Branchennachrichten
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LVDS – realisiert die Sicherheit von Gigabit-Verbindungen mit hoher Bandbreite in industriellen Umgebungen und löst den Bandbreitenengpass von Optokopplern
08.12.2023
Im Zeitalter der Automatisierung, Digitalisierung und Industrie 4.0 spielt die Übertragung von Signalen und Daten eine immer wichtigere Rolle. Die Vernetzung von Maschinen, Anlagen und sogar einzelnen Sensoren in diesen Anwendungen innerhalb und außerhalb der Produktionshalle erfordert nicht nur eine stabile Infrastruktur, sondern auch sichere, schnelle, hochpräzise, störungsfreie und breitbandige Übertragungswege. Abhängig von der Anwendung muss die Übertragungsstrecke möglicherweise extrem rauen Umgebungsbedingungen standhalten.
Das Hinzufügen einer Isolierung zu Hochgeschwindigkeits-Verbindungsschnittstellen kann die Leistung in diesen rauen Umgebungen verbessern, war jedoch keine einfache Aufgabe. Wenn die Datenrate höher als 250 Mbit/s ist, überschreitet sie den Kapazitätsbereich von Optokopplern und den meisten digitalen Isolatoren, was Systementwickler dazu zwingt, komplexere Technologien wie Glasfasern einzusetzen. Der von Adi Technology patentierte Icaupler kann die physikalische Schicht des Niederspannungsdifferenzsignals (LVDS) isolieren, wenn die Datenrate 1 Gbit/s überschreitet. Es handelt sich um eine kostengünstige Wahl, die die Komplexität von Systemen reduzieren kann, die gleichzeitig Isolierung und hohe Bandbreite erfordern. Wie erreicht man eine Hochgeschwindigkeits-Signalisolierung? Das ist ein Problem LVDS ist eine Hochgeschwindigkeitsschnittstelle, die häufig in Konvertern mit höherer Leistung und FPGA oder Asici/O mit hoher Bandbreite verwendet wird. Die differenzielle Signalübertragung hat eine starke Fähigkeit, externe elektromagnetische Störungen (EMI) zu unterdrücken (aufgrund der gegenseitigen Kopplung zwischen invertierten und gleichphasigen Signalen). ). Gleichzeitig können durch die LVDS-Signalübertragung verursachte elektromagnetische Störungen minimiert werden. Wie auf der rechten Seite der Abbildung unten gezeigt, wird der Vergleich des LVDS-Signalpegels mit RS-485 und m-lvds gezeigt. Der LVDS-Treiber stellt einen Stromausgang bereit. Bei Anschluss über einen 100-Ω-Abschlusswiderstand erzeugt es eine Differenzspannung am Empfängereingang. Sein typischer Wert beträgt 350 MV und der Gleichtaktbereich liegt zwischen 0 und 2,4 V. Das Hinzufügen einer Isolierung zur LVDS-Schnittstelle ist eine transparente Lösung, die in die bestehende Signalkette für Hochgeschwindigkeits- und Präzisionsmess- und Steuerungsanwendungen eingefügt werden kann.
