光耦在并口长线传输中的应用

2022-02-01 12:22分类：电子元器件阅读：

1、前言
光耦合器(下称光电耦合器)是一种由发亮元器件和感光元器件构成的半导体材料。它能完成电→光→电子信号的变换，而且键入数据信号与輸出数据信号防护。现阶段绝大部分的光电耦合器键入选用氮化镓红外线发光二极管，輸出选用硅光电二极管、硅光学三极管及光开启晶闸管。由于最高值光波长900～940nm的氮化镓红外线发光二极管能与硅半导体材料的回应最高值光波长相符合，可得到较高的讯号传送高效率。
并行接口又通称为“并口”，是一种提高了的双重并行传输插口。说白了“并口”，就是指8位数据信息与此同时根据并行处理线传输，数据信息传输速度进一步提高，但并行处理传输的路线长短受限制。说白了“中长线”是相对性于信息的传输速率来讲。比如，数据信息传输率为9600b／s时，20m的电缆线就可以觉得是中长线。同轴电缆长短提升，影响便会提升，非常容易错误，使数据信号没法长距离传送。对同轴电缆开展“防护”和“浮地”解决，是处理以上情况的不错方式。选用光学隔绝电源电路，可除掉数据传输的两机器设备相互间的公共性接地线，使两机器设备电气隔离翻。与此同时，在电→光→电子信号的变换中，就光耦合器件来讲，只需其导入端有一定的电流量，其輸出端就能輸出相对应的模拟信号。因而，逻辑性脉冲信号的数据信号传送变成了稳定的电流量环中电流量有无的情况传送。适度扩大电流量(低阻传送)，使参杂在数据信号中的电气设备噪音被彻底限定在所挑选的开关电流力度内，即相对性强大的电磁干扰电流量没法更改有效数据信号电流量的有没有情况，就可合理地抑止影响，提升数据传送的稳定性。并提升数据信息的传送间距。光耦合器一般由光的发送、光的传输及数据信号变大构成。键入的电子信号推动发光二极管(LED)，使之传出一定光波长的光。被光探测仪接受而造成光电流，再历经进一步变大后輸出。就完成了电一光一电的变换，进而具有键入、輸出、隔离的作用。因为光耦合器I/O间相互之间防护，电子信号传送具备不可逆性等特性，因此有着优良的绝缘工作能力和抗干扰性。又因为光耦合器的输入端归属于电流量型工作中的低阻元器件，因此具备较强的共模抑止工作能力。因此，它在中长线信息内容传递中做为终端设备防护元器件能够大幅提高频率稳定度。在电子计算机数字通信系统及实时处理中做为数据信号防护的插口元器件，可大大增加电子计算机运行的稳定性。

2、光耦合器的使用性能特性
光耦合器的具体优势是单边传送数据信号，输入端与輸出端彻底达到了电气隔离，抗干扰性强，使用期限长，传送高效率。它普遍用以脉冲信号变换、数据信号防护、级间防护、电路、长距离数据信号传送、单脉冲变大、中间继电器(SSR)、仪表设备、通讯设备及微型机插口中。在开关电源电路中，运用线形光耦合器可组成光电耦合器集成运放电路，根据调整操纵端电流量来转变pwm占空比，做到高精密稳压管目地。
光耦合器的性能参数具体有发光二极管正方向损耗VF、正方向电流量IF、电流量传送比CTR、键入级与輸出级中间的接地电阻、集电结一发射极反方向击穿电压V(BR)CEO、集电结一发射极饱和状态损耗VCE(sat)，除此之外，在传送模拟信号时还需考虑到增益值、降低时问、时间延迟和储存時间等主要参数。电流量传送比CTR是光耦合器的主要主要参数，一般用直流电流传送比表明。当输出电压维持稳定时，其相当于直流电輸出电流量IC与直流电键入电流量，IF的百分数：CTR=IC／IF&TImes;100％。
选用一只光敏三极管的光耦合器，CTR的标准为20％～300％(如4N35)，而PC817为80％～160％，达林顿管型光耦合器(如430)可以达到100％～5000％。这说明欲得到相同的输入输出电流量，后面一种只需较小的键入电流量。

