数据速率特定的解决方案需要交流平衡编码。

另一种解决方案是使用光纤通信链路，但由于成本和增加的复杂性，这更适合数千兆位的要求。图 1 显示了高速隔离选项的范围，价值主张（取决于设计的难易程度和成本）与实施速度的关系图。

相比之下，如图 2 所示，Analog Devices 推出了一系列嵌入式 LVDS 隔离器ADN4650/ADN4651/ADN4652，它们使用增强型 iCoupler 技术以高达 600 Mbps 的速度运行。除了符合 TIA/EIA-644-A LVDS 标准的 I/O 之外，完整的隔离器信号链是全差分的，实现了高抗扰度和低辐射的解决方案。提供两个隔离式 LVDS 通道，一个发送通道和一个接收通道（ADN4651，ADN4652 反之亦然）或两个发送或接收通道 (ADN4650)。内部高速电路在 2.5 V 电压下运行，这在工业系统中可能不会作为电源轨出现，因此提供了内部低压差稳压器 (LDO)（如图 3 所示）以允许单个宽体SOIC 解决方案，即使使用 3.3 V 电源供电时也是如此。