如何保證總線信號(hào)隔離一致性？

在使用隔離收發(fā)器時(shí)，可能會(huì)遇到模塊功能測(cè)試通過了，但應(yīng)用在產(chǎn)品上總會(huì)出現(xiàn)個(gè)別隔離性能不達(dá)標(biāo)的情況，是模塊壞了?可能問題不在模塊，而是生產(chǎn)一致性得不到保證。要如何保證信號(hào)隔離一致性呢?本文將為你提供新思路。

一、一致性隱患——人工干預(yù)

起初，隨著工業(yè)通訊及汽車電子等行業(yè)的蓬勃發(fā)展，RS-485及CAN總線的應(yīng)用日益廣泛。但在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)與車載環(huán)境中存在諸多信號(hào)干擾，對(duì)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)有著致命的影響，所以。目前主流的隔離方案有兩種，第一種方式是通過芯片方案，自主搭建，實(shí)現(xiàn)信號(hào)隔離;第二種方式是直插式隔離模塊，內(nèi)部集成了電源隔離、信號(hào)隔離。應(yīng)用時(shí)隔離性能一致性會(huì)存在一定的原因，具體原因如下。

目前國(guó)內(nèi)較為主流的方案為直插式模塊類方案，這種方案應(yīng)用簡(jiǎn)便，即插即用，并且性能能夠覆蓋絕大數(shù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。或許會(huì)出現(xiàn)在模塊單獨(dú)測(cè)試階段，產(chǎn)品性能達(dá)標(biāo)，但批量應(yīng)用于產(chǎn)品上時(shí)，由于模塊需要人為手工插件插入再進(jìn)行焊接，隔離性能的可靠性就需要人為保證，因此在大批量的產(chǎn)品中可能會(huì)出現(xiàn)個(gè)別板子隔離防護(hù)性能不達(dá)標(biāo)的情況，從而導(dǎo)致這個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)無法正常通訊，重則導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

除此之外，直插式的生產(chǎn)效率問題會(huì)在大批量應(yīng)用時(shí)凸顯出來，整體產(chǎn)能僅能達(dá)到高速SMT的1/7，這也是直插式模塊在大批量生產(chǎn)需求中不可規(guī)避的問題。具體如下圖1所示。

圖1 表貼式VS直插式

二、信號(hào)隔離一致性如何保證?

一致性會(huì)存在問題最根本的原因是在于產(chǎn)品生產(chǎn)過程中受到人為干預(yù)。因此解決的方式有兩個(gè)方向，具體如下：

其一，這一個(gè)方向聽起來有些天方夜譚，那就是招募嫻熟的生產(chǎn)工作人員，從人員的角度將人為干預(yù)降到最低，并且能夠一定程度的提升產(chǎn)能。

其二，這一個(gè)方向?qū)⑹俏磥矸较?，?shí)現(xiàn)全器件表貼化，全自動(dòng)生產(chǎn)，將人為干預(yù)排除掉，最大化產(chǎn)品的一致性。

工業(yè)通訊產(chǎn)品的信號(hào)隔離性能一致性的也是這兩個(gè)方向，第一種方向目前暫時(shí)不討論，我們來看看第二種方式，迄今為止所有的貼片方案，均是采用芯片自主搭建，這其中也有兩種形式。

第一種，采用僅支持信號(hào)隔離的芯片，這一類芯片成本較高，并且芯片外部需要再加隔離電源，電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，這會(huì)一定程度的增加研發(fā)及物料管控成本，后續(xù)維護(hù)也存在一定的難度。

第二種，使用集成了隔離電源的芯片，但此類芯片由于其隔離電源體積受到限制，所以工作頻率較高，芯片相比于現(xiàn)有直插封裝模塊有較嚴(yán)重的電磁輻射，功耗較大，輻射情況具體如下所示。

圖2 全隔離芯片近場(chǎng)輻射實(shí)測(cè)圖

這兩種方式雖然能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)表貼但在應(yīng)用、性能方面均有一些不足。難道沒有即具備直插式模塊的應(yīng)用簡(jiǎn)捷與性能，有能夠支持全自動(dòng)表貼的信號(hào)隔離解決方案嗎?

