【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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SILICON LABS - 1MBPS，2.5KV RMS数字隔离器,隔离耦合器,1MBPS, 2.5KV_RMS DIGITAL ISOLATORS,SI8661BC-B-IS1R,SI8642BB-B-IS,SI8642ED-B-ISR,SI8621BC-B-ISR,SI8620AX,SI8652BB-B-IS1R,SI8651BB-B-IS1,SI8660BA-B-IS1,SI8650,SI8662BC-B-IS1,SI8663AB-B-IS1R,SI8645BA-B-IU,SI8655,SI8642BB-B-IS1,SI8651,SI8652,SI8620AB-B-ISR,SI8652EC-B-IS1,SI8660BB-B-IS1R,SI863X,SI8640BB-B-IS,SI8650BD-B-ISR,SI8645BB-B-IS1,SI8630AB-B-IS1R,SI8663EC-B-IS1R,SI8640BD-B-IS,SI8662BB-B-IS1R,SI8660,SI8661,SI8635BD-B-ISR,SI8610BB-B-ISR,SI8660ED-B-ISR,SI8635BD-B-IS,SI8622ED-B-ISR,SI8662,SI8663,SI8642BD-B-IS,SI8661EC-B-IS1,SI8631BD-B-IS,SI8631AX,SI864X,SI8610ED-B-ISR,SI8635BC-B-IS1R,SI8630BC-B-IS1,SI8640EC-B-IS1,SI8661EC-B-IS1R,SI8663BD-B-IS,SI8622EC-B-ISR,SI8610BB-B-IS,SI8641BB-B-IUR,SI865X,SI8660BA-A-IS1,SI8651ED-B-ISR,SI8641BC-B-IS1R,SI8642AX,SI8663ED-B-ISR,SI8635BC-B-IS1,SI8631BB-B-IS,SI8635BB-B-IS,SI8661AB-B-IS1,SI8661AB-B-IS1R,SI8642AB-B-IS,SI8650ED-B-IS,SI8641BA-B-IU,SI8631AB-B-IS,SI8622EB-B-IS,SI8650AB-B-IS1R,SI8620AB-B-IS,SI8631EC-B-IS1,SI8655BD-B-ISR,SI86XX,SI866X,SI8621ED-B-IS,SI8663BC-B-IS1R,SI8630AX,SI8640BA-B-IUR,SI8641BD-B-ISR,SI8652AB-B-IS1,SI8622EC-B-IS,SI8641EC-B-IS1,SI8621BB-B-IS,SI8631AB-B-ISR,SI8631BB-B-ISR,SI8640AB-B-IS1,SI8640BC-B-IS1R,SI8652BD-B-IS,SI8655BD-B-IS,SI8610BC-B-ISR,SI8630ED-B-ISR,SI8662BD-B-ISR,SI8610AB-B-IS,SI8620BC-B-IS,SI8620BB-B-IS,SI8610,SI8641AX,SI8662BB-B-IS1,SI8620EC-B-IS,SI8655BB-B-IS1R,SI8660ED-B-IS,SI8645BB-B-IS1R,SI8631BB-B-IS1,SI8622BB-B-ISR,SI8620ED-B-ISR,SI8650BC-B-IS1,SI8663AB-B-IS1,SI8640AB-B-ISR,SI8662ED-B-ISR,SI8622ED-B-IS,SI8630BC-B-IS1R,SI8641BB-B-ISR,SI8622,SI8642BT-ISR,SI8631BC-B-IS1R,SI8640BB-B-IS1,SI8641BC-B-IS1,SI8620,SI8641BD-D-IS,SI8621,SI8640EC-B-IS1R,SI8652AX,SI8641ED-B-ISR,SI8620BC-B-ISR,SI8620BD-B-IS,SI8622BD-B-IS,SI8655BA-B-ISR,SI8620EC-B-ISR,SI8641ED-B-IS,SI8640AB-B-IS1R,SI8661BD-B-IS,SI8635,SI8630EC-B-IS1R,SI8630,SI8631,SI8640AX,SI8663AX,SI8630AB-B-IS1,SI8621AB-B-ISR,SI861X,SI8652ED-B-IS,SI8650EC-B-IS1,SI8642BB-B-IS1R,SI8620BD-B-ISR,SI8662AB-B-IS1R,SI8662BC-B-IS1R,SI8663ED-B-IS,SI8650BD-B-IS,SI8640BC-B-IS1,SI8645,SI8662EC-B-IS1,SI8640,SI8641,SI8630ED-B-IS,SI8642,SI8651AX,SI8640AB-B-IS,SI862X,SI8641BB-B-IS,SI8655BA-B-IUR,SI8621EC-B-ISR,SI8661BB-B-IS1R,SI8652BC-B-IS1R,SI8655BB-B-IS1,SI8645BD-B-ISR,SI8642AB-B-IS1,SI8620BB-B-ISR,SI8662AX,SI8645BB-B-IS,SI8650ED-B-ISR,SI8662EC-B-IS1R,SI8642BC-B-IS1R,SI8660AB-B-IS1,SI8642BA-B-IU,SI8621AB-B-IS,SI8640BA-B-IU,SI8652EC-B-IS1R,SI8660BA-B-IS1R,SI8642AB-B-ISR,SI8630EC-B-IS1,SI8630AB-B-IS,SI8651AB-B-IS1,SI8641BA-B-IUR,SI8650AX,SI8631ED-B-IS,SI8642BD-B-ISR,SI8652BB-B-IS1,SI8660BC-B-IS1R,SI8630AB-B-ISR,SI8640ED-B-IS,SI8651BB-B-IS1R,SI8642ED-B-IS,SI8652AB-B-IS1R,SI8622BC-B-ISR,SI8631BC-B-IS1,SI8650BB-B-IS1,SI8610ED-B-IS,SI8631AB-B-IS1R,SI8641BB-B-IS1,SI8650BC-B-IS1R,SI8660BD-B-IS,SI8655BA-C-IUR,SI8631BD-B-ISR,SI8641BB-B-IS1R,SI8663BD-B-ISR,SI8661AX,SI8610BC-B-IS,SI8651EC-B-IS1,SI8661BB-B-IS1,SI8631EC-B-IS1R,SI8661ED-B-IS,SI8622EB-B-ISR,SI8652BC-B-IS1,SI8631AB-B-IS1,SI8651BD-B-ISR,SI8610AB-B-ISR,SI8621ED-B-ISR,SI8640BB-B-ISR,SI8622BD-B-ISR,SI8630BB-B-IS1R,SI8642EC-B-IS1R,SI8645BD-B-IS,SI8641BD-B-IS,SI8661BC-B-IS1,SI8630BD-B-IS,SI8660EC-B-IS1,SI8610BD-B-ISR,SI8641EC-B-IS1R,SI8645BC-B-IS1,SI8650EC-B-IS1R,SI8622BB-B-IS,SI8630BD-B-ISR,SI8640BB-B-IS1R,SI8641BA-C-IU,SI8635BB-B-ISR,SI8621BC-B-IS,SI8641AB-B-IS1R,SI8622BC-B-IS,SI8660AX,SI8610EC-B-ISR,SI8621EC-B-IS,SI8651BC-B-IS1,SI8651ED-B-IS,SI8662ED-B-IS,SI8610AX,SI8641BA-C-IUR,SI8652BD-B-ISR,SI8663EC-B-IS1,SI8621BD-B-ISR,SI8641BB-B-IU,SI8651BD-B-IS,SI8651EC-B-IS1R,SI8663BB-B-IS1R,SI8620ED-B-IS,SI8640BD-B-ISR,SI8660AB-B-IS1R,SI8641AB-B-IS,SI8642AB-B-IS1R,SI8660BC-B-IS1,SI8630BB-B-ISR,SI8642EC-B-IS1,SI8640ED-B-ISR,SI8645BB-B-ISR,SI8621AX,SI8660BD-B-ISR,SI8655BA-B-IS,SI8641AB-B-IS1,SI8650AB-B-IS1,SI8661BD-B-ISR,SI8663BC-B-IS1,SI8631ED-B-ISR,SI8662BD-B-IS,SI8655BA-B-IU,SI8650BB-B-IS1R,SI8621BB-B-ISR,SI8645BA-B-IUR,SI8630BB-B-IS,SI8610EC-B-IS,SI8630BB-B-IS1,SI8660BB-B-IS1,SI8610BD-B-IS,SI8660EC-B-IS1R,SI8645BC-B-IS1R,SI8662AB-B-IS1,SI8663BB-B-IS1,SI8652ED-B-ISR,SI8641AB-B-ISR,SI8661ED-B-ISR,SI8642BB-B-ISR,SI8631BB-B-IS1R,SI8642BA-B-IUR,SI8651AB-B-IS1R,SI8642BC-B-IS1,SI8621BD-B-IS,SI8651BC-B-IS1R,室内照明,车载娱乐,COMMUNICATION SYSTEMS,电机控制,固网及电话交换设备,车载,车联网,手机相关,工业自动化系统,医学电子学,INDUSTRIAL AUTOMATION SYSTEMS,POWER INVERTERS,电脑外设,ISOLATED ADC, DAC,智能家居,MEDICAL ELECTRONICS,混合动力汽车,隔离开关模式电源,数据通信,车身和底盘,便携数码,电动汽车动力系统,小家电,HYBRID ELECTRIC VEHICLES,燃油汽车动力系统,MOTOR CONTROL,消费电子部件,车载通讯,隔离的 ADC、DAC,电脑,工业电子,ISOLATED SWITCH MODE SUPPLIES,通信系统,可穿戴设备,大家电,功率逆变器