Optokoppler waren schon immer die häufigste Wahl für die Isolierung von Signalen, sie eignen sich jedoch nicht für die Isolierung von Hochgeschwindigkeitssignalen, da ihre Geschwindigkeit zu langsam ist und normalerweise nur eine Datenrate von bis zu 25 Mbit/s bereitgestellt werden kann; Diskrete Transformatoren und Kondensatoren können Hochgeschwindigkeitssignale isolieren, sie müssen jedoch für bestimmte Anwendungen entwickelt und getestet werden, um ihre negativen Auswirkungen auf die Signalintegrität zu beseitigen. Diese Methode weist auch Einschränkungen im unterstützten Datenratenbereich auf, erfordert normalerweise eine symmetrische AC-Kodierung und ist mit hohen Kosten verbunden oder beeinträchtigt die Leiterplattenfläche. Die Glasfasertechnologie eignet sich sehr gut zur Isolierung von Hochgeschwindigkeitssignalen. Mittlerweile ist es weit verbreitet und kann Geschwindigkeiten von Dutzenden oder Hunderten von Gbit/s und sehr große Entfernungen unterstützen. Für die Datenrate von 1 bis 10 Gbit/s über kurze Entfernungen ist Glasfaser angesichts moderner Protokolle und Signale jedoch etwas überqualifiziert. Darüber hinaus wirkt sich die Verwendung von Glasfasern nicht nur auf die Systemkosten aus, sondern auch auf die Größe des Produkts, da große physische Anschlüsse und Schnittstellenschaltungen untergebracht werden müssen. Die Lösung, Hochgeschwindigkeitsdaten zu isolieren, besteht darin, sie zu digitalisieren. Als weltweit führendes Unternehmen im Bereich der digitalen Isolierung basiert die proprietäre Ikoppler-Digital-Isolator-Technologie von ADI auf einem Chip-Level-Transformator und unterstützt höhere Datenraten, geringeren Stromverbrauch und eine stabilere Leistung. Durch die direkte Herstellung von Transformatoren auf dem Chip mithilfe von Wafer-Level-Prozessen können die digitalen Isolationskanäle von Ikopplern miteinander und mit anderen Halbleiterfunktionen zu geringeren Kosten integriert werden. Die aktuelle verbesserte Ikoppler-Differenzcodierung kann eine extrem hohe Datenrate von mehr als 1 Gbit/s erreichen und weist aufgrund der Differenzeigenschaften des Signals eine Rauschresistenz auf. Aufgrund der ausgewogenen Eigenschaften des Differenzsignals sind die elektromagnetischen Störungen auch bei hohen Frequenzen sehr gering. Als branchenweit erster Gigabit-Digitalisolator mit verbesserter Ikoppler-Technologie gibt es eine Vielzahl von Produkten zur Isolierung von LVDS-Schnittstellen auf dem Markt. Die isolierte LVDS-Serie von ADI ist eine sehr effektive und zuverlässige Lösung, einschließlich dn4654 / adn4655 / adn4656. Es kann mit einer Datenrate von bis zu 1,1 Gbit/s bei geringem Jitter betrieben werden und erfüllt außerdem den Standardwert einer nicht isolierten LVDS-Schnittstelle. Im Gegensatz dazu können Standard-Digitalisolatoren nur 150 Mbit/s erreichen. Durch den Einsatz der I-Koppler-Technologie kann die Serie trotz Isolierung eine sehr hohe Datenrate erreichen und eine elektrische Isolierung für LVDS-Treiber und -Empfänger gemäß TIA/eia-644-a-Standard bieten. adn4654 / adn4655 / adn4656 enthalten eine Vielzahl von Kanalkonfigurationen. Die LVDS-Empfänger auf dem adn4655 und adn4656 enthalten einen ausfallsicheren Mechanismus, um sicherzustellen, dass der Ausgang des entsprechenden LVDS-Treibers logisch 1 ist, wenn der Eingang ausgesetzt, kurzgeschlossen oder terminiert, aber nicht angesteuert ist. Für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb