Гальваническая развязка

Введение

В самых различных устройствах и системах – например, промышленных системах управления, источниках питания, линиях связи между компьютерами – данные в последовательном виде передаются по различным интерфейсам, таким какRS-232,RS-485 илиCAN. Каждое из подключаемых устройств обычно имеет свой собственный блок питания, и устройства зачастую находятся на большом расстоянии друг от друга; поэтому обычно в таких случаях требуется гальваническая развязка, функции которой – разрыв общей «земляной» цепи, защита всей системы от высоковольтных переходных процессов, уменьшение помех и искажений сигналов, а также увеличение степени электробезопасности.

Введение

Электроника измерительной системы может нуждаться в защите от высокого напряжения на датчике. Например, если от электронного оборудования требуется повышенная безопасность, необходимо обеспечить гальваническую развязку для предотвращения возникновения электрической искры в аварийном режиме и воспламенения горючих газов, например, в оборудовании шахт.

Иногда наоборот требуются повышенная электробезопасность и надежная изоляция контролируемого объекта от электрической сети. В медицине, например, при снятии сигнала электрокардиограммы (ЭКГ) защита требуется в обоих направлениях. Пациент должен быть защищен от удара электрическим током в случае какой-либо неисправности оборудования. С другой стороны, если у него происходит остановка сердцебиения, то для восстановления сердечного ритма реанимационная бригада подвергает пациента высоковольтным разрядам с помощью дефибриллятора, поэтому аппарат ЭКГ и другая подключенная аппаратура должны быть защищены от высокого напряжения с помощью гальванической развязки.

Кроме того, гальваническая развязка сигнальной цепи во многих случаях служит средством разрыва общей петли заземления, когда даже минимальное сопротивление между двумя системами заземления может привести к появлению неприемлемого по величине сигнала помехи. Такое может быть в прецизионной измерительной системе, где ток величиной в несколько миллиампер, протекающий через цепь заземления с сопротивлением в несколько тысячных долей Ома, может вызвать разность потенциалов в цепи заземления в несколько сотен микровольт, что приведет к снижению точности измерений. В таких случаях гальваническая изоляция источника сигнала способствует увеличению точности системы. Также такое может произойти в промышленных установках, где ток в тысячи ампер может вызвать напряжение на заземлении в сотни вольт и не только ухудшить точность системы, но и вообще вывести из строя аппаратуру.

Гальваническая изоляция может быть реализована за счет магнитного поля (на трансформаторе), электрического поля (с помощью конденсатора) или света (с помощью оптической развязки). Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки. Но для всех типов развязки обычно требуется изолированный источник или батарея для питания изолированной части прибора. Его нетрудно обеспечить совместно с передачей сигнала в тех изолирующих усилителях, где используется трансформаторная изоляция. Но если используются другие методы развязки, то может потребоваться отдельный преобразователь с гальванической развязкой на трансформаторе (DC/DC-converter), что приведет к увеличению стоимости прибора.

Методы изоляции

Трансформаторы, развязывающие конденсаторы, оптопары, и теперь устройства гальваноразвязки цифрового сигнала iCouplers – вот основные средства обеспечения гальванической развязки, позволяющие блокировать протекание тока от одного устройства к другому, и при этом обеспечить передачу информации (рис.1).

Изоляция применяется для защиты от больших токов или напряжений, вызванных высоковольтными помехами и возникающих при наличии замкнутых цепей заземления. Такие замкнутые петли могут присутствовать в любой системе, где имеется несколько заземлений. Заземления в различных частях системы, связанных длинным кабелем, будут иметь различный потенциал, поэтому ток заземления будет проходить по соединительному кабелю. В отсутствие изоляции этот ток может создать дополнительные шумы, ухудшить качество канала или даже вывести из строя компоненты системы.

Токи, наводимые в длинных кабелях в условиях промышленности, например, при включении и выключении мощных электромоторов, при электростатических разрядах или при разрядах молнии, могут вызвать быстрые изменения потенциала заземления, величиной в сотни или тысячи вольт. При этом на информационный сигнал, передаваемый по каналу, накладывается высоковольтный импульс. При отсутствии изоляции этот высоковольтный импульс может нарушить передачу сигнала или даже вывести систему из строя. Подключение всех устройств, связанных общим интерфейсом, к одному заземлению сможет защитить систему от таких разрушающих воздействий, а изоляция устройств друг от друга позволяет избавиться от замкнутых «петлевых» заземлений.

