LVDS: obtenga la seguridad del enlace Gigabit de alto ancho de banda en un entorno industrial y resuelva el cuello de botella del ancho de banda del optoacoplador.

En esta era de automatización, digitalización e industrial 4.0, la transmisión de señales y datos juega un papel cada vez más importante. La interconexión de máquinas, sistemas e incluso sensores individuales en estas aplicaciones dentro y fuera del taller de producción requiere no sólo una infraestructura estable, sino también rutas de transmisión seguras, rápidas, de alta precisión, sin interferencias y con un gran ancho de banda. Dependiendo de la aplicación, es posible que la ruta de transmisión deba soportar condiciones ambientales extremadamente duras. Agregar aislamiento a las interfaces de enlace de alta velocidad puede mejorar el rendimiento en estos entornos hostiles, pero no ha sido una tarea sencilla. Cuando la velocidad de datos es superior a 250 Mbps, supera el rango de capacidad de los acopladores ópticos y de la mayoría de los aisladores digitales, lo que obliga a los diseñadores de sistemas a adoptar tecnologías más complejas, como la fibra óptica. Icaupler, patentado por Adi Technology, puede aislar la capa física de la señal diferencial de bajo voltaje (LVDS) cuando la velocidad de datos supera 1 Gbps. Es una opción rentable que puede reducir la complejidad de los sistemas que requieren aislamiento y un gran ancho de banda al mismo tiempo. ¿Cómo lograr el aislamiento de la señal de alta velocidad? Esto es un problema LVDS es una interfaz de alta velocidad comúnmente utilizada en convertidores de mayor rendimiento y FPGA o asici/O de alto ancho de banda. La transmisión de señal diferencial tiene una gran capacidad para suprimir la interferencia electromagnética externa (EMI) (debido al acoplamiento mutuo entre señales invertidas y en fase). ). Al mismo tiempo, también puede minimizar cualquier EMI causada por la transmisión de señal LVDS. Como se muestra en el lado derecho de la figura siguiente, se muestra la comparación del nivel de señal LVDS con RS-485 y m-lvds. El controlador LVDS proporciona una salida actual. Cuando se conecta a través de una resistencia terminal de 100 Ω, generará un voltaje diferencial en la entrada del receptor. Su valor típico es 350 MV y el rango de modo común es de 0 a 2,4 v. Agregar aislamiento a la interfaz LVDS es una solución transparente que se puede insertar en la cadena de señal existente para aplicaciones de control y medición de alta velocidad y precisión. El optoacoplador siempre ha sido la opción más común para aislar señales, pero no es adecuado para aislar señales de alta velocidad porque su velocidad es demasiado lenta y generalmente solo puede proporcionar una velocidad de datos de hasta 25 Mbps; Los transformadores y condensadores discretos pueden aislar señales de alta velocidad, pero deben diseñarse y probarse para aplicaciones específicas para resolver su impacto adverso en la integridad de la señal. Este método también tiene limitaciones en el rango de velocidad de datos admitido, generalmente requiere codificación balanceada de CA y el costo es alto o afecta el área de la PCB; La tecnología de fibra óptica es muy adecuada para aislar señales de alta velocidad. Ahora se ha utilizado ampliamente y puede soportar velocidades de decenas o cientos de Gbps y distancias muy largas. Sin embargo, para velocidades de datos de 1 a 10 Gbps en distancias cortas, considerando los protocolos y señales modernos, la fibra óptica está un poco sobrecalificada. Además, el uso de fibra óptica no sólo afectará el costo del sistema, sino que también afectará el tamaño del producto, porque necesita acomodar grandes conectores físicos y circuitos de interfaz. La solución para aislar los datos de alta velocidad es digitalizarlos. Como líder mundial en el campo del aislamiento digital, la tecnología patentada i Coupler Digital Isolator de ADI se basa en un transformador de nivel de chip, lo que admite una mayor velocidad de datos, un menor consumo de energía y un rendimiento más estable. Al fabricar transformadores directamente