unter Bedingungen mit geringem Jitter sind LVDS- und Isolatorschaltungen auf eine 2,5-V-Stromversorgung angewiesen. Der integrierte On-Chip-Low-Dropout-Regler (LDO) kann die erforderliche 2,5-V-Spannung über eine externe 3,3-V-Stromversorgung bereitstellen. Diese Geräte eignen sich vollständig für den Einsatz in einem weiten industriellen Temperaturbereich und verwenden ein 20-Pin-Wide-Body-SOIC mit 5-kV-RMS-Isolierung_W-Gehäuse oder ein 20-Pin-SSOP-Gehäuse mit 3,75-kV-RMS-Isolierung. Die digitale Isolationslösung von ADI für HDMI nutzt adn4654, eine vollständig isolierte HDMI-Videolösung. Seine Zuverlässigkeit und Robustheit sind auf dem Industriemarkt weithin anerkannt. In dieser Lösung verwendet adn4654 ein Kopplungsnetzwerk zur Hin- und Herkonvertierung von CML und LVDS, das zur Isolierung der von HDMI verwendeten TMD-Daten und Taktsignale verwendet werden kann. Mit einer Datenrate von 1,1 Gbit/s kann auf dieser isolierten Verbindung eine Auflösung von 720p erreicht werden. Zu den weiteren Alternativen, die eine höhere Auflösung unterstützen, gehören Isolationsprotokolle mit parallelen LVDS-Kanälen oder FPGA-SerDes mit mehreren Isolatoren. Es wird überprüft, dass die Videoqualität auf dem isolierten Anzeigebildschirm keinen Qualitätsverlust aufweist. Diese digitale Isolationslösung mit adn4654 ermöglicht eine isolierte 720p-HDMI-Videoisolationsübertragung. Seine typischen Anwendungen sind industrielle visuelle Schnittstellen, Instrumente und Endoskope. Zu den wichtigsten Anwendungen, die eine Isolierung mit hoher Bandbreite erfordern, gehören die Motorsteuerung von AC-Motorantrieben und Robotern, die Instrumentierung von Desktop- und Feldgeräten, die industrielle Datenerfassung sowie Druckmaschinen und Schneidemaschinen. Um das analoge Front-End oder die externe industrielle Backplane/den Kommunikationsport in rauen Umgebungen zu schützen und den Grad der Automatisierung zu verbessern, ist eine Isolierung zur Verbesserung der Robustheit erforderlich. Allerdings ist es bei den heutigen Wandlern und ASIC-Hochgeschwindigkeits-Seriellschnittstellen schwierig, eine Isolierung in ausreichender Bandbreite zu erreichen, um eine präzise Messung und Steuerung zu erreichen. Durch den Einsatz des LVDS Direct Digital Isolator von iCoupler wird eine Isolierung ohne Deserialisierung oder zusätzliche Designarbeit und Signalaufbereitung realisiert, um so das perfekte sichere Übertragungssystemdesign für industrielle Daten und Signale zu realisieren.
Das Hinzufügen einer Isolierung zu Hochgeschwindigkeits-Verbindungsschnittstellen kann die Leistung in diesen rauen Umgebungen verbessern, war jedoch keine einfache Aufgabe. Wenn die Datenrate höher als 250 Mbit/s ist, überschreitet sie den Kapazitätsbereich von Optokopplern und den meisten digitalen Isolatoren, was Systementwickler dazu zwingt, komplexere Technologien wie Glasfasern einzusetzen. Der von Adi Technology patentierte Icaupler kann die physikalische Schicht des Niederspannungsdifferenzsignals (LVDS) isolieren, wenn die Datenrate 1 Gbit/s überschreitet. Es handelt sich um eine kostengünstige Wahl, die die Komplexität von Systemen reduzieren kann, die gleichzeitig Isolierung und hohe Bandbreite erfordern. Wie erreicht man eine Hochgeschwindigkeits-Signalisolierung? Das ist ein Problem LVDS ist eine Hochgeschwindigkeitsschnittstelle, die häufig in Konvertern mit höherer Leistung und FPGA oder Asici/O mit hoher