Blog de la compañía Interfaz aislada de suministro ADI: CAN aislada, I2C aislada, SPI aislada, USB aislada

Interfaz aislada de suministro ADI: CAN aislada, I2C aislada, SPI aislada, USB aislada

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I. CAN aislada: un enlace fiable para la comunicación industrial y automotriz

El bus CAN (Controller Area Network) es uno de los protocolos de comunicación en serie más utilizados en automatización industrial y electrónica automotriz, conocido por su alta fiabilidad,Comunicación multi-master y alta tolerancia a fallosSin embargo, en escenarios como entornos industriales de alto voltaje y sistemas de alto voltaje automotriz, el voltaje de modo común entre los nodos de bus CAN puede alcanzar varios cientos de voltios.Los transceptores CAN estándar no pueden soportar tal interferencia, lo que los hace propensos a las interrupciones de la comunicación y daños en los componentes.Los productos de interfaz CAN aislados de ADI utilizan tecnología de aislamiento magnético para lograr el aislamiento eléctrico, manteniendo al mismo tiempo las principales ventajas del protocolo CAN, resolviendo eficazmente los problemas antes mencionados.

1Tecnología básica y características del producto

Los productos CAN aislados de ADI utilizan principalmente la tecnología de aislamiento magnético iCoupler.sustitución de los diodos emisores de luz y fotodetectores de los optoacopladores tradicionales, evitando así los inconvenientes asociados con los optoacopladores, como la deriva de temperatura, el envejecimiento y los retrasos significativos en la transmisión.Tomando como ejemplos productos clásicos como el ADM2483 y el ADM3053, sus características principales son las siguientes:

- Alto rendimiento de aislamiento: admite voltajes de aislamiento de hasta 5 kV RMS y soporta un voltaje de aislamiento de 2.500 V RMS durante 1 minuto.Certificado de acuerdo con normas autorizadas como UL 1577 y VDE 0884, estos dispositivos aislan eficazmente las interferencias eléctricas entre los lados de alta y baja tensión, garantizando la seguridad de los circuitos de control de baja tensión.

- Compatibilidad con los estándares de protocolo CAN: Completamente compatible con la norma ISO 11898-2, soportando tanto el estándar CAN como el CAN FD (en ciertos productos),con velocidades de transmisión de datos de hasta 5 Mbps (CAN FD), satisfaciendo los requisitos de comunicación de alta velocidad de los sistemas industriales y automotrices.

- Bajo consumo de energía y amplio rango de temperatura: corriente de funcionamiento tan baja como 4,5 mA, con un consumo de energía de espera insignificante, lo que lo hace adecuado para aplicaciones alimentadas por baterías;el rango de temperatura de funcionamiento abarca desde -40 °C hasta +105 °C, con algunos productos que incluso soportan -40 °C a +125 °C, lo que permite la adaptación a ambientes industriales de alta temperatura y temperaturas extremas tanto dentro como fuera de la cabina del vehículo.

- Protección integral: las funciones de protección incorporadas incluyen protección contra cortocircuito de bus, protección contra apagones térmicos y protección contra sobrevoltura.En el caso de un cortocircuito o sobrevoltaje de un bus CAN, el dispositivo entra automáticamente en un estado de protección para evitar daños; algunos productos también cuentan con salidas de diagnóstico de fallos, lo que facilita la monitorización en tiempo real del estado de la comunicación por el sistema.

2Escenarios de aplicación típicos

El CAN aislado es uno de los productos más utilizados dentro de la gama de interfaces de aislamiento de ADI.Dispositivos de frecuencia variable, servomotores y robots industriales en el sector de la automatización industrial; aislamiento de las comunicaciones entre los BMS de alta tensión de a bordo (sistemas de gestión de baterías), controladores de motores,cargadores integrados (OBC) y unidades de control de vehículos (VCU) en el sector de la electrónica automotriz; aislamiento de la transmisión de señales para equipos tales como terminales de automatización de redes de distribución, puntos de carga e inversores fotovoltaicos en el sector de la energía y la energía; además,CAN aislado juega un papel crucial en aplicaciones como el control de ascensor, transporte ferroviario y electrónica marina, garantizando el funcionamiento estable del sistema en entornos electromagnéticos complejos.