Чтобы полностью изолировать систему, все линии сигналов и питания должны быть изолированы. Для изоляции линии питания применяются DC/DC преобразователи с гальванической развязкой, а для развязки линий передачи данных можно использовать цифровые изоляторы iCoupler.

Современная гальваническая развязка

В наши дни лучший способ обеспечить необходимую гальваническую развязку — это использовать компоненты, разработанные специально для этой цели. Примеры включают специальные усилители и аналого-цифровые преобразователи (АЦП), используемые для отправки изолированных данных измерения тока и напряжения, когда это необходимо системе.

Дифференциальные усилители контролируют напряжение на чувствительном резисторе для получения значения тока. Обычно для этого приложения требуются два источника питания (рисунок ниже слева). Однако наличие второго источника питания делает продукт больше, тяжелее и дороже.

Texas Instruments разработала линейку усилителей и АЦП с однополярным питанием, чтобы решить эту проблему. Изолированный усилитель AMC3301 (рисунок выше справа) включает полностью интегрированный преобразователь постоянного тока в постоянный (DC-DC) для подачи второго напряжения питания. Изоляция обеспечивается емкостной связью внутри интегральной схемы. AMC3301 соответствует правилам безопасности высоковольтной изоляции для сертификации UL 1577 до 4250 В среднеквадратического значения DIN VDEV 0884-11 для пикового напряжения до 6000 В.

Для обеспечения изолированных данных измерений и управления можно использовать два типа изолирующих устройств — изолированный усилитель и изолированный модулятор. Оба являются типами с однополярным питанием и каждый содержит внутренний дельта-сигма (ΔΣ) АЦП.

Контролируемый аналоговый сигнал отправляется на микросхему, усиливается, а затем оцифровывается АЦП. АЦП генерирует последовательный поток битов, который проходит через емкостный изолирующий барьер на кристалле. Этот последовательный поток битов затем отправляется на фильтр нижних частот, который вырабатывает напряжение, пропорциональное входному сигналу. В этот момент восстановленный сигнал постоянного тока может быть снова оцифрован в другом АЦП, возможно, в обычном системном микроконтроллере.

В качестве другого варианта можно использовать изолированный модулятор, такой как AMC1305 / 06 от TI. Он принимает отслеживаемый сигнал тока или напряжения и усиливает его перед оцифровкой в более быстром ΔΣ АЦП. АЦП посылает свой сигнал через внутренний емкостный
изолирующий барьер на выход. Этот сигнал представляет собой серию битов,
представляющих напряжение внутри устройства. Внешний фильтр нижних частот
генерирует пропорциональный аналоговый сигнал, который снова может быть
оцифрован для цифровой обработки сигнала.

Хотя и изолированные усилители, и модуляторы действительно обеспечивают хорошие характеристики, изолирующие модуляторы, как правило, являются лучшей альтернативой. Они обладают превосходным соотношением сигнал / шум, большей точностью и меньшей задержкой.

Решение проблем изоляции с помощью AD7400/AD7401

Технология iCoupler также применяется в микросхемах AD7400/AD7401. Это микросхемы, представляющие собой сигма-дельта модуляторы с гальванической развязкой цифрового однобитного сигнала, то есть со встроенным модулем типа iCoupler (рис. 6).

Рис. 6. Функциональная схема преобразователя AD7400

На выходе MDAT эти преобразователи формируют однобитный поток, средняя плотность «единичных» бит в котором пропорциональна уровню сигнала (рис. 7). Скорость этого однобитного потока довольно высока — 10 или 20 МГц, соответственно у AD7400 и AD7401.

Рис. 7. Форма сигналов на выходе преобразователя AD7400

Для построения полноценной системы оцифровки необходимо обрабатывать этот однобитный поток с помощью довольно быстродействующих процессоров -DSP или FPGA. Для обработки рекомендуется применять алгоритм фильтрации sinc3, который подробно описан в техническом руководстве на микросхему (datasheet).

Однако существует и более простой подход, который мы опишем ниже.

С помощью простой дополнительной логической схемы (рис. 8), мы получаем сигнал/MCLOCKOUT-MDAT, представляющий собой последовательность импульсов, в сущности подобную импульсам на выходе AD7742, однако их частота более высокая. Тем не менее современные микроконтроллеры имеют в своем составе счетчики, которые успешно функционируют на такой частоте. При этом на микроконтроллере, скорее всего, не получится организовать полноценную цифровую фильтрацию (разве что простейший фильтр «скользящего среднего»). Поэтому качество оцифровки будет хуже, чем при использовании хорошего цифрового фильтра, но зато мы получим простой и недорогой изолированный аналоговый вход.