Bandbreite verwendet wird. Die differenzielle Signalübertragung hat eine starke Fähigkeit, externe elektromagnetische Störungen (EMI) zu unterdrücken (aufgrund der gegenseitigen Kopplung zwischen invertierten und gleichphasigen Signalen). ). Gleichzeitig können durch die LVDS-Signalübertragung verursachte elektromagnetische Störungen minimiert werden. Wie auf der rechten Seite der Abbildung unten gezeigt, wird der Vergleich des LVDS-Signalpegels mit RS-485 und m-lvds gezeigt. Der LVDS-Treiber stellt einen Stromausgang bereit. Bei Anschluss über einen 100-Ω-Abschlusswiderstand erzeugt es eine Differenzspannung am Empfängereingang. Sein typischer Wert beträgt 350 MV und der Gleichtaktbereich liegt zwischen 0 und 2,4 V. Das Hinzufügen einer Isolierung zur LVDS-Schnittstelle ist eine transparente Lösung, die in die bestehende Signalkette für Hochgeschwindigkeits- und Präzisionsmess- und Steuerungsanwendungen eingefügt werden kann. Optokoppler waren schon immer die häufigste Wahl für die Isolierung von Signalen, sie eignen sich jedoch nicht für die Isolierung von Hochgeschwindigkeitssignalen, da ihre Geschwindigkeit zu langsam ist und normalerweise nur eine Datenrate von bis zu 25 Mbit/s bereitgestellt werden kann; Diskrete Transformatoren und Kondensatoren können Hochgeschwindigkeitssignale isolieren, sie müssen jedoch für bestimmte Anwendungen entwickelt und getestet werden, um ihre negativen Auswirkungen auf die Signalintegrität zu beseitigen. Diese Methode weist auch Einschränkungen im unterstützten Datenratenbereich auf, erfordert normalerweise eine symmetrische AC-Kodierung und ist mit hohen Kosten verbunden oder beeinträchtigt die Leiterplattenfläche. Die Glasfasertechnologie eignet sich sehr gut zur Isolierung von Hochgeschwindigkeitssignalen. Mittlerweile ist es weit verbreitet und kann Geschwindigkeiten von Dutzenden oder Hunderten von Gbit/s und sehr große Entfernungen unterstützen. Für die Datenrate von 1 bis 10 Gbit/s über kurze Entfernungen ist Glasfaser angesichts moderner Protokolle und Signale jedoch etwas überqualifiziert. Darüber hinaus wirkt sich die Verwendung von Glasfasern nicht nur auf die Systemkosten aus, sondern auch auf die Größe des Produkts, da große physische Anschlüsse und Schnittstellenschaltungen untergebracht werden müssen. Die Lösung, Hochgeschwindigkeitsdaten zu isolieren, besteht darin, sie zu digitalisieren. Als weltweit führendes Unternehmen im Bereich der digitalen Isolierung basiert die proprietäre Ikoppler-Digital-Isolator-Technologie von ADI auf einem Chip-Level-Transformator und unterstützt höhere Datenraten, geringeren Stromverbrauch und eine stabilere Leistung. Durch die direkte Herstellung von Transformatoren auf dem Chip mithilfe von Wafer-Level-Prozessen können die digitalen Isolationskanäle von Ikopplern miteinander und mit anderen Halbleiterfunktionen zu geringeren Kosten integriert werden. Die aktuelle verbesserte Ikoppler-Differenzcodierung kann eine extrem hohe Datenrate von mehr als 1 Gbit/s erreichen und weist aufgrund der Differenzeigenschaften des Signals eine Rauschresistenz auf. Aufgrund der ausgewogenen Eigenschaften des Differenzsignals sind die elektromagnetischen Störungen auch bei hohen Frequenzen sehr gering. Als branchenweit erster Gigabit-Digitalisolator mit verbesserter Ikoppler-Technologie gibt es eine Vielzahl von Produkten zur Isolierung von LVDS-Schnittstellen auf dem Markt. Die isolierte LVDS-Serie von ADI