3、光耦合器的选择标准
在设计方案光电耦合器光学隔绝电源电路时需要合理挑选光耦合器的规格及主要参数，选择标准以下：
(1)因为光耦合器为数据信号单边传送元器件，而电源电路中数据的传递是双边的，线路板的规格规定一定，融合电路原理的具体规定，就需要挑选soc芯片集成化多通道光电耦合器的元器件；
(2)光耦合器的电流量传送比(CTR)的容许标准是不小于500％。由于当CTR<500％时，光电耦合器中的LED就必须很大的工作中电流量(>5.0mA)，才可以确保数据信号在中长线传送中不产生不正确，这会扩大光电耦合器的功能损耗；
(3)光耦合器的传输速率也是选择光电耦合器务必遵循的标准之一，光电耦合器电源开关速率过慢，没法对键入脉冲信号作出恰当反映，会影响到线路的常规工作中。
(4)强烈推荐选用线性光耦。其优点是CTR值可以在一定区域内做线形调节。设计方案中因为电源电路I/O均是一种高低电频数据信号，因此，电源电路工作中在离散系统情况。而在线形运用中，由于数据信号无失确实传送，因此，应依据动态性工作中的规定，设定适合的静态工作点，使控制电路工作中在线形情况。
一般状况下，soc芯片集成化多通道光电耦合器的元器件速率都较慢，而速度更快的元器件大多数全是单通道的，很多的防护元器件必须占有非常大布板总面积，也促使制定的成本费用大大增加。在制定中，受线路板规格、传输速率、设计方案费用等要素限定，没法采用速率上十分占上风的单通道光电耦合器元器件，在这里采用TOSHIBA企业的TLP521-4。

4、TLP521-4介绍
光学隔离模块TLP521-4(GB)是一款具备详细基极一发射极的特性优质的固定不动延迟光耦合器，它具备最佳变换速率、高溫特性等特性。该元器件关键特点：电流量转化率为100％～500％；防护工作电压为2500Vrms(min)；发送一接受工作电压为55V(min)；漏电流为lOμA(max)(Ta=85℃)；最少变换時间为42μs。
TLP52l-4(GB)的经典电源电路如图所示1所显示，实际的变换時间主要参数见表1。由表1得知，TLP521_4(GB)较大传送时间延迟为42μs，系统软件必须在1ms内进行八个字节数的读或写，较大传送时间延迟已达到电源电路传送时间延迟的水准，因此在传输速率上充分可以达到中长线传送的规定。根据对其键入端操纵，可使光电耦合器按工作中必须开启或关掉。当在键入操纵端加上拉电阻时，光电耦合器一切正常工作中。将键入端数据信号藕合到輸出端，而如在键入操纵端加低电频时，其輸出端集电结引路三极管截至，对外开放呈高阻态。

5、电路原理
在中长线传送中，恰好是由于接地线的沟通交流特性阻抗特点，促使接地线变成电源电路中实际上的较大噪音源。接地线导致影响的首要因素是接地线存有特性阻抗，当交流电穿过接地线时，会在接地线上造成工作电压，这就是接地线噪音。在这个工作电压的推动下，会造成接地线环城路电流量，产生地环城路影响。南于推送和接受机器设备同用一段接地线，会产生公共性特性阻抗藕合。选用光学隔离器TLP521-4对上传和接受机器设备开展电气隔离，针对减少沟通交流特性阻抗的功效十分显著，从而扩大传送电流量，合理地抑止接地线噪音；与此同时因为74LS244N的运用。系统总线推动工作能力获得确保。图2为光电耦合器推送和接受电源电路平面图。图2中，上部两光电耦合器自从左往右传送数据信号，下半边两光电耦合器自右往左边传送数据信号，左方74LS244N根据静态数据储存器IDT7132与CPU开展数据传输，右方根据8255与CPU开展数据传输。

调节中，键入周期时间为100μs，pwm占空比为1／2的 5V波形，对一路光电耦合器的键入端波型和历经20m中长线后接受光电耦合器的输入输出端波型及其历经74LS244整形美容后的波型开展纪录。纪录結果如图所示3所显示。

从I/O波型的较为看来，电源电路能对键入波型中累加的噪音影响具备非常明显的抑制效果，使輸出波型越来越光洁且平稳，提升了輸出频率稳定度。尽管因为光电耦合器的变换时间问题，波型的pwm占空比发生了少量转换，可是因为电源电路I/O均是一种高低电频数据信号，故不干扰数据信号的恰当传送。

6、总结
选用所述方式运用于并口中长线传送电源电路，可以在维持并口传送的效率优点及其体系结构不会改变时，确保数据信号传递的精确性。在远距离的并口传送中，只需对原先短路线并口电源电路稍稍修改，就可以确保通讯两方的快速防护并实现通讯，因此具备很大实际意义。