2013年09月01日 - 数据手册 - Rev. 1.0 代理服务技术支持采购服务

带DC-DC转换器的Si88x2x双数字隔离器

Si88xx系列产品集成了数字隔离器和片上隔离直流-直流转换器，提供高达5W的隔离电源。产品具有高速数字隔离通道，支持高达100Mbps的数据速率，并具有高电磁免疫性和超低辐射。此外，Si88xx还具备软启动、频率控制和关断等特性，适用于工业自动化、混合动力汽车、逆变器、数据采集和电机控制等领域。产品已通过UL、CSA、VDE和CQC认证，并符合RoHS标准。

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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

Si87XX容耦隔离器较Si86XX隔离器有何性能提升？

Si87XX单通道高性能数字隔离器，可取代传统光耦，在Si86XX隔离器性能的基础上增加以下性能：1、增强VED/IEC 60747-5-2，带10kv涌浪；2、可直接替代常见光耦；3、最适合：高性能光耦升级（寿命长，高可靠和高数据率）。

2017-05-05 - 技术问答代理服务技术支持采购服务

【产品】集成DC-DC转换器的双路数字隔离器Si88x2x，支持最高100Mbps的数据速率

双路数字隔离器Si88x2x将Silicon Labs的数字隔离器技术与片上隔离式DC-DC转换器相集成，可在高达5W的峰值输出功率水平下提供3.3或5.0V（或外部组件大于5V）的稳定输出电压，最多提供两个数字通道。该产品具有用户可调的频率以最小化排放，具有安全性的软启动功能，停机选项和环路补偿。

2020-08-25 - 新产品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。

SILICON LABS - QUAD DIGITAL ISOLATORS,DC-DC CONVERTER,四位数字隔离器,DC-DC变换器,SI88X4X,SI88441ED-IS,SI88341ED-IS,SI88241ED-IS,SI88642EC-IS,SI88243BD-IS,SI88244BC-IS,SI88442EC-IS,SI88342EC-IS,SI88242EC-IS,SI88242BD-IS,SI88440ED-IS,SI88640ED-IS,SI88340ED-IS,SI88240ED-IS,SI88341EC-IS,SI88344EC-IS,SI88642ED-IS,SI88342EC-AS,SI88241BD-IS,SI88242ED-IS,SI88244BD-IS,SI88442ED-IS,SI88440EC-IS,SI88640EC-IS,SI88242BC-IS,SI88243EC-IS,SI88443EC-IS,SI88643EC-IS,SI88240EC-IS,SI88444ED-IS,SI88644ED-IS,SI88340EC-IS,SI88240BD-IS,SI88244ED-IS,SI88344ED-IS,SI88241BC-IS,SI88241EC-IS,SI88443ED-IS,SI88643ED-IS,SI88243ED-IS,SI88343ED-IS,SI88241EC-AS,SI88644EC-IS,SI88441EC-IS,SI88641EC-IS,SI88244EC-IS,SI88240BC-IS,SI88444EC-IS,SI88243BC-IS,SI88342ED-IS,SI88241ED-AS,SI88642EC-AS,SI88343EC-IS,车辆通信总线,分布式控制系统,电机控制,INDUSTRIAL APPLICATIONS,INVERTERS,工业自动化系统,医学电子学,电池管理系统,INDUSTRIAL AUTOMATION SYSTEMS,可编程逻辑控制器,MEDICAL ELECTRONICS,AUTOMOTIVE APPLICATIONS,DISTRIBUTED CONTROL SYSTEMS,牵引逆变器,隔离开关模式电源,TRACTION INVERTERS,HYBRID ELECTRIC AND ELECTRIC VEHICLES,VEHICLE COMMUNICATION BUSSES,PLCS,汽车应用,DATA ACQUISITION,混合动力电动汽车,MOTOR CONTROL,逆变器,ISOLATED SWITCH MODE SUPPLIES,BATTERY MANAGEMENT SYSTEMS,工业应用,数据采集

May 2020 - 数据手册 - Rev. 1.05 代理服务技术支持采购服务查看更多版本

【产品】Si886xxISO-EVB数字隔离器评估板，可实现Si886xx系列数字隔离器集成式隔离方案的性能评估

Silicon Labs推出的Si886xxISO-EVB评估板配置安装的数字隔离型号为Si88621ED-IS，其具备DC-DC转换功能，并且在评估板的默认配置中启用了DC-DC转换器，可实现对Si886xx系列数字隔离器的性能、参数快速评估

2018-12-15 - 新产品代理服务技术支持采购服务

【产品】Silicon Labs数字隔离器Si86xx隔离安规特性的深入解读

在数字隔离器产品的技术手册中，我们会看到隔离耐压、最大重复峰值隔离电压、最大工作隔离电压、最大瞬态隔离电压以及最大浪涌隔离电压等参数。没有了解清楚隔离产品具体的安规认证标准就很难区分上述参数间的定义差别，本文主要对Silicon Labs数字隔离器Si86xx系列产品安规标准以及定义的安规参数做深入介绍。

2020-11-01 - 新产品代理服务技术支持采购服务