Напоминаем, что здесь тоже понадобится отдельное питание для изолированной части схемы!

Ещё о цифровых изоляторах iCoupler

Цифровые изоляторы, созданные по технологии iCoupler, имеют преимущества по сравнению с оптопарами с точки зрения интеграции, пропускной способности, энергопотребления, простоты применения и надёжности. Изоляторы iCoupler являются завершенными блоками, они не требуют дополнительных внешних компонентов (за исключением обычного конденсатора развязки по питанию), они более быстродействующие, скорость передачи данных составляет до 100 Mbps, они имеют меньшее время задержки (18 нс); их энергопотребление (от 5 мВт при скорости передачи 1 Mbps до 22 мВт при скорости передачи 25 Mbps) составляет от 1/70 до 1/5 по сравнению с соответствующими оптопарами (вместе с компонентами «обвязки»). Изоляторы iCoupler включаются точно так же, как стандартные цифровые микросхемы КМОП; они могут работать в широком температурном диапазоне, причем время распространения сигнала практически не зависит от иемпературы; они имеют большое время наработки на отказ и в них отсутствует явление снижения эмиссии светодиода, присущее оптопарам. Они обладают теми же характеристиками по безопасности, что и оптопары. Поставляемые в настоящее время iCoupler’ы гарантированно выдерживают напряжение 2.5 кВ (среднеквадратическое значение) в течение одной минуты или 400 В (среднеквадратическое значение) постоянно, планируется в два раза увеличить эти параметры в будущих изоляторах iCoupler.

Индуктивная развязка

Индуктивная развязка, аналогично оптической, имеет давнюю историю, но чаще используется для передачи энергии или аналоговых сигналов, нежели для передачи цифровых сигналов. В этой развязке для передачи сигнала через информационный барьер используется переменное магнитное поле. Типичным примером является трансформатор, где сила магнитного поля зависит от структуры обмотки, числа и площади витка первичной и вторичной обмотки и амплитуды тока. Преимуществом такой развязки является возможность высокого коэффициента подавления синфазного шума при сохранении коэффициента передачи дифференциального сигнала. Другое преимущество — хорошая энергетическая экономичность.

Одним из недостатков индуктивной изоляции является высокая восприимчивость к внешним магнитным полям. С этим приходиться считаться, например, в электроприводах, где изоляционный барьер подвергается воздействию сильного внешнего магнитного поля. Другой недостаток — сложность передачи длинных последовательностей нулей или единиц. Индуктивный изолятор общего применения имеет ограниченный частотный диапазон передаваемых сигналов. Соответственно, для передачи низкочастотных сигналов, таких как длинные последовательности нулей или единиц, приходится использовать специальное кодирование и последующее восстановление сигнала.

Возможно, вам также будет интересно

Как правило, в технической литературе и публикациях на тему импульсных преобразователей вопросы электромагнитной совместимости (ЭМС) рассматриваются по факту уже выбранного технического решения с предложением тех или иных рекомендаций. Однако наибольший интерес для разработчиков представляет сравнение одинаковых в своем базовом исполнении изделий и их оценка на предмет выполнения требований ЭМС путем комплексного исследования влияния тех или

Современные радиоэлектронные системы содержат множество различных типов компонентов и узлов, для эффективного моделирования которых следует использовать подходящие численные методы. Так, например, простая высокочастотная система может включать фильтры, классически анализируемые частотными методами, или антенны, для расчета которых, как правило, используются вычислители во временной области, или корпус изделия, лучшим образом моделируемый с использованием метода матриц линий передач. Кроме того, параметры

Компания Bourns приступает к выпуску нового типа комбинированных компонентов для защиты цепей по напряжению GMOV.
GMOV представляет собой компактный компонент для защиты входных цепей питания по напряжению. Компонент создан путем комбинирования запатентованной Bourns технологии FLAT GDT (Gas Discharge Tube — газоразрядник) и дискового варистора размерами 14 и 20 мм. Технически компонент представляет собой последовательно соединенные металлооксидный варистор и газовый разрядник, изготовленный по технологии FLAT GDT, собранные в корпусе, который сопоставим по размерам с корпусом варистора 14 …