II. I2C aislado: una solución de aislamiento para comunicaciones de baja velocidad y corta distancia

I2C (Inter-Integrated Circuit) es un bus de comunicación serial de dos cables caracterizado por un pequeño número de pines, cableado simple y soporte para múltiples dispositivos maestros.Se utiliza ampliamente para la comunicación de corto alcance entre periféricos, como sensores.En el caso de los dispositivos industriales y de los equipos médicos, sin embargo, los dispositivos de memoria y de visualización y el chip de control principal no pueden utilizarse para la fabricación de dispositivos de memoria y de visualización.puede existir una interferencia de voltaje de modo común entre la unidad de control principal y los periféricos, causando problemas como pérdida de paquetes de datos y fallas de comunicación en las interfaces I2C estándar.comunicación de corto alcance mediante la integración de la funcionalidad de aislamiento.

1Tecnología básica y características del producto

Los productos aislados I2C de ADI también se basan en la tecnología de aislamiento magnético iCoupler; algunos productos integran además una fuente de alimentación aislada isoPower,lograr un diseño integrado tanto para el aislamiento de señal como de potenciaTomando productos como el ADUM1250 y el ADUM3250 como ejemplos, sus características principales son las siguientes:

- Comunicación bidireccional aislada: admite aislamiento bidireccional de las líneas SDA (datos serie) y SCL (reloj serie) en el bus I2C.soporte para el modo estándar (100 kbps), modo rápido (400 kbps) y modo de alta velocidad (3,4 Mbps) para adaptarse a diferentes requisitos de velocidad de datos.

- Ventajas de las fuentes de alimentación aisladas integradas: ciertos modelos incorporan un convertidor isoPower aislado de CC a CC, capaz de proporcionar una potencia aislada de hasta 500 mW.Esto elimina la necesidad de circuitos de alimentación aislados adicionales, simplificando significativamente el diseño del sistema y reduciendo al mismo tiempo la huella y los costes de los PCB.

- Alta inmunidad a las interferencias: la tecnología de aislamiento magnético proporciona un excelente rendimiento en interferencias electromagnéticas (EMI) y compatibilidad electromagnética (EMC),que permite al dispositivo resistir el ruido de pulso y la interferencia de las oleadas en entornos industriales y garantizar la precisión de la transmisión de datosEl voltaje de aislamiento soporta 2500 VRMS, cumpliendo con los requisitos de aislamiento de seguridad para aplicaciones médicas e industriales.

- Envases compactos: se utilizan envases compactos como SOIC y MSOP,Estos dispositivos ocupan un espacio mínimo en el PCB y se adaptan bien a los requisitos de diseño de dispositivos portátiles y módulos industriales compactos.También cuentan con un bajo consumo de energía, con corriente quiescente tan baja como el rango de microamperios, lo que los hace ideales para dispositivos médicos portátiles alimentados por baterías y terminales de IoT.

2Escenarios de aplicación típicos

El I2C aislado se utiliza principalmente en escenarios de comunicación de baja velocidad y corto alcance donde se requiere aislamiento: en el sector del equipo médico, para dispositivos como monitores de pacientes,los glucómetros y electrocardiógrafos, para proporcionar una comunicación aislada entre los sensores y la unidad de control principal, evitando así que las señales de alto voltaje causen daño a los pacientes; en el sector industrial,para el aislamiento de comunicaciones internas en dispositivos como sensores industriales (temperatura, sensores de presión y humedad), módulos de expansión PLC e instrumentos industriales; en el sector de la electrónica de consumo, como dispositivos domésticos inteligentes y dispositivos portátiles,para proporcionar aislamiento entre los periféricos y el chip de control principal, mejorando así la seguridad del dispositivo y su resistencia a las interferencias; además,en aplicaciones de electrónica automotriz, incluidos los sensores y grupos de instrumentos del vehículo, el I2C aislado también puede utilizarse para permitir una comunicación segura entre los lados de alta y baja tensión..

