差异数据传输:有什么区别?

隔离器的主要功能是通过电气隔离栅传送某种形式的信息,同 时阻止电流。隔离器采用绝缘材料制造,可以阻止电流,隔离 栅两端都有耦合元件。信息通常在传输通过隔离栅之前由耦合 元件编码。

ADI公司的iCoupler®数字隔离器使用芯片级微变压器作为耦合元 件,将数据传输通过高质量聚酰亚胺隔离栅。iCoupler隔离器中 主要使用两种数据传输方法:单端和差分。选择数据传输机制 时,需要进行工程设计取舍,以优化所需的终端产品特性。

在单端数据传输中,我们使用变压器,初级绕组的一端接地。 输入信号中的逻辑转换编码为脉冲,相对于地面始终为正极 性,位于发送器芯片上。这也称为“一脉冲两脉冲”,因为上升 沿编码为两个连续脉冲,而下降沿表示为单个脉冲(请参见图1 顶部)。隔离栅另一端的接收器接收到信号,并确定发送了一个 还是两个脉冲;然后,它将会相应地重构输出。

差分数据传输使用真差分方式的变压器。在此情况下,当检测 到输入沿时,始终都发送单个脉冲,但脉冲的极性会决定转换 是上升还是下降(图1底部)。接收器为真差分结构,并根据脉冲 极性更新输出。

图 1.单端与差分数据传输

单端方法的主要优点之一是低数据速率下的功耗比较低。这是 因为差分接收器需要的直流偏置电流多于在单端接收器中使用 的CMOS施密特触发器。然而,差分方法在较高吞吐速率下功耗 较低,有两个原因:驱动电平和脉冲数量。变压器的驱动电平 可以降低,因为接收器只需确定极性,而无需确定存在单个脉 冲还是两个脉冲。单端系统平均每边沿需要1.5个脉冲,而差分 传输每边沿需要1个脉冲(减少了33%)。

减小的驱动电平和较少的脉冲还可以减少射频辐射。产生辐射 的原因是电源中的电流脉冲导致了印刷电路板结构的辐射。由 于脉冲较少,而且每个脉冲的能量较低,因而产生的射频辐射 显著减少。

与单端系统相比,差分传输还有另外两个优势:传播延迟和抗 扰度。在单端方法中,在创建单个脉冲或两个脉冲时,必须有 特定的时序关系,而且接收器必须分析特定时间窗口内的脉 冲。这些要求会对编码和解码产生限制,最终限制通过器件的 传播延迟。这进而限制器件能够达到的总吞吐量。差分方法受 到的限制较少,因为它始终使用单个脉冲,因而传播延迟较低, 吞吐量较高。

差分接收器能够可靠地检测发送器发送的差分信号,还会抑制在隔离系统中普遍存在的无用共模噪声,导 致共模瞬变抗扰度(CMTI)显著提高。差分接收器还不大容易受到电源噪声的影响,因而抗扰度较高。光耦合 器中使用的LED实质上是单端的,这正是光耦合器的CMTI性能通常较差的原因之一。差分数据传输使得 iCoupler数字隔离器的性能相对于光耦合器有了显著提升。

数据传输方法也是设计人员优化数字隔离器性能的一个选项。将真差分耦合元件作为iCoupler技术的基础, 可在这一方面提供很高灵活性,这也是光耦合器和容性耦合器件通常无法企及的。

作者

Dave Carr

David Carr

他的大部分职业生涯都是在从事高速模拟和混合信号产品的定义、开发、营销和应用支持。他拥有宾厄姆顿大学电气工程学士学位 (BSEE)和电气工程硕士学位(MSEE)。当新英格兰天气允许的时候,他喜欢打垒球。在冬天,他喜欢打室内排球。他还喜欢徒步旅行和划船。