en chip mediante procesos a nivel de oblea, los canales de aislamiento digital de iacoplador se pueden integrar entre sí y con otras funciones de semiconductores a un costo menor. La codificación diferencial del iacoplador mejorada actual puede alcanzar una velocidad de datos extremadamente alta de más de 1 Gbps y tiene resistencia al ruido debido a las características diferenciales de la señal. De manera similar, debido a las características de equilibrio de la señal diferencial, la interferencia electromagnética es muy baja incluso a alta frecuencia. El primer aislador digital Gigabit de la industria con tecnología iacopladora mejorada; existe una variedad de productos en el mercado para aislar interfaces LVDS. La serie LVDS aislada de ADI es una solución muy eficaz y fiable, que incluye dn4654/adn4655/adn4656. Puede funcionar a una velocidad de datos de hasta 1,1 Gbps con baja fluctuación y también cumple con el valor estándar de la interfaz LVDS no aislada. Por el contrario, los aisladores digitales estándar sólo pueden alcanzar 150 Mbps. Debido al uso de la tecnología I Coupler, a pesar del aislamiento, la serie puede alcanzar una velocidad de datos muy alta y proporcionar aislamiento eléctrico para controladores y receptores LVDS que cumplan con el estándar TIA/eia-644-a. El adn4654/adn4655/adn4656 contiene una variedad de configuraciones de canales. Los receptores LVDS en adn4655 y adn4656 contienen un mecanismo a prueba de fallas para garantizar que la salida del controlador LVDS correspondiente sea lógica 1 cuando la entrada está suspendida, en cortocircuito o terminada pero no activada. Para un funcionamiento a alta velocidad en condiciones de baja fluctuación, los circuitos LVDS y aisladores dependen de una fuente de alimentación de 2,5 V. El regulador de baja caída (LDO) integrado en chip puede proporcionar el voltaje requerido de 2,5 V a través de una fuente de alimentación externa de 3,3 V. Estos dispositivos son totalmente adecuados para su uso en un amplio rango de temperaturas industriales, utilizando un paquete SOIC de cuerpo ancho de 20 pines con aislamiento de 5 kV RMS_ W, o un paquete SSOP de 20 pines con aislamiento de 3,75 kV RMS. La solución de aislamiento digital de ADI para HDMI adopta adn4654, que es una solución de vídeo HDMI completamente aislada. Su fiabilidad y robustez han sido ampliamente reconocidas en el mercado industrial. En esta solución, adn4654 utiliza una red de acoplamiento para convertir CML y LVDS de un lado a otro, que puede usarse para aislar los datos de TMD y las señales de reloj utilizadas por HDMI. La velocidad de datos de 1,1 Gbps puede alcanzar una resolución de 720p en este enlace aislado. Otras alternativas que admiten una resolución más alta incluyen protocolos de aislamiento que utilizan canales LVDS paralelos o FPGA SerDes que utilizan múltiples aisladores. Se verifica que la calidad del video en la pantalla aislada no tiene pérdida de calidad. Esta solución de aislamiento digital que utiliza adn4654 realiza una transmisión de aislamiento de vídeo HDMI aislada de 720p. Sus aplicaciones típicas son interfaz visual industrial, instrumentos y endoscopios. Algunas aplicaciones clave que requieren un alto aislamiento de ancho de banda incluyen el control de motores de CA y robots, instrumentación de equipos de escritorio y de campo, adquisición de datos industriales, máquinas de impresión y máquinas de corte. Para proteger el front-end analógico o el backplane industrial externo/el puerto de comunicación en entornos hostiles para mejorar el grado de automatización, se requiere un aislamiento de mejora de robustez. Sin embargo, los convertidores actuales y las interfaces serie ASIC de alta velocidad tienen dificultades para lograr un aislamiento en un ancho de banda suficiente para lograr una medición y un control precisos. El uso del aislador digital directo iacoplador LVDS realiza el aislamiento sin ninguna deserialización ni trabajo de diseño adicional ni acondicionamiento de señales, para lograr el diseño perfecto del sistema de transmisión segura de datos y señales industriales.