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2018年04月09日 | 如何保证总线信号隔离一致性？
2018-04-09 来源：ZLG致远电子
在使用隔离收发器时，可能会遇到模块功能测试通过了，但应用在产品上总会出现个别隔离性能不达标的情况，是模块坏了？可能问题不在模块，而是生产一致性得不到保证。要如何保证信号隔离一致性呢？本文将为你提供新思路。
一、一致性隐患——人工干预
起初，随着工业通讯及汽车电子等行业的蓬勃发展，RS-485及CAN总线的应用日益广泛。但在工业现场与车载环境中存在诸多信号干扰，对于整个网络有着致命的影响，所以。目前主流的隔离方案有两种，第一种方式是通过芯片方案，自主搭建，实现信号隔离；第二种方式是直插式隔离模块，内部集成了电源隔离、信号隔离。应用时隔离性能一致性会存在一定的原因，具体原因如下。
目前国内较为主流的方案为直插式模块类方案，这种方案应用简便，即插即用，并且性能能够覆盖绝大数工业现场应用。或许会出现在模块单独测试阶段，产品性能达标，但批量应用于产品上时，由于模块需要人为手工插件插入再进行焊接，隔离性能的可靠性就需要人为保证，因此在大批量的产品中可能会出现个别板子隔离防护性能不达标的情况，从而导致这个设备节点无法正常通讯，重则导致整个网络瘫痪。
除此之外，直插式的生产效率问题会在大批量应用时凸显出来，整体产能仅能达到高速SMT的1/7，这也是直插式模块在大批量生产需求中不可规避的问题。具体如下图1所示。
图1 表贴式VS直插式
二、信号隔离一致性如何保证？
一致性会存在问题最根本的原因是在于产品生产过程中受到人为干预。因此解决的方式有两个方向，具体如下：
其一，这一个方向听起来有些天方夜谭，那就是招募娴熟的生产工作人员，从人员的角度将人为干预降到最低，并且能够一定程度的提升产能。
其二，这一个方向将是未来方向，实现全器件表贴化，全自动生产，将人为干预排除掉，最大化产品的一致性。
工业通讯产品的信号隔离性能一致性的也是这两个方向，第一种方向目前暂时不讨论，我们来看看第二种方式，迄今为止所有的贴片方案，均是采用芯片自主搭建，这其中也有两种形式。
第一种，采用仅支持信号隔离的芯片，这一类芯片成本较高，并且芯片外部需要再加隔离电源，电路结构较为复杂，这会一定程度的增加研发及物料管控成本，后续维护也存在一定的难度。
第二种，使用集成了隔离电源的芯片，但此类芯片由于其隔离电源体积受到限制，所以工作频率较高，芯片相比于现有直插封装模块有较严重的电磁辐射，功耗较大，辐射情况具体如下所示。
图2 全隔离芯片近场辐射实测图
这两种方式虽然能够实现全自动表贴但在应用、性能方面均有一些不足。难道没有即具备直插式模块的应用简捷与性能，有能够支持全自动表贴的信号隔离解决方案吗？
三、ZLG致远电子推出信号隔离全新方案
ZLG致远电子凭借在总线技术的深厚积累，于2003年国内第一款支持信号与电源全隔离的隔离收发器模块，2006正式对外销售，凭借产品性能可靠，适用于需要高稳定性总线通讯的场合，能够有效帮助用户提升总线通信防护等级，得到了广大用户的青睐与认可，并于今年推出了表贴式的隔离收发器，详细的发展历程如下图3所示。
图3 ZLG致远电子隔离收发器发展历程
为打破目前市场上的僵局，这一次，我们主动寻求改变，深度创新，以客户需求为向导，打造出业内首款表贴式隔离收发器。由PCB底板及模块功能性元器件构成，模块为贴片式封装，可以为邮票孔，BGA或LGA引脚封装，模块无需外壳，支持全自动表贴，提高生产效率的同时可保证批量生产的一致性和可靠性。
图4 隔离收发器全新升级
并且致远电子基于深厚的硬件积累，不断优化产品的性能，相比于已有的全隔离贴片式隔离芯片方案，EMC性能更高、近场辐射更低，具体如下图5所示，为用户提供更优的信号隔离解决方案。
图5 近场辐射对比
四、多种封装，更多选择
该系列表贴式隔离收发器，封装形式覆盖所有主流表贴封装，提供BGA、LGA、邮票孔三种封装，如图6，满足所有主流表贴需求。
l BGA：即Ball Grid Array，指焊球阵列封装；
l LGA：即Land Grid Array，指栅格阵列封装；
l 邮票孔：即Castellated Holes，又叫城堡形焊盘封装。
图6 三种封装（左-邮票孔，中-BGA，右-LGA）
BGA封装模块底部植有直径为0.76mm的锡球阵列，而LGA封装模块底部是金属焊盘阵列，焊盘直径为0.61mm，两种封装的产品整体尺寸均为20.32×16.51×6.00mm。邮票孔封装模块两边分布有邮票孔焊盘，邮票孔孔径0.51mm，产品整体尺寸为20.32×16.90×5.50mm，具体如图7所示。
图7 表贴式隔离收发器产品封装尺寸
五、表贴式隔离收发器性能指标
表贴式隔离收发器性能上可以完全兼容直插封装产品，而且体积更小、重量更轻、高度更薄、可靠性更高，并满足SMT生产标准，易于实现自动化，提高生产效率。
表贴式隔离CAN收发器性能指标如下所示：
l 符合“ISO 11898-2”标准；
l 未上电节点不影响总线；
l 单网络至少可连接110个节点；
l 支持BGA、LGA及邮票孔等封装；
l 外壳及灌封材料符合UL94 V-0标准；
l 具有极低电磁辐射和高的抗电磁干扰性；
l 工作温度：-40℃～+105℃；
l 隔离电压：3500VDC。
表贴式隔离RS-485收发器性能指标如下所示：
l 3.15V-5.25V 宽供电电压；
l 隔离电压：3500VDC；
l 自动收发数据功能；
l 带隔离输出电源脚；
l 最多可连接64 个节点；
l 电磁辐射EME 极低；
l 电磁抗干扰EMS 极高；
l 集成电源隔离、信号隔离和总线ESD 保护功能。
六、主要应用领域
除传统的工业控制、CAN-bus、RS-485现场通信应用外，尤其适用于对体积和工作温度有较高要求的场合，如BMS、精密器械、现场传感器等。
产品选型
表1 贴片产品选型列表
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