III. SPI aislado: la solución de aislamiento para la comunicación en serie de alta velocidad

SPI (Serial Peripheral Interface) es una interfaz de comunicación en serie síncrona de alta velocidad caracterizada por altas velocidades de transferencia de datos, un protocolo simple y soporte para la comunicación full-duplex.Se utiliza ampliamente para la comunicación entre periféricos de alta velocidad, como los ADC.En aplicaciones tales como el control industrial y la electrónica de potencia, el control de la memoria y el control de pantalla y el chip de control principal.la comunicación SPI de alta velocidad se enfrenta a interferencias electromagnéticas más severas, y existe una necesidad urgente de aislamiento eléctrico entre los lados de alto y bajo voltaje.son la opción ideal para aislar la comunicación en serie de alta velocidad.

1Tecnología básica y características del producto

Los productos aislados SPI de ADI se basan en la tecnología de aislamiento magnético iCoupler.emplean un diseño de aislamiento multicanal para lograr el aislamiento en todos los canales de señalTomando como ejemplos productos como el ADUM1401 y el ADUM3401, sus características principales son las siguientes:

- Capacidad de comunicación de alta velocidad: admite velocidades de transferencia de datos de hasta 50 Mbps, con algunos productos que incluso admiten 100 Mbps,que cumplen los requisitos de comunicación de los periféricos de alta velocidad como los ADC, DAC y memoria de alta velocidad; admite comunicación full-duplex para garantizar una transferencia de datos eficiente.

- Diseño de aislamiento multicanal: proporciona aislamiento de 4 canales (algunos productos soportan 2 o 6 canales),que permite una adaptación flexible a los requisitos de aislamiento de la configuración de cuatro cables de la interfaz SPI (SCK), MOSI, MISO, CS); algunos productos también admiten una configuración de canal flexible para acomodar los protocolos de comunicación de diferentes periféricos.

- Alta fiabilidad y estabilidad: la tecnología de aislamiento magnético elimina el problema del envejecimiento de los componentes ópticos; la latencia de transmisión es baja y estable,con una latencia máxima de sólo unos pocos nanosegundos, evitando así problemas de sincronización de la comunicación causados por una latencia excesiva; el voltaje de aislamiento soporta 2500 VRMS y ha aprobado certificaciones autorizadas como UL y VDE,garantizar la seguridad eléctrica tanto en el lado de alta como en el de baja tensión.

- Amplio rango de voltaje de alimentación: admite múltiples voltajes de alimentación, incluidos 3.3V y 5V, para satisfacer los requisitos de potencia de varios chips maestros y periféricos;la funcionalidad de conversión de nivel incorporada permite el aislamiento de la señal y la conversión de nivel entre diferentes dominios de voltaje, simplificando el diseño del sistema.

2Escenarios de aplicación típicos

El SPI aislado se utiliza principalmente en escenarios de comunicación en serie de alta velocidad donde tanto el aislamiento como la velocidad de datos son críticos:sistemas de adquisición de datos de alta velocidad en el sector del control industrial (comunicación aislada entre los ADC y los chips de control principales), módulos PLC de alta velocidad y módulos de control conjuntos para robots industriales; en el sector de la energía y la energía,Proporciona aislamiento de la comunicación entre los dispositivos de potencia de alta velocidad y las unidades de control en los inversores fotovoltaicos, convertidores de energía eólica y sistemas de almacenamiento de energía; en el sector de la electrónica automotriz, para la comunicación aislada entre los periféricos de alta velocidad y el chip de control principal de las cámaras de a bordo,sistemas de entretenimiento y sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS) instalados en el vehículoAdemás, en los módulos de adquisición de datos de alta velocidad para equipos médicos y dispositivos electrónicos del sector aeroespacial, también se pueden utilizar SPI aislados para lograr datos de alta velocidad,comunicación en serie segura.

