深入解析ISO1211和ISO1212：隔離數(shù)字輸入接收器的卓越之選

在工業(yè)自動(dòng)化和控制系統(tǒng)中，數(shù)字輸入模塊的性能和可靠性至關(guān)重要。ISO1211和ISO1212作為隔離數(shù)字輸入接收器，以其獨(dú)特的特性和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，成為了工程師們的熱門選擇。今天，我們就來(lái)深入探討這兩款器件，看看它們是如何在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中發(fā)揮作用的。

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一、產(chǎn)品概述

ISO1211和ISO1212是完全集成的隔離數(shù)字輸入接收器，符合IEC 61131 - 2 Type 1、2和3的特性要求。它們能夠接收24 - V至60 - V的數(shù)字輸入信號(hào)，并提供隔離的數(shù)字輸出，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)側(cè)電源。通過(guò)外部電阻(R{SENSE})和(R{THR})，可以精確設(shè)置從現(xiàn)場(chǎng)輸入汲取的電流限制和電壓轉(zhuǎn)換閾值，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。

二、產(chǎn)品特性

2.1 廣泛的輸入電壓支持

支持9 - V至300 - V的DC和AC數(shù)字輸入設(shè)計(jì)，通過(guò)外部電阻即可輕松實(shí)現(xiàn)。其高輸入電壓范圍為±60 V，還具備反向極性保護(hù)功能，有效保護(hù)輸入引腳，即使在故障情況下也能確保設(shè)備的安全運(yùn)行。

2.2 精確的電流限制

對(duì)于Type 3，典型的電流限制范圍為2.2 mA至2.47 mA，并且可調(diào)節(jié)至最大6.5 mA。精確的電流限制有助于降低功耗，提高系統(tǒng)效率。

2.3 無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)側(cè)電源

這一特性大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減少了組件數(shù)量，降低了成本。同時(shí)，也提高了系統(tǒng)的可靠性和靈活性。

2.4 多種功能特性

具備斷線檢測(cè)功能（參考TIDA - 01509），可及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路故障；可配置為源極或漏極輸入，滿足不同的應(yīng)用需求；支持高達(dá)4 Mbps的數(shù)據(jù)速率，適用于高速應(yīng)用場(chǎng)景；擁有使能引腳，可對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行多路復(fù)用；具有高瞬態(tài)抗擾度，CMTI可達(dá)±70 - kV/μs，能有效抵抗電磁干擾；工作溫度范圍為 - 40°C至 + 125°C，可適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境。

2.5 安全認(rèn)證

獲得了多項(xiàng)安全相關(guān)認(rèn)證，如符合DIN VDE V 0884 - 11的基本絕緣要求、UL 1577認(rèn)可（2500 - (V_{RMS})絕緣）以及IEC 60950 - 1、IEC 62368 - 1、IEC 61010 - 1和GB 4943.1 - 2011認(rèn)證，為系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了可靠保障。

三、應(yīng)用場(chǎng)景

3.1 可編程邏輯控制器（PLC）

適用于PLC的數(shù)字輸入模塊和混合I/O模塊，能夠滿足高通道密度的需求，提高系統(tǒng)的控制精度和可靠性。

3.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)的I/O和位置反饋、CNC控制以及數(shù)據(jù)采集等方面發(fā)揮重要作用，確保電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行和精確控制。

3.3 二進(jìn)制輸入模塊

為二進(jìn)制輸入模塊提供可靠的隔離解決方案，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

四、詳細(xì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 設(shè)置電流限制和電壓閾值

(R{SENSE})電阻用于限制從現(xiàn)場(chǎng)輸入汲取的電流。對(duì)于Type 1和Type 3操作，推薦使用562 Ω的(R{SENSE})，典型電流限制為2.25 mA；對(duì)于Type 2操作，推薦使用200 Ω的(R{SENSE})，典型電流限制為6 mA。(R{THR})電阻可用于調(diào)整電壓閾值，其與典型電流限制（(I{(L)})）的關(guān)系為(I{(L)}=frac{2.25 mA × 562 Omega}{R{SENSE }})。同時(shí)，可通過(guò)公式(V{IH}( typ )=8.25 V+R{THR } × frac{2.25 mA × 562 Omega}{R{SENSE }})和(V{IL}( typ )=7.1 V+R{THR } × frac{2.25 mA × 562 Omega}{R{SENSE }})計(jì)算典型的(V{IH})和(V_{IL})值。

