Высокоскоростные изолирующие ИС фирмы NVE

IsoLoop^T является торговой маркой семейства микросхем NVE Corporation, предназначенных для электрической развязки в цифровых схемах. Изменение логического уровня на выходе ("0" или "1") происходит при изменении внутреннего магнитного поля, вызванного изменением логического уровня на входе.

Область применения

• цифровые схемы, где ранее применяли оптоэлектронные развязки;
• схемы, где ранее не применяли оптоэлектронные развязки из-за недостаточной скорости;
• приёмопередатчики стандартов RS232, RS422, RS485, CAN, PROFIBUS и др.;
• дуплексные приёмопередатчики;
• схемы сдвига уровня;
• энергонезависимые элементы памяти;
• изолированные интерфейсы к АЦП, программируемым усилителям, схемам управления двигателями и пр.

Устройство

Источником внутреннего магнитного поля являются витки индуктивности, выполненные над областью чувствительного элемента (сенсора). Индуктивность защищена от действия внешнего магнитного поля магнитным экраном.

Сенсор выходной части ИС IsoLoop выполнен на тонких (5 нм) магнитных плёнках, сопротивление которых меняется при изменении магнитного поля, создаваемого током входной части. Гигантский магниторезистивный эффект (GMR) положен в основу и других изделий фирмы NVE: магнитных датчиков, магниторезистивных считывающих головок, MRAM-памяти.

Преимущества

Искажения сигнала присутствуют всего на 2-нс отрезке ширины импульса. Задержка распространения - 10 нс, а рассогласование по задержке распространения (skew limit) - 2 нс.

IL710, IL711, IL712

• скорость передачи данных 100 МБод;
• корпуса DIP8, SO8; -40...+100ºC (-55...+125ºC).

IL715, IL716, IL717

• скорость передачи данных 100 МБод;
• корпус SO16; -40...+100ºC (-55...+125ºC);
• 4 канала, двунаправленность (различные сочетания).

IL422 (полный дуплекс) и IL485 способны передавать данные со скоростью 25 и 35 Мбод, соответственно. Все микросхемы серии характеризуются стойкостью к синфазным импульсным помехам до 20 (30) кВ/мкс и сертифицированы на прочность изоляции 2,5 кВ в течение 1 минуты.

Потребность в гальванической развязке

Следствием протяжённости сетей передачи данных часто является физическое несовпадение одноимённых узлов, в частности "заземления". Разность потенциалов между "землями" может быть как по постоянному, так и по переменному току в комбинации с помехами различного происхождения. Соединение земель через нулевой провод или экран кабеля приводит к образованию контуров "заземления", по которым начинают проходить паразитные токи. Эти токи могут вызывать нежелательные эффекты: искажения сигнала, повышенный уровень излучения; большие же значения разности потенциалов могут приводить к выходу из строя электронных компонентов и даже к поражению персонала электрическим током.

Чтобы ограничить круг вышеназванных проблем, устройство, соединяющее цепи с разнесёнными "землями", должно развязать их по постоянному току. Устройство гальванической изоляции должно обеспечить непрерывность прохождения информации в условиях изменения потенциалов изолированных "земель" и синфазных помех. Будучи хорошим конструкторским решением, изолирующие компоненты входят в промышленные стандарты для таких применений, как передача данных по шине, где две автономные системы должны состыковать свои провода. Другими примерами являются модемы, интерфейсы локальных и промышленных сетей (в том числе, концентраторы, маршрутизаторы и коммутаторы), телефоны, импульсные источники питания, принтеры и факсы.

Существующие изолирующие технологии и IsoLoop

Существующие изолирующие технологии основаны на передаче сигнала через трансформатор, конденсатор или оптический канал. Производство этих дискретных компонентов требует ручного труда, сложной гибридной сборки и/или корпусирования. Они не вписываются в технологию производства интегральных схем, сдерживая дальнейшее повышение быстродействия и уровня интеграции. Для преодоления этих недостатков фирма NVE разработала (первоначально для NASA) и запатентовала оригинальную технологию, разместив на чипе, кроме обычной входной и выходной ИС, также GMR-сенсор и витки микроиндуктивности.

Планарные витки индуктивности служат нагрузкой для тока, несущего информацию о входном сигнале, который нужно передать через изолирующий барьер. Магнитное поле, пропорциональное этому току, воспринимается через слой диэлектрика магниторезистивной структурой, являющейся GMR-сенсором. Прочность изоляции диэлектрического слоя выше 2,5 кВ. Падение напряжения на GMR-структуре усиливается и при водится к виду, соответствующему входному сигналу. Изменения же потенциала земли одинаково воздействуют на оба конца индуктивности и не влияют на величину тока, протекающего через витки, а поэтому не приводят к изменению магнитного поля, воспринимаемого GMR-сенсором. Таким образом, полезный сигнал проходит со входа на выход, а паразитные токи - нет, для чего, собственно, и нужна гальваническая развязка.

Рисунок 1. Структурная схема элемента IsoLoop

Изоляторы IsoLoop во многом похожи на оптоэлектронные и предназначены для их замены. Как и оптоэлектронные изоляторы, GMR-изоляторы могут передавать низкочастотный сигнал вплоть до постоянного тока, в то же время на порядок превосходя по ВЧ-параметрам, подобно трансформаторам, таким образом объединяя в одном устройстве лучшие характеристики обоих прототипов. Дальнейшее повышение быстродействия и уровня интеграции сдерживается не изолирующей структурой (GMR-слои могут переключаться менее чем за 1 нс), а возможностями кремниевой технологии.

Рисунок 2. Структурные схемы отптического и IsoLoop изоляторов

Обычно при использовании параллельного способа передачи данных между шиной компьютера и платой ввода/вывода введение гальванической развязки понижает надёжность и увеличивает стоимость системы. Это обусловлено необходимостью использования для развязки информационных линий шины большого количества оптронов, представляющих собой наиболее уязвимые с точки зрения надёжности и дорогие с точки зрения цены элементы.

Оценивая стоимость микросхем серии IsoLoop, нужно учитывать, что один корпус новой серии может заменить несколько (на рис. 3 - пять) корпусов электронных компонентов.

Рисунок 3. Пример замены элементов интерфейса одной микросхемой IL485

Предприятие "Квазар - Микро. Компоненты и системы" является официальным дистрибьютором NVE Corporation и предлагает со склада в Киеве новые микросхемы высокоскоростных изолирующих приемопередатчиков NVE Corporation, эффективно заменяющие оптронные развязки.

При регистрации проектов будут предоставляться бесплатные образцы для макетирования.

Высокое быстродействие, малое потребление, прямая совместимость с логическими КМОП-уровнями, конструктивное исполнение в корпусах SOIC - вот основные достоинства микросхем семейства IsoLoop.

Таблица. Цены со склада в Киеве (приведены в долл. США без НДС)

Подробную техническую информацию можно получить на Веб-странице www.nve.com или www.isoloop.com.

Контакты по техническим вопросам:
Vladimir.Temchenko@kvazar-micro.com; тел.: (044) 442-9459;
Alexander.Shynkar@kvazar-micro.com; тел.: (044) 442-9458.

Справки по вопросам поставок и наличия на складе по телефонам: (044) 239-9868 и 442-9361.