Технология iCoupler

Изоляторы iCoupler – это устройства гальванической развязки на основе трансформаторов, выполненных на кристалле кремния; эти трансформаторы играют ту же роль, что и пара светодиод/фотодиод в оптопаре. Планарный трансформатор изготовлен в ходе технологического процесса КМОП на этапе металлизации и имеет ещё один дополнительный слой осажденного золота. Одну «обмотку» трансформатора от другой изолирует слой электрически прочного синтетического полимера (полиимида). Эти две «обмотки» подключены к быстродействующим КМОП-схемам, которые обеспечивают интерфейс между трансформатором и внешними сигналами. Микроэлектронная технология дает возможность с минимумом затрат осуществить интеграцию нескольких каналов цифровой изоляции и других электронных схем в одном корпусе. Устройства iCoupler не имеют таких присущих оптопарам недостатков, как неопределенный коэффициент передачи тока, нелинейная передаточная функция и дрейф (температурный и временной); кроме того, устройство iCoupler позволяет уменьшить энергопотребление на 90% и для его работы не требуется внешних драйверов и дискретных компонентов.

Электрическая схема, подключенная к первичной «обмотке» трансформатора, преобразует переходы входного сигнала в импульсы длительностью 1 нс, эти импульсы подаются на трансформатор; схема, подключенная ко вторичной «обмотке», принимает эти импульсы и восстанавливает входной сигнал, как показано на рис.3. Схема обновления сигнала (refresh) на входной стороне обеспечивает корректность выходного сигнала даже если входной сигнал не меняет свое состояние

Это важно в ситуации включения питания, а также при передаче данных с низкой скоростью или при передаче постоянного сигнала.

Так как назначение устройства iCoupler заключается в изоляции входа от выхода, входная и выходная схемы располагаются на различных кристаллах. Собственно трансформатор может быть расположен или на одном из этих кристаллов, или на третьем кристалле, как показано на рис.4. Все кристаллы располагаются в стандартном пластиковом корпусе, в таких корпусах выпускаются многие современные микросхемы.

Особенностью многоканальных устройств iCoupler является наличие в одном корпусе каналов на передачу и на прием. Сами трансформаторы могут передавать сигнал в любую сторону, направление определяется схемами, подключенными к трансформатору. Поэтому многоканальные изоляторы поставляются с различными конфигурациями (с различными сочетаниями направлений передачи).

Емкостная развязка

В емкостной развязке для передачи информации через изолирующий барьер используется переменное электрическое поле. Материал между обкладками конденсатора является диэлектриком — собственно, он и является изолирующим барьером. Размер обкладок, расстояние между ними и свойства диэлектрика определяют эклектические характеристики такого элемента. Преимущества емкостной развязки заключаются в высокой энергетической эффективности, малых габаритах, возможности передачи энергии и устойчивости к внешним магнитным полям. Это позволяет создавать недорогие и экономичные интегральные изоляторы, устойчивые к внешним магнитным полям. Основным недостатком емкостной развязки можно считать тот факт, что, в отличие от трансформатора, здесь нет дифференциального сигнала, соответственно, шум и помехи могут распространяться совместно с полезным сигналом. Как следствие, приходится разносить частоты сигнала и помехи так, чтобы конденсатор представлял малое сопротивление для сигнала и большое для помех. Как и в индуктивной развязке, здесь используется кодирование сигнала с последующим восстановлением.

Микросхемы для гальванической развязки цифровых сигналов (изоляторы)

TI предлагает широкую линейку микросхем, предназначенных для развязки цифровых сигналов различных скоростей (от постоянного сигнала до 150 Мбит/с), выпускаются одно- и двунаправленные модификации, содержащие от одного до четырех каналов (таб­лица 2). За счет повышения уровня интеграции многоканальные изоляторы позволяют сэкономить место на плате.

Микросхемы могут применяться в распространенных цифровых интерфейсах в различных промышленных приложениях. Все изоляторы имеют однополярное питание 3/5 В, логические КМОП-уровни переключения. Номинальное напряжение питания находится в диапазоне 3,3…5,0 В как для VCC1, так и для VCC2. Возможна различная их комбинация.

Все микросхемы с тремя цифрами в наименовании являются одноканальными (ISO721). В изоляторах с четырьмя цифрами две первые означают серию, предпоследняя говорит о количестве каналов, а последняя — о каналах с обратным направлением передачи данных. Например, ISO7241 часто применяется для гальванической развязки SPI-интерфейса и имеет четыре канала: передачи данных, приема, тактирования, и выбора устройства (рис. 1).

