Schaltungstipp Galvanisch isolierte LVDS-Schnittstellenschaltung

LVDS ist ein etablierter Standard (TIA/EIA-644) für die schnelle und stromsparende Punkt-zu-Punkt-Kommunikation. Der LVDS-Standard wird in Messtechnik- und Steuerungsanwendungen eingesetzt, um große Datenmengen über Backplanes oder kurze Kabelverbindungen zu übertragen. Außerdem dient er zur Verteilung schneller Taktsignale an unterschiedliche Bereiche einer Schaltung.

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Die Schaltung in Bild 1 zeigt die galvanische Isolation einer LVDS-(Low Voltage Differential Signaling)-Schnittstelle. Zu den Vorteilen bei der galvanischen Isolation einer LVDS-Schnittstelle zählen der Schutz bei Fehlern (Sicherheitsisolation) und eine erhöhte Robustheit (Funktionsisolation).

Der ADuM3442 sorgt für die digitale Isolation der Logik-Eingänge am LVDS-Treiber ADN4663 und an den Logik-Ausgängen des LVDS-Empfängers ADN4664. Durch die isolierte Stromversorgung mit dem ADuM5000 werden eine Reihe von Herausforderungen bei der Isolation von LVDS-Verbindungen in Industrie- und Messtechnikanwendungen erfüllt. Dazu zählen:

• Isolation der Logiksignale zu/von den LVDS-Treibern/Empfängern. Dies gewährleistet eine Standard-LVDS-Kommunikation auf der Bus-Seite der Schaltung.

• Hochintegrierte Isolation mit zwei zusätzlichen „Wide-Body“ SOICs, dem ADuM3442 und dem ADuM5000, zur Isolation der Standard LVDS-Bauteile ADN4663 und ADN4664.

• Geringe Stromaufnahme gegenüber herkömmlicher Isolation mit Optokopplern. Low-Power-Betrieb ist ein Leistungsmerkmal von LVDS-Applikationen.

• Mehrere isolierte Kanäle. In LVDS-Applikationen dienen parallele Kanäle zur Maximierung des Datendurchsatzes. Diese Schaltung demonstriert eine vierkanalige Isolation (in diesem Fall zwei Übertragungs- und zwei Empfangskanäle).

• High-Speed-Betrieb; die Isolation arbeitet mit bis zu 150 MBit/s und erfüllt so die Basis-LVDS-Geschwindigkeitsanforderungen.

Die Schaltung in Bild 1 isoliert einen zweikanaligen LVDS-Leitungstreiber und einen zweikanaligen LVDS-Empfänger. So sind zwei komplette Übertragungs- und Empfangspfade auf einem Board möglich.

Schaltungsbeschreibung

Anwendungen für isolierte LVDS-Schnittstellen sind die Schutzisolation und/oder Funktionsisolation von Board-zu-Board-, Backplane- und Leiterplatten-Kommunikationsverbindungen. Ein Beispiel für die Schutzisolation ist ein System mit einer LVDS-Backplane, bei dem eine oder mehrere Einsteckkarten Transienten mit hohen Spannungen ausgesetzt sein können. Die Isolation der LVDS-Schnittstelle stellt sicher, dass solche Fehlersituationen keine anderen Schaltungen im System beeinträchtigen.

Ein Beispiel einer Applikation, bei der die Funktionsisolation vorteilhaft ist, ist Messequipment. Bei der Isolation von LVDS-Verbindungen, zum Beispiel zwischen einem A/D-Wandler und einem FPGA, kann eine potenzialfreie Massefläche entstehen, welche die Integrität von Messdaten erhöht und Rückkopplungen auf den Rest der Applikation minimiert.

Bild 2 zeigt die isolierte LVDS-Schnittstellenschaltung, die zwei Sendekanäle (CMOS/TTL zu LVDS) und zwei Empfangskanäle (LVDS zu CMOS/TTL) isoliert. Die Signale können für Datenraten bis 150 MBit/s isoliert werden. Die Spezifikation des ADuM3442 hinsichtlich maximaler Pulsbreitenverzerrung bleibt dabei erhalten.

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