工业通信中的光耦合器!

光耦选型工程师
2023-03-23

  在工业通信中使用光耦合器可保持数据完整性,消除群环路电流和共模噪声。本白皮书讨论了光耦合器可用于工业通信的不同领域。它概述了工业网络层次结构,允许用户根据其特定要求选择合适的光耦合器。


  介绍


  工业通信包括数据监控和处理、诊断和传感以及可视化。光耦合器用于保持数据完整性,从而消除群环电流和共模噪声。各种技术和通信总线允许用户根据其特定要求(如速度、开关规格或安全性)选择合适的光耦合器。欧洲现场总线系统的销售额预计将从2001年的170.2亿美元上升到420年的0.2008亿美元(Frost&Sullivan)。工业网络的层次结构(图1)包括:


  企业级(以太网PC、服务器、网关)


  控制级别(高性能以太网(HSE)、以太网、ProfiNet


  设备级别(Profibus DP,DeviceNet)


  传感器电平(CAN总线、远程I/O)


  智能传感器用于工业系统,导致设备级别的通信发生变化,从而创建更复杂的信息交换。由于小型化的提高,传感器变成了具有内存和网络功能的小型PC。这允许通过板载校准提供复杂的反馈和更准确的信息,以补偿非线性和失调温度相关误差。这些优势和新的灵活性为智能传感器创造了一个成功的故事,并促进了整体工业通信。以可编程逻辑控制器(PLC)的形式增加了更多的智能。它们用于控制和处理较低网络协议层(OSI)上的信息流,尤其是在传感器和设备级别。

国产光耦替代-先进光半导体

  现场总线是另一个具有预期增长率的领域,因为它也受益于智能传感器的使用。现场总线通常用于连接这些单独的可编程逻辑控制器。其中****的是Profibus,DeviceNet,Interbus和CANbus。在欧洲,Profibus似乎是市场***,而在美国,DeviceNet是**名。


  为了实现信号完整性,光耦合器用于从慢速RS232或CANbus到高速RS485接口的接口卡。为了优化空间消耗,通常首选多通道封装。双向通信通道有助于进一步减少电路板空间。


  对隔离器的要求通常用“速度”或“MBd”表示。对设计人员来说,更有价值的是与开关相关的规格,如传播延迟和脉冲宽度失真。DeviceNet指定了相对较慢的数据速率(125 kBaud、250 kBaud和500 kBaud),需要小于40 ns的传播延迟。CANbus指定低速为125 kBit/s,高速为1 Mbit/s,对传播延迟没有明确要求。Profibus在12 MBd范围内传输,并为隔离器、收发器和连接指定总PWD延迟。为了满足总体要求,隔离器需要小于8 ns。电容式和磁隔离器等新兴技术通常宣传速度更快,可达100 MBd,但通信速度的限制来自脉冲宽度失真(PWD)。市场上成熟的隔离器,如光电/磁性或电容耦合器,确实提供低至2 ns的PWD,这将异步数据通信的**速度设置为50 MBd,无需额外组件即可有效使用。这就是光耦合器目前所提供的。


  新一代收发器提供更低的电源电压,特别是在噪声不是问题的控制区域。3 V范围内的电源电压现在已成为标准电压。3 V隔离器的可用性使设计人员无需一个电源并节省成本。

光耦隔离IC

  针对通信应用优化的新一代光耦合器通过其电源电压的灵活性和整体电路板空间消耗来衡量。安华高科技是**一家提供多通道和双向光耦合器以及一系列工作电压为3 V和5 V的数字光耦合器的光耦合器制造商,以满足这些市场趋势。这种技术领先地位基于LED技术的突破,该技术允许背发光LED。这些器件可以直接放置在隔离材料上,与输出IC相对应,从而减小了LED隔离光电二极管单元的物理尺寸,每个封装最多允许4个通道。电路板空间节省至少75%,具体取决于所选封装。


  未来,基于以太网的通信将变得更加重要。ProfiNet目前正在欧洲推广;EtherCat是另一个开放标准。两者都允许高达100 Mbit/s的数据速率。如今,隔离是通过从计算以太网继承而来的变压器技术完成的。光耦合器尚未找到自己的位置,并受到新的速度要求的挑战。展望未来,高速光耦合器的使用是可能的,基于光纤的解决方案也是如此。安华高科技刚刚发布了一款基于125 nm LED技术的新型高速(650 MBd)工业以太网光纤收发器,适用于1 mm聚合物光纤(POF)和200 um塑料包层光纤(PCF)。这款新型收发器易于使用,并具有**的抗噪性和电流隔离。


  工业以太网和成熟的现场总线将至少在未来10-15年内共存。光耦合器将继续提供隔离,保证信号完整性,并在未来几年在工业通信中发挥关键作用。


  先进光半导体由南方先进联合日本归国华侨杨振林博士团队合资成立,以南方先进为主要投资方、杨博士团队为技术核心的一家专业从事光电器件、光耦合器、光耦继电器等光电集成电路以及光电驱动等产品,研发团队涵盖设计、制造、销售和服务的高新技术企业,先进光半导体拥有先进的光电器件全自动生产线,具有年产8000万只光电光耦器件的生产能力。现阶段先进光半导体的光耦继电器、光耦合器等主要产品用于:蓄电系统.智能电表.自动检测设备.电信设备.测量仪器.医疗设备.通信设备.PC端.安防监控.O/A设备.PLC控制器.I/O控制板等,依托于光半导体综合的设计技术和芯片制造技术优势,先进光半导体期望在有广阔发展前景的光电控制领域深耕,逐步提升产品的技术附加值,扩充技术含量更高的产品线。


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