嵌入式芯片与系统设计竞赛什么级别，嵌入式系统中的光电隔离设计技巧研究
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|工业应用环境中充满了巨大的瞬态脉冲，可能会影响数据传输，甚至损坏互连设备。为了通过高速现场总线通信实现无差错数据传输，工业系统设计工程师必须处理这些干扰。具有隔离功能的光耦合器通常用于保持数据完整性并保护互连设备。
在单片开关电源中，可以采用线性光耦组成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，实现精确稳压。光电隔离原理图设计如图1所示。
图1（光电绝缘电路图）
最常用的光电隔离电路如图2所示，可与东芝TLP521等最常用的光电耦合器配合使用，其中电路输入端采用限流电阻，分压电阻在输出端。左侧输入端输出高电平，LED点亮，接收到光信号后，右侧电阻变小，输出端输出低电平，否则输出高电平。输出如果要匹配端子的电平状态，请改为左侧的电流吸收输入方式，或将右侧的分压电阻连接到GND。这种电路还可以用于电平转换，由于LED发射极在限流电阻的配合下可以承受比较宽的电压范围，因此可以实现不同工作电压的电平转换，这种形式在一些电路中经常使用开关控制和读取。
图2（通用光电耦合器隔离电路配置）
由于很多功率驱动电路往往需要电气隔离，因此将驱动电路与光耦结合起来就形成了具有功率驱动功能的光耦，如东芝的TLP250，其内部结构如图3所示。光电耦合器采用8脚DIP封装，由光电耦合器和推挽输出电路组成。该电路可输出高达1.5A，可直接驱动IGBT、MOSFET等功率器件，方便电路设计. 变得更加容易。现有同类产品Agilent HCPL-3120 的最大输出电流为2.5A。
图3（TLP250内部结构）
典型的光电耦合器需要时间来进行光电转换，因此只能在通信速度不高的情况下使用，例如上面介绍的TLP521在波特率低于9600的串口应用中也能正常工作。波特率不可用，所以如果需要隔离高速信号，必须使用专为高速隔离设计的高速光耦。 6N137光耦合器是最常见的高速信号。用于单通道隔离的高速光耦合器由850 nm波长的AlGaAs LED和由光电二极管、高增益线性运算放大器和肖特基钳位开路集电极晶体管组成的集成检测器组成。
具有温度、电流、电压补偿功能，输入输出隔离度高，LSTTL/TTL兼容，速度高（典型值10MBd），最小输入电流5mA，转换速度高达10Mbps，非常适合高速数字的。各种高速通讯接口等应用与信号隔离6N137类似的还有HCPL-2601/2611、双通道HCPL-2630/2631等。图4 显示了封装和内部结构。
图4（光电耦合器封装及内部结构图）
摘要：光电隔离因其成本低、使用灵活而广泛应用于嵌入式系统设计中，并且往往仍是隔离的首选。
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