基于塑料光纖的高壓隔離通信接口設(shè)計(jì)

圖4顯示的信號(hào)頻率為1 MHz，對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行了實(shí)際的頻率特性試驗(yàn)，從1 Hz開始，以10倍的系數(shù)增加信號(hào)頻率，一直到10 MHz為止。試驗(yàn)結(jié)果顯示，在1 Hz～10 MHz的頻率范圍內(nèi)，輸出的波形有固定的100 ns的延遲，信號(hào)輸出波形無干擾，邊沿干凈。之后對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊的電壓特性進(jìn)行測(cè)試，在電源電壓1．5～6V的電壓范圍內(nèi)，輸出波形干凈，說明該驅(qū)動(dòng)模塊的工作電壓范圍比較寬。涵蓋了1．8、2．7、3．3、5 V等常用的工作電壓范圍。將光發(fā)送模塊的工作電壓從1．5～6V范圍內(nèi)變化，光接收模塊的工作電壓固定為某一個(gè)值，如3．3 V時(shí)，輸出信號(hào)電壓和光接收模塊的工作電壓相同，也為3．3 V。以上試驗(yàn)說明，光收發(fā)模塊可以使用不同的工作電壓，而不影響信號(hào)的傳輸，這對(duì)工作電壓不同的系統(tǒng)非常有用。
測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，其輸入輸出是有延遲的，固定為100 ns，如果輸入信號(hào)頻率比較高，如大于10 MHz，又要求輸入輸出同步，則需要在輸入部分或輸出部分進(jìn)行硬件或軟件處理，得到完全同步的隔離信號(hào)。

3 應(yīng)用實(shí)例
某高壓儀表隔離部分設(shè)計(jì)參數(shù)如下：隔離電壓為60 kV；傳輸速度為1MHz；傳輸距離為10 m；接口類型為SPI。
從以上設(shè)計(jì)要求選擇數(shù)字傳輸方案，并綜合考慮隔離電壓、傳輸速度、傳輸距離、成本、可靠性、實(shí)現(xiàn)難度等方面，使用塑料光纖為最佳方案。
SPI接口采用3線制，如圖5所示。圖5中只給出了主控方的電路圖，從機(jī)是一個(gè)SPI接口的串行A／D轉(zhuǎn)換器，硬件連接方法與圖5類似。SPI總線是板內(nèi)總線，在1 MHz下的傳輸距離不宜超過1 m，加了塑料光纖隔離驅(qū)動(dòng)后，其傳輸距離被大大延長(zhǎng)了。高壓部分和低壓部分的驅(qū)動(dòng)模塊各需要3個(gè)，這3個(gè)模塊布局時(shí)放在一起，共地連接，之后與其他部分電路要單點(diǎn)接地處理。

SPI通信硬件除了將傳輸介質(zhì)由金屬導(dǎo)線換為塑料光纖外，沒有其他區(qū)別，軟件上則與普通SPI的軟件完全相同。

4 結(jié)論
塑料光纖技術(shù)是正在發(fā)展中的新興技術(shù)，已在音頻數(shù)據(jù)傳輸中廣泛使用，由于其高隔離電壓、高速度、較遠(yuǎn)傳輸距離及低成本的優(yōu)點(diǎn)，會(huì)在高壓設(shè)備、高壓儀表及輸配電現(xiàn)場(chǎng)中得到廣泛應(yīng)用。