ist eine sehr effektive und zuverlässige Lösung, einschließlich dn4654 / adn4655 / adn4656. Es kann mit einer Datenrate von bis zu 1,1 Gbit/s bei geringem Jitter betrieben werden und erfüllt außerdem den Standardwert einer nicht isolierten LVDS-Schnittstelle. Im Gegensatz dazu können Standard-Digitalisolatoren nur 150 Mbit/s erreichen. Durch den Einsatz der I-Koppler-Technologie kann die Serie trotz Isolierung eine sehr hohe Datenrate erreichen und eine elektrische Isolierung für LVDS-Treiber und -Empfänger gemäß TIA/eia-644-a-Standard bieten. adn4654 / adn4655 / adn4656 enthalten eine Vielzahl von Kanalkonfigurationen. Die LVDS-Empfänger auf dem adn4655 und adn4656 enthalten einen ausfallsicheren Mechanismus, um sicherzustellen, dass der Ausgang des entsprechenden LVDS-Treibers logisch 1 ist, wenn der Eingang ausgesetzt, kurzgeschlossen oder terminiert, aber nicht angesteuert ist. Für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb unter Bedingungen mit geringem Jitter sind LVDS- und Isolatorschaltungen auf eine 2,5-V-Stromversorgung angewiesen. Der integrierte On-Chip-Low-Dropout-Regler (LDO) kann die erforderliche 2,5-V-Spannung über eine externe 3,3-V-Stromversorgung bereitstellen. Diese Geräte eignen sich vollständig für den Einsatz in einem weiten industriellen Temperaturbereich und verwenden ein 20-Pin-Wide-Body-SOIC mit 5-kV-RMS-Isolierung_W-Gehäuse oder ein 20-Pin-SSOP-Gehäuse mit 3,75-kV-RMS-Isolierung. Die digitale Isolationslösung von ADI für HDMI nutzt adn4654, eine vollständig isolierte HDMI-Videolösung. Seine Zuverlässigkeit und Robustheit sind auf dem Industriemarkt weithin anerkannt. In dieser Lösung verwendet adn4654 ein Kopplungsnetzwerk zur Hin- und Herkonvertierung von CML und LVDS, das zur Isolierung der von HDMI verwendeten TMD-Daten und Taktsignale verwendet werden kann. Mit einer Datenrate von 1,1 Gbit/s kann auf dieser isolierten Verbindung eine Auflösung von 720p erreicht werden. Zu den weiteren Alternativen, die eine höhere Auflösung unterstützen, gehören Isolationsprotokolle mit parallelen LVDS-Kanälen oder FPGA-SerDes mit mehreren Isolatoren. Es wird überprüft, dass die Videoqualität auf dem isolierten Anzeigebildschirm keinen Qualitätsverlust aufweist. Diese digitale Isolationslösung mit adn4654 ermöglicht eine isolierte 720p-HDMI-Videoisolationsübertragung. Seine typischen Anwendungen sind industrielle visuelle Schnittstellen, Instrumente und Endoskope. Zu den wichtigsten Anwendungen, die eine Isolierung mit hoher Bandbreite erfordern, gehören die Motorsteuerung von AC-Motorantrieben und Robotern, die Instrumentierung von Desktop- und Feldgeräten, die industrielle Datenerfassung sowie Druckmaschinen und Schneidemaschinen. Um das analoge Front-End oder die externe industrielle Backplane/den Kommunikationsport in rauen Umgebungen zu schützen und den Grad der Automatisierung zu verbessern, ist eine Isolierung zur Verbesserung der Robustheit erforderlich. Allerdings ist es bei den heutigen Wandlern und ASIC-Hochgeschwindigkeits-Seriellschnittstellen schwierig, eine Isolierung in ausreichender Bandbreite zu erreichen, um eine präzise Messung und Steuerung zu erreichen. Durch den Einsatz des LVDS Direct Digital Isolator von iCoupler wird eine Isolierung ohne Deserialisierung oder zusätzliche Designarbeit und Signalaufbereitung realisiert, um so das perfekte sichere Übertragungssystemdesign für industrielle Daten und Signale zu realisieren.