使用数字隔离器保护测试设备

作者：Jacob Beningo

我曾经不止一次不幸地遇到原型电路故障。这相当普遍，但有几次我把昂贵的测试设备连接到原型电路上后冒出了恐怖的白烟。显而易见，在测试不成熟的电路时我们需要做好工具和测试设备的保护，最佳之法就是使用隔离。

第一次我遇到设备损毁问题时，我所监测的系统出了很大的问题，电路中的电压或电流太大，通过我的 USB-USART 转换器，进入到我电脑的 USB 端口，损坏了我的电脑。电脑损坏不得不让我停下来问自己：“我该如何保护我的电脑？”

对于 USART，解决方法很简单，也不贵。我曾经使用过 SparkFun 的分线板，它与 DEV-09873 USB 桥接器模块类似，我需要做的就是在嵌入式系统的 Tx/Rx 线路和 USB 桥接器之间装一个 STMicroelectronics STISO621WTR 双通道数字隔离器（图 1）。花费不到 20 美元，包括一些连接器和原型板，经过 10 分钟焊接，你可以拯救价值数千美元的设备了。

图 1：STMicroelectronics STISO621WTR 双通道数字隔离器能够保护两个单向通信通道和所连接的设备。（图片来源：STMicroelectronics）

STISO621WTR 的亮点在于其已经进行了配置，能够自动保护 USART。图 1 展示了如何设置两个通道进行相向两个方向的通信，从而简化布局和接线问题。该隔离器提供了 6 千伏 (kV) 的电隔离能力以及超过 50 kV 每秒 (kV/μs) 的通用模式瞬态保护。另外该隔离器还能处理最高每秒 100 兆位 (Mbits/s) 的数据速率，意味着该器件可用于高速应用。

另一个我经常发现可使用某种附加隔离的领域是逻辑分析仪的输入端。逻辑分析仪价格昂贵，从数百美元到数千美元不等，很多时候其输入端没有进行很好的隔离。不幸的是，我曾经损坏过一台逻辑分析仪，因电路输入保护只做到 10 V，在一个昏昏沉沉早上我意外将其连接到一个 12 V 的信号上。这次烧的不是仪器而是我的钱包，因为不得不花钱更换零件。

同样通过使用数字隔离，开发人员可以很轻松地保护逻辑分析仪。为了保护测试设备，通常有一点小不便，就是隔离器需要外部电源。这通常需要从测试电路或另一个电源接一些外部跳线，以同时为隔离器两侧进行供电。对于通信接口来说也需要这样做，但一般不用管电源和接地。

我曾经用来保护测试设备的一个隔离器是 Texas Instruments 的 ISOW7844DWE 四通道通用数字隔离器（图 2）。该隔离器可以支持最高 100 Mb/s 的数据速度，如果你要连接到测试设备，这个速率就很重要。在一个 10 Mb/s 的逻辑分析仪前端放一个 2 Mb/s 的数字隔离器其实没什么意义。这就引出另一个重要的问题，如果你计划给测试设备加隔离，就要确保不要反过来影响计量系统：这可能引起新的伪影或问题，因此要小心处理。

图 2：数据速率对用于保护仪表的数字隔离器来说很重要，ISOW7844DWE 可支持最高 100Mb/s 的数据速率。（图片来源：Texas Instruments）

几乎每一个我们能想到的应用都有足够多的数字隔离器可供选择，找一个适合的隔离器相当简单。当考虑设备保护时，我通常会参考隔离器的封装尺寸，以确保能找到合适的分线板，从而快速打造一个原型方案。在保护逻辑分析仪方面，某些情况下，我会搞得较复杂一些，自己做一块隔离板。

结语

测试设备和工具通常是昂贵而重要的资产。许多开发人员只有一台这样的设备，意味着需要考虑最坏情况下的墨菲法则对我们的测试设备造成的破坏。所以不要像我：一定要使用数字隔离。只需小心隔离，不要影响计量系统本身。一旦保护措施到位，你便可高枕无忧：电路故障或注意力不集中对你设备的伤害就是大大降低。