- RS-485隔离式数字接口

请注意，图3和图4显示了仅对接收器(Rx)数据路径的隔离。隔离式RS-485节点需要四个通道(图5)来处理发射和接收数据路径，以及发射和接收启用讯号。

图5 隔离式RS-485总线节点

在点对点连接中，为防止接地回路，只隔离一个节点(另一个节点不隔离)已经足够。但在多点数据链路中，常见做法是隔离所有总线节点，以重复利用电路节点设计，简化PCB生产。图6是隔离式多点总线的示例。

图6 隔离式多点总线

最新的RS-485隔离方法将隔离器与收发器功能整合在一个芯片中，在总线节点设计显著节省了空间。图7中的ISL32704E隔离器采用的是GMR技术，这可实现最小但最稳健的隔离结构，从而进一步实现小型化设计。

图7 4Mbps、2.5kV RS-485隔离器

例如，利用优化的布局和设计技术能够制造图7所示的4×5mm隔离器QSOP封装，并在44000年势垒寿命期间维持600V的巨大工作电压。这比提供2.5kV功能隔离的竞争技术的400V工作电压高了一半。另外，该组件已通过UL和VDE认证。

图8显示GMR隔离器的工作原理。其中，缓冲输入讯号驱动主线圈，线圈产生的磁场可改变GMR电阻器1-4的阻值。GMR1至GMR4形成惠斯通电桥(Wheatstone bridge)，产生仅对主线圈磁场变化做出反应的电桥输出电压。不过，大的外部磁场被视为共模场，并因此被电桥配置抑制，电桥输出被馈入比较器，该比较器的输出讯号的相位和形状与输入讯号完全相同。

图8 单通道GMR隔离器

图9描述了单个GMR电阻器的功能。该电阻器由铁磁合金层B1和B2，以及夹于其间的超薄非磁性导电中间层A(通常为铜)组成。根据GMR的结构设计，在没有磁场的情况下，B1和B2中的磁矩朝向相反的方向，使重电子散射在A层上，从而大幅增加其对电流I的电阻。当施加磁场H时，B1和B2中的磁矩对齐，从而减轻电子散射现象，这会降低A层的电阻并增加电流。

图9 多层GMR电阻器

电容性和磁性隔离器必须使用RF载波或脉冲宽度调变(PWM)来穿过势垒传送DC和低频讯号，GMR隔离器则无需此类复杂的编码。它们也不包含会消耗极大电流的电力输送线圈或变压器，因为其讯号传输几乎不消耗能量。以上因素不仅可以使电流消耗显著降低(表1)，还使发射光谱的辐射低到几乎检测不到(图10)。此外，由于GMR隔离器没有RF载波的脉冲列干扰，其EMI非常低。

表1 供电电流随数据速率的增加而增加

图10 几乎检测不到GMR隔离器辐射

结论
GMR不只是一种普通的隔离技术，而是用于高速和超高速数据传输系统的隔离技术。其几乎无需能量的信息传输和微小的外形，可保证势垒传播时间在亚奈秒(ns)级范围之内。ISL32704E数据表中规定的ns 级传播延迟主要归功于I/O缓冲器和收发器。

GMR隔离器并不取代光隔离器(适合DC至1Mbps应用)，而是在高和超高频率应用中提供补充隔离功能。GMR隔离器是唯一能够抵抗单粒子效应和电离总剂量辐射的隔离器，因此还适于航天和军工应用。