4.2 熱考慮

ISO121x器件的內(nèi)部功耗由SENSE引腳的電壓（(V{SENSE})）和器件汲取的電流（(INx + SENSEx)）決定。結(jié)合熱信息表中定義的結(jié)到空氣熱阻，可以計(jì)算出給定環(huán)境溫度下的結(jié)溫。結(jié)溫不得超過(guò)150°C，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)不同的電流限制和輸入電壓條件，合理選擇(R{SENSE})和(R_{THR})，以確保器件在安全的溫度范圍內(nèi)工作。

4.3 設(shè)計(jì)更高輸入電壓

雖然ISO121x器件的SENSE和IN引腳相對(duì)于FGND的額定電壓為60 V，但通過(guò)在外部電阻(R{THR})上分壓，可以支持更大的模塊輸入電壓。同時(shí)，可使用額外的電阻(R{SHUNT})來(lái)獨(dú)立調(diào)整電壓轉(zhuǎn)換閾值。此外，在SENSE和FGND引腳之間推薦使用1 - nF或更大的(C_{IN})電容器，以減緩SENSE引腳的過(guò)渡，防止過(guò)渡期間超過(guò)60 V的過(guò)沖。

4.4 浪涌、ESD和EFT測(cè)試

數(shù)字輸入模塊需要進(jìn)行浪涌（IEC 61000 - 4 - 5）、靜電放電（ESD，IEC 61000 - 4 - 2）和電氣快速瞬變（EFT，IEC 61000 - 4 - 4）測(cè)試。對(duì)于Type 1和Type 3系統(tǒng)，推薦使用1 kΩ的(R{THR})和10 nF的(C{IN})來(lái)滿足±1 kV的浪涌測(cè)試要求。對(duì)于更高電壓水平的浪涌測(cè)試或無(wú)法使用大值(C_{IN})的快速系統(tǒng)，可以使用TVS二極管或壓敏電阻來(lái)滿足EMC要求。

五、布局建議

5.1 兩層板布局

ISO1211和ISO1212的電路板布局可以在兩層板上完成。在現(xiàn)場(chǎng)側(cè)，將(R{SENSE})、(C{IN})和(R{THR})放置在頂層，底層用作現(xiàn)場(chǎng)接地（FGND）平面。推薦使用0603封裝的(R{SENSE})和(C{IN})以實(shí)現(xiàn)緊湊布局，(C{IN})應(yīng)盡量靠近ISO121x器件。ISO1211的SUB引腳和ISO1212的SUB1、SUB2引腳應(yīng)保持未連接狀態(tài)。對(duì)于分組隔離設(shè)計(jì)，使用過(guò)孔將ISO121x器件的FGND引腳連接到底層FGND平面。(R{THR})電阻的放置較為靈活，但連接到外部高壓的引腳應(yīng)與ISO121x器件引腳、(C{IN})和(R_{SENSE})引腳保持至少4 mm的距離，以避免在EMC測(cè)試中發(fā)生閃絡(luò)。

5.2 多層板布局

如果使用多層板，可以將兩個(gè)ISO121x器件背靠背放置在頂層和底層，以實(shí)現(xiàn)更緊湊的電路板設(shè)計(jì)。內(nèi)層可用于FGND。

六、總結(jié)

ISO1211和ISO1212以其卓越的性能、豐富的功能和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，為工程師們提供了可靠的隔離數(shù)字輸入解決方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇(R{SENSE})、(R{THR})和(C_{IN})，并充分考慮熱設(shè)計(jì)和EMC要求，以確保系統(tǒng)的性能和可靠性。希望通過(guò)本文的介紹，能幫助大家更好地理解和應(yīng)用這兩款器件，讓它們?cè)谀愕捻?xiàng)目中發(fā)揮出最大的價(jià)值。

你在使用ISO1211和ISO1212的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題？或者你對(duì)它們的應(yīng)用有什么獨(dú)特的見(jiàn)解？歡迎在評(píng)論區(qū)留言分享！