【应用】8通道数字隔离耦合器，PLC I/O的设计神器

时间： 2017-05-23 来源：世强作者：honglei

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【摘要】传统的PLC数字输入模块需要高功率电阻检测输出电压，需使用多个独立的光耦，占用了大量面积，如今用1颗Si838x做I/O数字输入隔离，大大节省PCB空间，同时兼顾高速、低速应用，模拟LED输入技术，使用寿命长。

PLC系统由电源、CPU和多个模拟及数字I/O模块组成，可控制、执行和监控复杂的机器变量；PLC设计用于多输入和输出配置，具有扩展的温度范围、卓越的电噪声抑制性能、抗震性和抗冲击能力。
传统的PLC数字输入模块需要高功率电阻检测输出电压，并且使用多个独立的光耦，在面对复杂工控系统时出现的问题也越来越多，设计者会受到以下几个问题困扰：

1）需要用到非常多的数字隔离
2）电路板空间有限
3）需要兼顾有高速、低速数字隔离
4）需要克服光耦较大的温漂特性和使用寿命

为解决上述困扰，一种紧凑且高度集成的数字隔离输入接口应运而生，不但能够增加通道输入，而且这个接口让数字信号串行化，同时节省了隔离用光耦，此外，同一简单接口上的数据传输更加可靠。它就是SILICON LABS针对PLC数字输入/工控数字I/O应用而设计的Si838x，8通道数字隔离，兼顾高速、低速应用，QSOP20封装，支持并行输出/SPI串行输入，SPI支持级联，模拟LED输入技术，使用寿命长。

以下是采用8颗通信隔离光耦（可能含低速、高速）和1颗Si838x（含低速250K、高速2M）设计的PLC board对比示意图，用1颗Si838x做I/O数字输入隔离，大大节省PCB空间。同时更是使得PLC兼顾高速、低速应用，模拟LED输入技术，寿命长等特点。

图1：PLC board选用8颗通信隔离光耦和1颗Si838x设计对比示意图

Si838x通信原理使用射频载波调制（OOK调制）而不是光调制，省去了耗电量大的光耦和分立器件，实现了低功耗设计。这种简单的体系结构提供了强有力的数据路径而无需专用的连续字符串或者初始化设置。如下图2所示为Si838x单一通道简化框图。

图2：Si838x单一通道简化框图

Si838x在PLC数字输入模块电路中典型应用电路框图请参考如下图3所示，Si838x通过一个分压器电阻网络（R2和R1）将24V双向数字输入连接到它的输入电路。这些输入能够作为源和汇的模式。为了实现上述功能，其设计为在前端放置了一个整流桥和一个LED仿真器，紧接着通过电容隔离来驱动开关调制器/解调器。

图3：利用Si838x的 PLC数字输入模块电路原理框图

为使PLC开发者更快的完成设计，Si838x有针对输入电阻提供建议值，请参考如下表一所示。

表1：Si838x输入电阻值推荐表

针对PLC多通道数字输入隔离神器Si838x已经介绍完毕，为了方便大家对Si838x器件了解，以下提供了 Si838x的产品特点。

Si838x PLC现场输入隔离器系列的特点：
• 双极输入能力，为Sinking或者Sourcing PLC输入类型提供灵活的设计选项
• 单个封装中最大集成8个通道，为紧凑的PLC设计节省电路板面积
• 高速2Mbps通道支持可靠的伺服电机控制
• 高噪声抗扰度（高速通道，50kV/μsCMTI）确保可靠操作
• 并行或SPI接口，提供灵活的设计选项
• 单个SPI端口采用16路Si838x菊花链连接，可支持到128个通道，节省控制I/O引脚
• 使用SPI，用户可编程的去抖（de-bounce）能力
• 2.25-5.5V VDD范围，为低功耗控制器接口降低功耗
• 集成2.5kV_RMS的安全等级隔离

相关技术文档：

Silicon Labs Si838x 数字隔离器数据手册详情>>>

Silicon labs PLC数字输入模块中Si838x设计指南详情>>>

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小铭 Lv5 2022-04-01

学习了
小旺 Lv7. 资深专家 2019-01-22

学习
傲气天使 Lv6. 高级专家 2019-01-21

不错
百合 Lv7. 资深专家 2019-01-06

不错
AaronC Lv7. 资深专家 2018-12-31

学习

LouBing Lv7. 资深专家 2018-12-30

不错的产品，很好的应用
百合 Lv7. 资深专家 2018-12-28

不错
刘筱 Lv7. 资深专家 2018-12-28

谢谢
刘筱 Lv7. 资深专家 2018-12-28

学习
世纪物联网 Lv7. 资深专家 2018-12-28

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7/15 - 技术文档 - Rev. 0.5 代理服务技术支持采购服务查看更多版本

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2018-02-05 - 技术问答代理服务技术支持采购服务

带DC-DC转换器的Si88x4x四位数字隔离器

该资料介绍了Si88xx系列四通道数字隔离器，集成了硅实验室的数字隔离技术和片上隔离直流-直流转换器。这些设备提供高达5瓦的峰值输出功率，支持3.3伏或5.0伏（或大于5伏）的稳压输出电压。产品具有高速数据传输能力，传播延迟低，尺寸小且可靠性高。

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2017-05-05 - 技术问答代理服务技术支持采购服务

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2017-12-18 - 技术问答代理服务技术支持采购服务