IV. USB aislado: una actualización aislada para la comunicación en serie universal

USB (Universal Serial Bus) es actualmente la interfaz de comunicación en serie de uso general más utilizada, con soporte para la transferencia de datos de alta velocidad y de conexión por conexión.y es ampliamente utilizado en ordenadores, equipos industriales, dispositivos médicos y productos electrónicos de consumo.La necesidad de aislamiento eléctrico de las interfaces USB es cada vez más urgentePor ejemplo, cuando los dispositivos médicos están conectados a computadoras, las señales de alto voltaje deben aislarse para garantizar la seguridad del paciente; cuando los equipos industriales se comunican con un ordenador anfitrión a través de USB, las señales de alto voltaje deben aislarse.Las interferencias de campo deben aislarse para garantizar la estabilidad de los datos.Los productos de interfaz USB aislados de ADI proporcionan una solución segura y fiable para la comunicación USB mediante la integración de la funcionalidad de aislamiento.

1Tecnologías básicas y características del producto

Los productos USB aislados de ADI se basan en la tecnología de aislamiento magnético iCoupler y la tecnología de alimentación de aislamiento integrado isoPower.lograr el aislamiento total de las señales USB sin dejar de ser compatibles con los protocolos estándar USBTomando como ejemplos productos como el ADUM4160 y el ADUM3160, sus características principales son las siguientes:

- Compatibilidad con los protocolos estándar USB: totalmente compatible con el estándar USB 2.0, soportando la transmisión de datos a baja velocidad (1,5 Mbps) y a toda velocidad (12 Mbps);algunos productos admiten la transmisión de alta velocidad (480 Mbps)Pueden sustituir directamente las interfaces USB estándar sin necesidad de modificar los protocolos de comunicación o el software existentes.

- Diseño de aislamiento integrado: incorpora la tecnología de aislamiento magnético iCoupler y la fuente de alimentación aislada isoPower para lograr el doble aislamiento de las señales USB (D+, D-) y la fuente de alimentación,eliminación de la necesidad de circuitos de suministro de energía de aislamiento adicionales y simplificación de la integración del sistema; el voltaje de aislamiento soporta 2500 VRMS, cumpliendo con los requisitos de aislamiento de seguridad para aplicaciones médicas e industriales.

- Características de protección integrales: la protección de cortocircuito incorporada para las líneas D+ y D- proporciona protección contra las interferencias de descarga electrostática (ESD) en la interfaz USB;El rendimiento de la ESD se ajusta a la ANSI/ESD STM5.1-2007, mejorando la durabilidad y fiabilidad de la interfaz; algunos productos también cuentan con protección térmica para evitar daños causados por el sobrecalentamiento.

- Amplio rango de temperaturas y bajo consumo de energía: el rango de temperaturas de funcionamiento se extiende desde -40°C hasta +105°C,que lo hace adecuado para entornos de temperaturas extremas en aplicaciones industriales y automotricesEl diseño de baja potencia, con baja corriente de espera, es ideal para dispositivos portátiles y escenarios de batería; el envase compacto cumple con los requisitos de diseño de dispositivos miniaturizados.

2Escenarios de aplicación típicos

El USB aislado se utiliza principalmente en situaciones en las que se requiere una comunicación USB donde el aislamiento es esencial: en el sector de los equipos médicos, el aislamiento de la comunicación entre monitores del paciente,equipo de ultrasonidoEn el sector industrial, para el aislamiento de las comunicaciones durante la puesta en marcha de equipos industriales.Adquisición de datos, y entre los PLC y los ordenadores de host, para evitar que las interferencias de los entornos industriales afecten a la transmisión de datos; en el sector de la electrónica automotriz,para aislamiento de la comunicación entre sistemas de diagnóstico a bordo (OBD), sistemas de entretenimiento instalados en los vehículos y dispositivos externos; además, en la electrónica de consumo, incluidos los dispositivos domésticos inteligentes y los dispositivos portátiles, así como en los sectores del transporte aeroespacial y ferroviario,USB aislado también se puede utilizar para lograr una comunicación seria universal segura y confiable.