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光电隔离器6N137应用

时间:2007-12-25   来源:   作者:邵晖 舒嵘   点击:……  字体大小:【

一、6N137原理及典型用法
    6N137的结构原理如图1所示,信号从脚2和脚3输入,发光二极管发光,经片内光通道传到光敏二极管,反向偏置的光敏管光照后导通,经电流-电压转换后送到与门的一个输入端,与门的另一个输入为使能端,当使能端为高时与门输出高电平,经输出三极管反向后光电隔离器输出低电平。当输入信号电流小于触发阈值或使能端为低时,输出高电平,但这个逻辑高是集电极开路的,可针对接收电路加上拉电阻或电压调整电路。
 
    简单的原理如图2所示,若以脚2为输入,脚3接地,则真值表如附表所列,这相当于非门的传输,若希望在传输过程中不改变逻辑状态,则从脚3输入,脚2接高电平。
 

6N137真值表
输入 使能 输出
H H L
L H H
H L H
L L H

    隔离器使用方法如图2所示,假设输入端属于模块I,输出端属于模块II。输入端有A、B两种接法,分别得到反相或同相逻辑传输,其中RF为限流电阻。发光二极管正向电流0-250uA,光敏管不导通;发光二极管正向压降1.2-1.7V,正向电流6.5-15mA,光敏管导通。若以B方法连接,TTL电平输入,Vcc为5V时,RF可选500Ω左右。如果不加限流电阻或阻值很小,6N137仍能工作,但发光二极管导通电流很大对Vcc1有较大冲击,尤其是数字波形较陡时,上升、下降沿的频谱很宽,会造成相当大的尖峰脉冲噪声,而通常印刷电路板的分布电感会使地线吸收不了这种噪声,其峰-峰值可达100mV以上,足以使模拟电路产生自激,A/D不能正常工作。所以在可能的情况下,RF应尽量取大。
    输出端由模块II供电,Vcc2=4.5-5.5V。在Vcc2(脚8)和地(脚5)之间必须接一个0.1uF高频特性良好的电容,如瓷介质或钽电容,而且应尽量放在脚5和脚8附近。这个电容可以吸收电源线上的纹波,又可以减小光电隔离器接受端开关工作时对电源的冲击。脚7是使能端,当它在0-0.8V时强制输出为高(开路);当它在2.0V-Vcc2时允许接收端工作,见附表。
    脚6是集电极开路输出端,通常加上拉电阻RL。虽然输出低电平时可吸收电路达13mA,但仍应当根据后级输入电路的需要选择阻值。因为电阻太小会使6N137耗电增大,加大对电源的冲击,使旁路电容无法吸收,而干扰整个模块的电源,甚至把尖峰噪声带到地线上。一般可选4.7kΩ,若后级是TTL输入电路,且只有1到2个负载,则用47kΩ或15kΩ也行。CL是输出负载的等效电容,它和RL影响器件的响应时间,当RL=350Ω,CL=15pF时,响应延迟为48-75ns。注意:6N137不应使用太多,因为它的输入电容有60pF,若过多使用会降低高速电路的性能。情况允许时,可考虑把并行传输的数据串行化,由一个光电隔离器传送。

二 6N137应用实例
    信号采集系统通常是模拟电路和数字电路的混合体,其中模数变换是不可缺少的。从信号通路来说,AD变换之前是模拟电路,之后是数字电路。模拟电路和AD变换电路决定了系统的信噪比,而这是评价采集系统优劣的关键参数。为了提高信噪比,通常要想办法抑制系统中噪声对模拟和AD电路的干扰。在各种噪声当中,由数字电路产生并串入模拟及AD电路的噪声普遍存在且较难克服。数字电平上下跳变时集成电路耗电发生突变,引起电源产生毛刺,通常对开关电源影响比线性电源大,因为开关电源在开关周期内不能响应电流突变,而仅由电容提供电流的变化部分。一般数字电路越复杂,数据速率越高,累积的电流跳变越强烈,高频分量越丰富。而普通印刷电路的分布电感较大,使地线不能完全吸收逻辑电平跳变产生的电流高频分量,产生电压的毛刺,而这种毛刺进入地线后就不能靠旁路电容吸收了,而且会通过共同的地线或穿过变压器,干扰模拟电路和AD转换器,其幅度可高达几百毫伏,足以使AD工作不正常。
    本所研制的机载三通道红外成像扫描仪的数据采集系统,要求信噪比1000,12位量化级别,并行数据传输,数据传输率500KB/s。要达到上述要求,AD能否达到转换精度是个关键。在未采用光电隔离器的电路中,虽采取了一系列措施,但因各模块间地线相连,数字电路中尖峰噪声影响仍很大,系统信噪比仅达500.故我们采用6N137将模拟电路及AD变换器和数字电路彻底隔离,电路如图3所示。
 
    电源部分由隔离变压器隔离,减少电网中的噪声影响,数字电源和模拟电源不共地,由于模拟电路一般只有±15V,而AD转换器还需要+5V电源,为使数字电路与模拟电路真正隔离,+5V电源由+15V模拟电源经DC-DC变换器得到。模拟电路以及AD转换电路与数字电路的信号联系都通过6N137。逐次比较型AD并行输出12位数据,每一路信号经缓存器后送入6N137的脚3,进行同相逻辑传输至数字电路,输入端限流电阻选用470Ω,输出端上拉电阻选用47kΩ,输出端电源和地间(即6N137的脚8与脚5间)接0.1uF瓷片电容,作为旁路电容以减少对电源的干扰,6N137的使能端接选通信号,使6N137在数据有效时才工作,减少工作电流。模拟电路和AD转换所需的各路控制信号也通过6N137接收,接法同上,在时序设计中要特别注意6N137约有50ns的延时,与未采用光电隔离器的数据采集电路相比,系统信噪比提高了一倍以上,满足了系统设计要求。


Tags:6N137   光电隔离器    
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