Рис. 1. Структура изолятора ISO7241

Для развязки цепей передачи данных в микросхемах TI используется емкостной барьер с изолятором из диоксида кремния (SiO₂). Технология характеризуется высокой степенью надежности, низкими задержками времени распространения сигнала (от 7 нс), малыми искажениями сигнала и задержками «канал-канал» (от 1 нс), высокой устойчивостью к электромагнитному полю, а также широким температурным диапазоном работы (-55…125°С).

Индекс EP (ISO721M-EP, ISO7241A-EP) указывает на расширенный температурный диапазон работы -55…125°С, большинство остальных микросхем имеют диапазон -40…125°С. В ближайшем будущем в продаже появятся ISO7221-HT; индекс HT означает высокотемпературное и высоконадежное применение в жестких температурных условиях, например, в нефтедобывающей отрасли. Эти изделия будут изготовлены из высокотемпературного пластика, способного выдерживать температуры -55…175°С.

Стоит обратить отдельное внимание на новое семейство двухканальных развязок для применений с малым энергопотреблением ISO7420/7421 — семейство развязок с потреблением тока порядка 1,5 мА на канал. В продаже появилась ISO7420FE, суффикс F означает, что в случае аварийного состояния входных линий, выход будет переведен в положение с низким уровнем, защищая, таким образом, выходные цепи.. Вслед за Европой в России в скором времени планируется ужесточение требований безопасности для ответственных применений

Например, в Европейских странах действует постановление о двукратном запасе по напряжению пробоя изоляции для медицинских применений; таким образом, устройство должно выдерживать пробой напряжением до 5000 В RMS в течении минуты. Texas Instruments выпустила двухканальные изоляторы ISO7520 и ISO7521 с напряжением пробоя 5000 В RMS, отличающихся друг от друга направлением передачи данных второго канала.

Вслед за Европой в России в скором времени планируется ужесточение требований безопасности для ответственных применений. Например, в Европейских странах действует постановление о двукратном запасе по напряжению пробоя изоляции для медицинских применений; таким образом, устройство должно выдерживать пробой напряжением до 5000 В RMS в течении минуты. Texas Instruments выпустила двухканальные изоляторы ISO7520 и ISO7521 с напряжением пробоя 5000 В RMS, отличающихся друг от друга направлением передачи данных второго канала.

RS–232

RS–232 – это один из наиболее популярных последовательных интерфейсов, впервые описаный в 1962 году и предназначавшийся для обмена данными между компьютером и модемом. Этот стандарт и сейчас широко применяется для межсистемной коммуникации; простота, гибкость и длинная история успешного применения данного интерфейса являются залогом его популярности.

Стандарт разработан для соединения двух устройств и обеспечивает полнодуплексную связь посредством двух несбалансированных линий, по которым передается сигнал относительно «земли». Скорость передачи данных ограничена уровнем 20 kbps, или 64 kbps при низковольтном варианте интерфейса. Максимальная длина соединительного кабеля на практике не превышает 16 метров – ограничение определяется величиной максимальной емкости нагрузки 2500 пФ и импедансом нагрузки 3…7 кОм.

Стандарт RS–232 определяет уровни сигналов драйвера передатчика –5…–15 В для логической единицы и +5…+15 В для логического ноля, и уровни для приемника: –3…–15 В – логическая единица, +3…+15 – логический ноль. Напряжение между –3 В и +3 В соответствует неопределенному уровню. Большой размах напряжений и широкий диапазон неопределенных сигналов обуславливает высокую степень устойчивости к помехам и позволяет передавать достоверный сигнал через длинный кабель.

Спецификация RS–232 определяет разводку выводов 25-контактного D-образного разъёма, в котором предусмотрено 20 сигнальных линий, но 9-контактный D-образный разъём, имеющий 8 сигнальных линий (рис.5), гораздо более популярен. По одной линии в каждом направлении используется для передачи данных; остальные линии предназначены для поддержки протокола передачи. В простейшем варианте необходимо всего три линии: Tx – линия передаваемых данных, Rx – линия принимаемых данных, и «земля» (GND). В 25-выводном разъеме предусмотрена ещё и линия «защитной земли». Эта линия обычно подключена к «земле» источника питания или к шасси устройства, не должна соединяться с сигнальной «землей» илиподключаться к другому устройству.

Стандарт RS–232 предполагает деление оборудования на две категории: DCE (data communications equipment, оборудование, обменивающееся данными) и DTE (data terminal equipment, оконечное оборудование). Эти определения – наследство тех времен, когда стандарт предназначался для соединения компьютера и модема; в наше время эти термины просто определяют то, какие линии задействованы в качестве входов и выходов.