三、ZLG致遠(yuǎn)電子推出信號(hào)隔離全新方案

ZLG致遠(yuǎn)電子憑借在總線技術(shù)的深厚積累，于2003年國(guó)內(nèi)第一款支持信號(hào)與電源全隔離的隔離收發(fā)器模塊，2006正式對(duì)外銷售，憑借產(chǎn)品性能可靠，適用于需要高穩(wěn)定性總線通訊的場(chǎng)合，能夠有效幫助用戶提升總線通信防護(hù)等級(jí)，得到了廣大用戶的青睞與認(rèn)可，并于今年推出了表貼式的隔離收發(fā)器，詳細(xì)的發(fā)展歷程如下圖3所示。

圖3 ZLG致遠(yuǎn)電子隔離收發(fā)器發(fā)展歷程

為打破目前市場(chǎng)上的僵局，這一次，我們主動(dòng)尋求改變，深度創(chuàng)新，以客戶需求為向?qū)В蛟斐鰳I(yè)內(nèi)首款表貼式隔離收發(fā)器。由PCB底板及模塊功能性元器件構(gòu)成，模塊為貼片式封裝，可以為郵票孔，BGA或LGA引腳封裝，模塊無需外殼，支持全自動(dòng)表貼，提高生產(chǎn)效率的同時(shí)可保證批量生產(chǎn)的一致性和可靠性。

圖4 隔離收發(fā)器全新升級(jí)

并且致遠(yuǎn)電子基于深厚的硬件積累，不斷優(yōu)化產(chǎn)品的性能，相比于已有的全隔離貼片式隔離芯片方案，EMC性能更高、近場(chǎng)輻射更低，具體如下圖5所示，為用戶提供更優(yōu)的信號(hào)隔離解決方案。

圖5 近場(chǎng)輻射對(duì)比

四、多種封裝，更多選擇

該系列表貼式隔離收發(fā)器，封裝形式覆蓋所有主流表貼封裝，提供BGA、LGA、郵票孔三種封裝，如圖6，滿足所有主流表貼需求。

l BGA：即Ball Grid Array，指焊球陣列封裝;

l LGA：即Land Grid Array，指柵格陣列封裝;

l 郵票孔：即Castellated Holes，又叫城堡形焊盤封裝。

圖6 三種封裝(左-郵票孔，中-BGA，右-LGA)

BGA封裝模塊底部植有直徑為0.76mm的錫球陣列，而LGA封裝模塊底部是金屬焊盤陣列，焊盤直徑為0.61mm，兩種封裝的產(chǎn)品整體尺寸均為20.32×16.51×6.00mm。郵票孔封裝模塊兩邊分布有郵票孔焊盤，郵票孔孔徑0.51mm，產(chǎn)品整體尺寸為20.32×16.90×5.50mm，具體如圖7所示。

圖7 表貼式隔離收發(fā)器產(chǎn)品封裝尺寸

五、表貼式隔離收發(fā)器性能指標(biāo)

表貼式隔離收發(fā)器性能上可以完全兼容直插封裝產(chǎn)品，而且體積更小、重量更輕、高度更薄、可靠性更高，并滿足SMT生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率。

表貼式隔離CAN收發(fā)器性能指標(biāo)如下所示：

l 符合“ISO 11898-2”標(biāo)準(zhǔn);

l 未上電節(jié)點(diǎn)不影響總線;

l 單網(wǎng)絡(luò)至少可連接110個(gè)節(jié)點(diǎn);

l 支持BGA、LGA及郵票孔等封裝;

l 外殼及灌封材料符合UL94 V-0標(biāo)準(zhǔn);

l 具有極低電磁輻射和高的抗電磁干擾性;

l 工作溫度：-40℃～+105℃;

l 隔離電壓：3500VDC。

表貼式隔離RS-485收發(fā)器性能指標(biāo)如下所示：

l 3.15V-5.25V 寬供電電壓;

l 隔離電壓：3500VDC;

l 自動(dòng)收發(fā)數(shù)據(jù)功能;

l 帶隔離輸出電源腳;

l 最多可連接64 個(gè)節(jié)點(diǎn);

l 電磁輻射EME 極低;

l 電磁抗干擾EMS 極高;

l 集成電源隔離、信號(hào)隔離和總線ESD 保護(hù)功能。

六、主要應(yīng)用領(lǐng)域

除傳統(tǒng)的工業(yè)控制、CAN-bus、RS-485現(xiàn)場(chǎng)通信應(yīng)用外，尤其適用于對(duì)體積和工作溫度有較高要求的場(chǎng)合，如BMS、精密器械、現(xiàn)場(chǎng)傳感器等。

產(chǎn)品選型

表1 貼片產(chǎn)品選型列表