什么是隔离数字输入？

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什么是隔离数字输入？ [复制链接]

      虽然隔离数字输入和数字隔离器听起来很相似，但实际上它们之间存在一些显著差异。阅读本文后，希望您能够轻松分辨出两个隔离功能之间的区别。

内部结构

       数字隔离器充当提供电流隔离数字信号路径的基本（或通常是加强型）功能。来自德州仪器（TI）的隔离结构是电容性的，其绝缘屏障由我们互补的金属氧化物半导体（CMOS）工艺技术构建的两个高压电容器组成。高频载波通过隔离栅从初级侧到次级侧通信，而我们的数字隔离器能够承受高达12.8 kV的施加浪涌电压和1.5 kV的工作电压，而不会破坏双电容屏障。数字隔离器的一个关键组件是基本或加强型隔离电压。

 

                                                           图1：数字隔离器
      隔离数字输入充当提供从传感器输入或其他输入类型到主机控制器接口的逻辑输出的电流隔离的基本功能。与数字隔离器不同，隔离数字输入的输入级（如图2所示）包括用户设置输入阈值和集成电流限制，允许9V至60V范围内的输入电压转换为逻辑输出。在最简单的形式中，隔离数字输入用作隔离比较器，具有一些易于设计的附加功能。

 

 

图2：隔离数字输入

使用差异

       数字隔离器通常用于信号路径中的模数转换器（ADC）或数据采集转换器与主机控制器或微控制器（MCU）之间。数字隔离器也常见于给定系统的隔离电源功能中。

       隔离数字输入专门设计为数字输入接收器，用于可编程逻辑控制（PLC）、电机控制和电网应用，以实现场侧输入和主机控制器之间的接口。隔离数字输入是面向场侧输入，可轻松配置用于汇和源应用。集成电流限值可在较高输入电压环境下最大限度地降低输入的热分布，并通过简易外部电阻设置，以符合国际电工委员会（IEC）61131-2的I、II或III型开关。附加电阻设置输入电压阈值；可使用在线计算器轻松选择电阻。

电源差异

       数字隔离器需要初级和次级侧电源。在图3中，隔离电源为ADC以及连接ADC的数字隔离器的“场侧”供电。

 

 

                                           图3：ISO7741隔离MCU和ADC通信
       隔离数字输入仅需要次级侧电源。在ISO1211（图4）和ISO1212隔离数字输入中，场侧由输入供电，因此无需场侧电源。与其他分立解决方案相比，此方案更易于前端设计。

                                图4：ISO1211配置为PLC数字输入模块

       我们的新型隔离数字输入是TI诸多创新方式中的一个示例。TI正使得全球最强大、最可靠的隔离解决方案变得更容易，更高效。

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       ISO1211 和 ISO1212 器件是隔离式 24V 至 60V 数字输入接收器，符合 IEC 61131-2 1 类、2 类和 3 类特性标准。这些器件可以在可编程逻辑控制器 (PLC)、电机控制、电网基础设施和其他工业应用中实现 9V 至 300V 直流和交流数字输入 模块。不同于具有分立式、不精确电流限制电路的传统光耦合器解决方案，ISO121x 器件提供具有精确电流限制的简单低功耗解决方案，可实现紧凑型和高密度 I/O 模块的设计。这些器件不需要现场侧电源，可配置为拉电流或灌电流输入。

        ISO121x 器件的工作电压范围为 2.25V 至 5.5V，支持 2.5V、3.3V 和 5V 控制器。具有反极性保护的 ±60V 输入容差有助于确保输入引脚在可忽略的反向电流发生故障时受到保护。这些器件支持高达 4Mbps 的数据速率，可通过 150ns 的最小脉冲宽度，从而实现高速运行。ISO1211 器件适用于需要通道间隔离功能的设计，而 ISO1212 器件适用于多通道空间受限的设计。

         与传统解决方案相比，ISO121x 器件减少了组件数量，简化了系统设计，提高了性能，降低了电路板温度。有关详细信息，请参阅《如何简化隔离式 24V PLC 数字输入模块设计》TI 技术手册、《如何提高电机驱动中的隔离式数字输入的速度和可靠性》TI 技术手册以及《如何设计用于 ±48V、110V 和 240V 直流和交流检测的隔离式比较器》TI 技术手册。

       

特性

• 符合 IEC 61131-2 针对 24V 隔离式数字输入的 1、2、3 类特性标准
• 支持 9V 至 300V 直流和交流数字输入设计（使用外部电阻器）
• 通过精确电流限制实现低功耗：
  • 对于 3 类，电流为 2.2mA 至 2.47mA
  • 可调电流，最高为 6.5mA
• 消除了对现场侧电源的需求
• 具有反极性保护功能的宽输入电压范围：±60V
• 断线检测（请参阅 TIDA-01509）
• 可配置为拉电流或灌电流输入
• 高数据速率：最高 4Mbps
• 多路复用器输出信号使能引脚
• 高瞬态抗扰性：±70kV/µs CMTI
• 宽电源电压范围 (VCC1)：2.25V 至 5.5V
• 环境温度范围：–40°C 至 +125°C
• 紧凑型封装选项：
  • 单通道 ISO1211，SOIC-8
  • 双通道 ISO1212，SSOP-16
• 安全相关认证：
  • 符合 DIN V VDE V 0884-10 标准的基本绝缘
  • UL 1577 认证，2500VRMS 绝缘
  • 可提供 CSA、CQC、TUV 认证

  • 设计与开发工具

    工具类型	标题	器件型号
    评估模块和开发板	ISO1211 隔离式数字输入接收器评估模块	ISO1211EVM
    评估模块和开发板	EMC 性能优异的 ISO7741 高速四通道数字隔离器评估模块	ISO7741EVM
    评估模块和开发板	ISO723X724XEVM 评估模块	ISO723X724XEVM

  • 
  • 如何简化隔离24V PLC 数字输入模块设计 (Rev. A)
  • 所选封装材料的热学和电学性质

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