RS–232 обычно применяется для подключения нескольких устройств, поэтому проблема изоляции устройств и линии для этого интерфейса критична. Цифровые изоляторы iCoupler не могут работать в режиме RS-232, поэтому они не могут быть просто подключены между приемопередатчиком и кабелем; но вместо этого их можно включить между приемопередатчиком RS–232 и самим устройством. Со стороны устройства приемопередатчик RS–232 обычно подключается к универсальному асинхронному приемопередатчику (UART) или к процессору, где действуют 3-вольтовые или 5-вольтовые логические уровни. Так как входные и выходные схемы прибора iCoupler электрически изолированы друг от друга, такой изолятор может быть помещен между интерфейсом UART и приемопередатчиком RS-232 в качестве простого решения проблемы гальванической развязки. Для завершения схемы развязки необходим ещё DC/DC преобразователь, питающий дистальную частьизолятора iCoupler и приемопередатчик RS-232.

Применив iCoupler типа ADuM1402, приемопередатчик ADM232L и гальванически развязанный источник питания, мы получим простое и недорогое решение проблемы гальванической развязки интерфейса RS-232 (см. рис.6).

Возможно, вам также будет интересно

Промышленный ряд тиристоров и триаков (симисторов) Philips предоставляет широкие возможности для создания устройств управления мощностью. Соблюдение же десяти несложных правил по использованию тиристоров и триаков поможет избежать трудностей и ошибок при проектировании. Тиристоры Тиристор — управляемый диод, в котором управление током от анода к катоду происходит за счет малого тока управляющего электрода (затвора). Открытое состояние

Общая информация Фирма Silicon Labs уже несколько лет выпускает микросхемы FMприемников, предназначенных для использования в любых (в особенности портативных) устройствах, имеющих функцию приема сигналов радиостанций, вещающих в FMдиапазоне. До 2008 года информация об этой продукции распространялась исключительно под соглашение о неразглашении, которое подписывалось между потребителем микросхем и фирмой Silicon Labs, что сильно ограничивало круг

Кабели и провода применяются для транспортировки информационных сигналов и/или электрической энергии. И спрос на них растет год от года: необходимо прокладывать новые кабельные линии, реконструировать или заменять старые тракты согласно регламенту их эксплуатации, ликвидировать последствия таких форс-мажорных факторов, как аварии, войны, природные явления — землетрясения, наводнения, обледенение, а также вибрация, избыточные ветровые нагрузки, коррозия и т. п.

Изолированный интерфейс I2C

PC — популярный двухпроводной двунаправленный интерфейс, разработанный для обеспечения простой и дешевой связи между контроллером и периферийными микросхемами в пределах небольших расстояний. Шина PC позволяет снизить стоимость системы, когда к одной шине подключаются многочисленные устройства и контроллер. Два провода — один для данных, другой для тактового сигнала — позволяют обеспечить низкую стоимость при невысокой скорости передачи данных, таким образом шина PC обычно применяется там, где имеется множество периферийных устройств, но они работают при скорости передачи данных менее 1 Мбит/с. В системах с небольшим количеством периферийных устройств, работающих при более высоких скоростях передачи данных, чаще применяются шины SPI.

Сейчас фирма Analog Devices поставляет на рынок электроники многочисленные аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи с интерфейсом I2C, а также температурные датчики и преобразователи емкость/код с интерфейсом I2C. Во многих случаях появляется потребность в гальванической изоляции (рис. 11). Однако применение интерфейса I2C в системах с гальванической развязкой осложняется тем, что I2C — двунаправленный интерфейс, а оптопары являются, разумеется, однонаправленными устройствами. Для реализации полноценной двунаправленной шины PC необходимы четыре оптопары.

Кроме того, требуются некоторые дополнительные компоненты. Все это делает схему гальванической развязки дорогостоящей и болыиеразмерной и подрывает исходную идею шины PC — быть недорогой и экономить место.

Рис. 12. Функциональная схема изоляторов интерфейса I2C

Приборы iCoupler упрощают схему двунаправленной изоляции. Адаптация технологии iCoupler для вышеописанной ситуации позволила организовать разделение, изоляцию и воссоединение каналов в виде одной микросхемы. Этот подход реализован в микросхемах ADuM1250 и ADuM1251 — сдвоенных изоляторах для шины PC (рис. 12). В этих приборах, более современных, трансформаторы находятся на одном кристалле с электронными схемами формирования сигнала, а не на отдельном кристалле, как это было показано на рис. 5.