通信隔离 ---- 高速通信光耦的电路设计

前言

电子设计开发过程中,有些项目分为几个不同的系统,它们间需要隔离(电气隔离,不能共地),但是又需要通信,这时我们可以使用高速通信光耦来实现这种需求。

高速通信光耦的电路设计

以LTV-M501为例,讲解如何设计高速隔离通信电路。
LTV-M501的通信速度可以达到1MBd,足以应对很多场合。

电路如下所示:(注意两个3.3V是隔离的)
通信隔离 ---- 高速通信光耦的电路设计_第1张图片
下面主要探讨R1和RL如何选取。

先看输入端

由规格书,我们知道:
输入导通电流IF最大为25mA,我们最好配置在十几毫安,这个输入端导通特性更好(规格书的很多测试参数也选用了这个范围)。
在这里插入图片描述
通信隔离 ---- 高速通信光耦的电路设计_第2张图片
从上图中,我们可以知道,输入端二极管导通时的电压大概为1.4V,而我们这里的输入电压为3.3V,考虑下面两种情况:
当输入发送口为高电平(3.3V)时,管子不导通,此时没有电流,R1的选值无所谓。
当输入发送口为低电平(0V)时,管子导通,管子压降电压大概为1.4V,
则IF=(3.3 - 1.4)/R1 ,要想IF大概为十几毫安,可以选择R1为150欧,此时IF大概为12.6ma,符合要求,当然,这个值也可以选别的,只要使IF合理即可。

再看输出端

为了使输出端的通信接收口处的电压足够好,
这个好的判定有一个特点是:低电平信号接近0,高电平的信号接近供电电压,此处为3.3V。
还是上图,我们知道电流传输比大概是25%,也就是输出端三极管ce间流过的电流是IF的25%,也是流过RL电阻电流,即当IF等于12.6ma,流过RL电阻电流为12.625%=3.15ma。
这个电流会决定RL两端的电压,然后决定通信接收口的电压状况,
还是分两种情况:
当输入端的管子不导通,则输出端的接收三极管ce间没有电流,则RL两端没有电流,也就没有了压降,则输出端通信接收口的电压接近3.3V。
当输入端的管子导通时,假设为12.6ma,输出端的接收三极管ce间有电流12.6ma
25%=3.15ma,则流过RL的电流也是3.15ma。因为输出端通信接收口的电压Vo=Vcc - VRL = 3.3 - RL两端电压,因为电流确定,那么RL两端电压由电阻阻值决定。
RL的阻值的选取则很重要,
当RL的选值过大时,会出现如下情况,低电平明显不接近0,压差达到1.225V,很容易出现误判:
通信隔离 ---- 高速通信光耦的电路设计_第3张图片
RL选取合适,此处选择1k,则效果大大改善了,与0V的压差很小。
通信隔离 ---- 高速通信光耦的电路设计_第4张图片

注意

  • 如果需要更高的速率,LTV-M601能达到10MBd。
  • 同样通信速率,6N137的价格更便宜,但是体积大很多。

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